一种大功率直流炉整流电源控制主板及其控制方法与流程

本发明涉及自适应控制系统，具体涉及一种大功率直流炉整流电源控制主板及其控制方法。

背景技术：

1、大功率直流炉整流电源控制主板主要使输出电压更稳定，确保设备安全、提高能效、优化性能和延长设备寿命，保证炉子的稳定运行和高效生产。一般使用pid控制（proportional (p)–integral(i)–derivative(d) control）算法，实时调节整流器的输出电压以适应负载变化来保持稳定的输出电压，以维持系统的稳定性。

2、但是在使用ziegler-nichols方法去进行调整增益系数，直到系统开始出现持续振荡记录对应p值作为临界增益的时候，由于开关元件的延迟性造成一些输出数据不可取，使得真正系统开始出现持续振荡时的计算可能出现偏差，现有方法对于增益系数的选取可能出现误差；并且大功率直流炉在每次加料过程中，炉内的负载条件和物理特性会发生变化，导致系统的动态特性和负载特性发生改变，这种变化会影响pid控制系统的性能，可能不适应新的工作情况，不利于大功率直流炉的稳定运行。

技术实现思路

1、为了解决现有获取pid参数不准确，影响大功率直流炉稳定运行的技术问题，本发明的目的在于提供一种大功率直流炉整流电源控制主板及其控制方法，所采用的技术方案具体如下：

2、一种大功率直流炉整流电源控制主板，包括控制主板本体，还包括大功率直流炉整流电源控制系统，用于控制大功率直流炉整流电源：大功率直流炉整流电源控制系统包括数据采集模块、初始迭代模块、加料更新判定模块、加料更新迭代模块和电压控制模块；

3、数据采集模块：用于获取温度数据和电压数据；

4、初始迭代模块：用于根据预设时间间隔对p增益参数进行初始迭代；根据电压数据中电压极值点与相邻数据的差异特征，结合电压极值点的采集时刻，获取每个所述电压极值点的价值参数；基于所述价值参数，分析每次所述初始迭代过程的电压极值点的波动稳定性，获取每次初始迭代的初始稳定参数；根据所述初始稳定参数终止所述初始迭代，获取初始状态的pid参数；

5、加料更新判定模块：用于在当前时刻的预设历史时域邻域内，根据邻域中点的两侧相邻所述温度数据的波动差异特征，结合邻域中点的所述电压数据与相邻数据的差异特征，确定重新迭代时刻；

6、加料更新迭代模块：用于以最新的所述重新迭代时刻为起点，根据预设时间间隔对p增益参数进行更新迭代；根据每个电压极值点的预设时域邻域内电压数据和温度数据的相关特征，获取每个所述电压极值点的可取性参数；基于所述可取性参数，分析每次更新迭代过程中所述电压极值点的波动稳定性，获取更新稳定参数；根据所述更新稳定参数终止所述更新迭代，确定当前所述更新迭代的pid参数；

7、电压控制模块：用于根据所述pid参数控制大功率直流炉整流电源的输出电压。

8、进一步地，所述直流炉在初始未加料阶段通过所述初始状态的pid参数进行控制，在加料后通过所述更新迭代的pid参数进行控制。

9、进一步地，所述价值参数的获取方法包括：

10、根据每个所述电压极值点的采集时刻与首个采集时刻之间的时域间隔，结合每个所述电压极值点的数值与两侧相邻电压数据数值的差异特征，获取每个所述电压极值点的价值参数；所述电压极值点的数值与两侧相邻电压数据数值的差异特征与所述价值参数呈负相关；所述电压极值点对应的所述时域间隔与所述价值参数呈正相关。

11、进一步地，所述初始稳定参数的获取方法包括：

12、将电压极大值点的所述价值参数进行归一化后作为对应所述电压极大值点的极大值加权权重；任意一次所述初始迭代过程的所有所述极大值加权权重的和值为1；基于所述极大值加权权重，对每次所述初始迭代过程的所述电压极大值点进行加权求和获得极大参考值；根据每次所述初始迭代过程的所有所述电压极大值点与所述极大参考值的差异特征，获取每次初始迭代的极大值误差参数；

13、获取每次初始迭代的极小值误差参数；所述极小值误差参数与所述极大值误差参数的获取过程相类同；

14、根据所述极小值误差参数和所述极大值误差参数获取每次初始迭代的初始稳定参数；所述极小值误差参数与所述极大值误差参数均与所述初始稳定参数呈负相关。

15、进一步地，所述根据所述初始稳定参数终止所述初始迭代，获取初始状态的pid参数的方法包括：

16、当所述初始稳定参数大于或等于预设初始稳定阈值时，终止所述初始迭代；根据ziegler-nichols方法，结合终止所述初始迭代时的所述p增益参数，获取初始状态的pid参数。

17、进一步地，所述重新迭代时刻的获取方法包括：

18、在当前时刻的预设历史时域邻域内，根据邻域中点左侧温度数据的波动剧烈特征，获取左温度波动参数；根据邻域中点右侧温度数据的波动剧烈特征，获取右温度波动参数；根据所述左温度波动参数和所述右温度波动参数获取温度变化参数；所述左温度波动参数和所述温度变化参数呈负相关；所述右温度波动参数和所述温度变化参数呈正相关；

19、根据邻域中点的所述电压数据与左侧相邻数据的差异特征，获取左电压差异参数；根据邻域中点的所述电压数据与右侧相邻数据的差异特征，获取右电压差异参数；根据所述左电压差异参数和所述右电压差异参数之间的差异获取电压变化参数；

20、根据所述温度变化参数和所述电压变化参数获取更新需求参数；所述温度变化参数和所述电压变化参数均与所述更新需求参数呈正相关；当所述更新需求参数大于预设更新需求阈值时，判定需要重新获取pid参数，将当前时刻作为重新迭代时刻。

21、进一步地，所述可取性参数的获取方法包括：

22、获取每个电压极值点的预设时域邻域内电压数据和温度数据的负相关程度，作为每个所述电压极值点的可取性参数。

23、进一步地，所述更新稳定参数的获取方法包括：

24、选择时域最新的更新迭代过程为目标迭代过程；对所述目标迭代过程中的电压极大值构建拉格朗日插值多项式，获取每个所述电压极大值对应的基函数；以所述可取性参数为加权权重，对所述目标迭代过程中所有所述电压极大值与对应所述基函数的乘积进行加权求和，获得所述电压极大值的走势函数；

25、获取电压极小值的走势函数；所述电压极小值的走势函数与所述电压极大值的走势函数的获取过程相类同；

26、根据所述电压极大值的走势函数与所述电压极小值的走势函数之间差异的稳定特征，获取更新稳定参数；所述更新稳定参数与所述走势函数之间差异的稳定特征呈正相关。

27、进一步地，所述根据所述更新稳定参数终止所述更新迭代，确定当前所述更新迭代的pid参数的方法包括：

28、当所述更新稳定参数大于或等于预设更新稳定阈值时，终止所述更新迭代；根据ziegler-nichols方法，结合终止所述更新迭代时的所述p增益参数，获取当前所述更新迭代的pid参数。

29、本发明还提出了一种大功率直流炉整流电源控制方法，所述控制方法包括：

30、获取温度数据和电压数据；

31、根据预设时间间隔对增益参数进行初始迭代；根据电压数据中电压极值点与相邻数据的差异特征，结合电压极值点的采集时刻，获取每个所述电压极值点的价值参数；基于所述价值参数，分析每次所述初始迭代过程的电压极值点的波动稳定性，获取每次初始迭代的初始稳定参数；根据所述初始稳定参数终止所述初始迭代，获取初始状态的pid参数；

32、在当前时刻的预设历史时域邻域内，根据邻域中点的两侧相邻所述温度数据的波动差异特征，结合邻域中点的所述电压数据与相邻数据的差异特征，确定重新迭代时刻；

33、以最新的所述重新迭代时刻为起点，根据预设时间间隔对增益参数进行更新迭代；根据每个电压极值点的预设时域邻域内电压数据和温度数据的相关特征，获取每个所述电压极值点的可取性参数；基于所述可取性参数，分析每次更新迭代过程中所述电压极值点的波动稳定性，获取更新稳定参数；根据所述更新稳定参数终止所述更新迭代，确定当前所述更新迭代的pid参数；

34、根据所述pid参数控制大功率直流炉整流电源的输出电压。

35、本发明具有如下有益效果：

36、本发明首先通过数据采集模块获取温度数据和电压数据，提供分析数据基础；进一步在初始迭代模块中对p增益参数进行初始迭代；获取每个电压极值点的价值参数并基于价值参数，分析每次初始迭代过程的电压极值点的波动稳定性，终止初始迭代，减少控制延迟或开关特性不稳定导致电压瞬时波动的干扰，获取初始状态的pid参数，为直流炉在初始未加料阶段的电压控制提供依据；进一步在加料更新判定模块中通过温度数据变化和电压数据变化分析直流炉的工作状态转变，确定重新迭代时刻；进一步在加料更新迭代模块中，以最新的重新迭代时刻为起点对p增益参数进行更新迭代；获取每个电压极值点的可取性参数并基于可取性参数，分析每次更新迭代过程中电压极值点的波动稳定性，终止更新迭代，减少噪声数据的干扰，确定当前更新迭代的pid参数，提供直流炉加料改变工作状态后的控制依据；最后在电压控制模块中，根据pid参数控制大功率直流炉整流电源的输出电压。本发明通过大功率直流炉整流电源控制系统自适应更新pid参数，适应大功率直流炉的不同工作状态，使得整流电源的输出电压更稳定，更有利于大功率直流炉的稳定运行。