louis
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按 plan.md 新增三个交付物，全部默认关闭以保持与纯 PID 的 A/B 兼容： - valve_model.py：阀特性模型 Q_ss = A_eff(x)·P1_abs·F(r)，含 ISO 6358 椭圆 F(r)、行程/面积互逆插值、单调性校验、JSON 存取。 - identify_valve.py：从 open_loop.py 扫点 CSV 拟合 A_eff 表并输出 JSON。 - 控制器集成：config/flow_control/main/data_logger 新增阀前压读取 （channel 2）、前馈打底 + PI 修残差、按 P1 增益调度，并记录/绘制前馈项。 新增配置 FEEDFORWARD_ENABLED / GAIN_SCHEDULE_ENABLED 默认 False， VALVE_MODEL_PATH 默认空，未加载模型时行为与原先纯 PID 完全一致。
201 lines
8.8 KiB
Python
201 lines
8.8 KiB
Python
"""气体流量闭环控制的集中配置。
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首次连接真实设备前，请重点核对：MT2-AM8 地址、AI/AO 通道、压力上限、
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阀门打开端行程和关闭端行程。PID 参数是安全起步值，不是最终整定结果。
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"""
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# MT2-AM8 通讯与量程
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# ---------------------------------------------------------------------------
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MT2AM8_HOST = "192.168.1.12"
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MT2AM8_PORT = 502
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MT2AM8_SLAVE_ID = 1
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# MT2AM8Client 用这些量程把模拟量转换成物理量。
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PRESSURE_RANGE_KPA = 1600.0
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FLOW_METER_RANGE_SLM = 300.0
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# AI/AO 通道均从 0 开始。AI0 和 AO0 属于不同的寄存器区，可以同时使用。
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FLOW_INPUT_CHANNEL = 1
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PRESSURE_INPUT_CHANNEL = 0 # 没有压力传感器时改为 None
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MOTOR_OUTPUT_CHANNEL = 1
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 控制目标和控制周期
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# ---------------------------------------------------------------------------
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TARGET_FLOW_MIN_SLM = 0.0
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TARGET_FLOW_MAX_SLM = 300.0
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ZERO_FLOW_THRESHOLD_SLM = 0.5
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TARGET_SWITCH_KEY = "s" # 运行中按此键进入"输入新目标流量"模式
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CONTROL_PERIOD_S = 0.1 # 100 ms，10 Hz
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MAX_CONTROL_DT_S = 0.3 # 超过此值视为控制循环严重超时
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STATUS_PRINT_PERIOD_S = 1.0
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# PID：输出统一定义为阀门开度百分比
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 大误差时使用 FAR 参数快速接近目标；小误差时使用 NEAR 参数抑制振荡。
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# 两档之间采用带滞回的状态切换，不会逐周期连续改变 PID 参数。
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PID_FAR_KP = 0.5
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PID_FAR_KI = 0.5
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PID_FAR_KD = 0.0
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PID_NEAR_KP = 0.05
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PID_NEAR_KI = 0.01
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PID_NEAR_KD = 0.0
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OPENING_MIN_PCT = 0.0
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OPENING_MAX_PCT = 100.0
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MAX_OPENING_RATE_FAR_PCT_S = 20.0
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MAX_OPENING_RATE_NEAR_PCT_S = 2.0
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# FAR -> NEAR：绝对误差连续满足 near 阈值指定周期数后切换。
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# NEAR -> FAR：绝对误差连续达到 far 阈值指定周期数后切换。
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PID_NEAR_ERROR_MIN_SLM = 3.0
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PID_NEAR_ERROR_TARGET_RATIO = 0.05
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PID_FAR_ERROR_MIN_SLM = 12.0
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PID_FAR_ERROR_TARGET_RATIO = 0.20
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PID_MODE_SWITCH_CONFIRM_CYCLES = 10
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 稳态判定（用于控制性能报告）
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# ---------------------------------------------------------------------------
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STEADY_STATE_WINDOW_S = 10.0 # 滑动时间窗口长度
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STEADY_STATE_BAND_PCT = 1.0 # 滑窗均值相对目标的允许误差带（±1%）
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STEADY_STATE_STD_PCT = 1.0 # 滑窗标准差阈值（相对目标百分比）
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AUTO_STOP_ON_STEADY = False # 达到稳态后是否自动停止控制（False 则持续控制）
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 阀门执行机构
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 电机行程越大，阀门开度越小。
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# opening=0% -> MOTOR_CLOSED_POSITION（完全关闭）
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# opening=100% -> MOTOR_OPEN_POSITION（打开端/机械死区边界）
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MOTOR_CLOSED_POSITION = 1000.0
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MOTOR_OPEN_POSITION = 800.0
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# 控制启动时的阀门初始开度；增量 PID 从该开度开始累加 Δu。
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INITIAL_OPENING_PCT = 100.0
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 前馈 + 增益调度（默认关闭，便于与纯 PID 做 A/B 对比；接线确认后再开启）
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 阀前压力 P1（前馈缩放 / 判阻塞 / 增益调度用），按实际接线确认。
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PRESSURE_BEFORE_CHANNEL = 2
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# 阀特性表 JSON（identify_valve.py 产出）。空字符串表示关闭前馈。
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VALVE_MODEL_PATH = ""
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# 前馈反解打底 + PI 修残差（市面 MFC 结构）。
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FEEDFORWARD_ENABLED = False
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# 前馈开启时，PI 输出是“围绕前馈的修正量”，限幅为对称小范围（±%）。
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FEEDFORWARD_CORRECTION_BAND_PCT = 20.0
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# PI 增益按阀前压力 P1 缩放（摊平 K_x ∝ P1 的非线性）。
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GAIN_SCHEDULE_ENABLED = False
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GAIN_SCHEDULE_REF_ABS_KPA = 501.325 # 400 + 101.325，满压时调好的基准增益对应压力
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GAIN_SCHEDULE_FLOOR_ABS_KPA = 60.0 # 绝对压力下限，防止 P1 很低时增益爆炸
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GAIN_SCHEDULE_SCALE_CHANGE_THRESHOLD = 0.05 # scale 相对变化超过此值才重算增益
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 安全阈值
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# ---------------------------------------------------------------------------
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# 物理读数允许范围；超过范围立即报故障停机（阀门不被驱动时回到全开）。
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FLOW_VALID_MIN_SLM = 0.0
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FLOW_VALID_MAX_SLM = 300.0
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MAX_PRESSURE_KPA = 500 # 必须按实际管路额定压力确认
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# 短暂读取失败时保持上一输出，不下发新位置；连续达到阈值后报故障停机。
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MAX_CONSECUTIVE_FLOW_FAILURES = 3
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MAX_CONSECUTIVE_PRESSURE_FAILURES = 3
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# 日志目录相对于工程目录。
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LOG_DIRECTORY = "logs"
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LOG_FILE_NAME = "flow_control.log"
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# 每次运行的逐周期数据和曲线图保存目录（相对于工程目录）。
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DATA_DIRECTORY = "data"
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PLOT_DPI = 160
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def validate_config():
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"""在接触硬件前检查明显的配置错误。"""
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if CONTROL_PERIOD_S <= 0:
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raise ValueError("CONTROL_PERIOD_S 必须大于 0")
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if STEADY_STATE_WINDOW_S <= CONTROL_PERIOD_S:
|
||
raise ValueError("STEADY_STATE_WINDOW_S 必须大于 CONTROL_PERIOD_S")
|
||
if STEADY_STATE_BAND_PCT < 0 or STEADY_STATE_STD_PCT < 0:
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raise ValueError("稳态误差带和标准差阈值不得为负数")
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||
if MAX_CONTROL_DT_S < CONTROL_PERIOD_S:
|
||
raise ValueError("MAX_CONTROL_DT_S 不得小于 CONTROL_PERIOD_S")
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||
if TARGET_FLOW_MIN_SLM > TARGET_FLOW_MAX_SLM:
|
||
raise ValueError("目标流量上下限配置错误")
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if TARGET_FLOW_MAX_SLM > FLOW_METER_RANGE_SLM:
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||
raise ValueError("目标流量上限不得超过流量计量程")
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||
if FLOW_VALID_MIN_SLM > FLOW_VALID_MAX_SLM:
|
||
raise ValueError("流量有效范围上下限配置错误")
|
||
if FLOW_VALID_MAX_SLM > FLOW_METER_RANGE_SLM:
|
||
raise ValueError("流量有效范围上限不得超过流量计量程")
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if not 0 <= OPENING_MIN_PCT < OPENING_MAX_PCT <= 100:
|
||
raise ValueError("阀门开度范围必须位于 0~100%，且下限小于上限")
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if MOTOR_OPEN_POSITION >= MOTOR_CLOSED_POSITION:
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||
raise ValueError("本系统行程越大开度越小，因此打开端行程必须小于关闭端行程")
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||
if MOTOR_OPEN_POSITION < 0 or MOTOR_CLOSED_POSITION > 1000:
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raise ValueError("电机行程必须位于 MT2AM8Client 当前采用的 0~1000 范围")
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pid_gains = (
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PID_FAR_KP,
|
||
PID_FAR_KI,
|
||
PID_FAR_KD,
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||
PID_NEAR_KP,
|
||
PID_NEAR_KI,
|
||
PID_NEAR_KD,
|
||
)
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if any(value < 0 for value in pid_gains):
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raise ValueError("FAR/NEAR PID 参数不得为负数")
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||
if (
|
||
MAX_OPENING_RATE_FAR_PCT_S <= 0
|
||
or MAX_OPENING_RATE_NEAR_PCT_S <= 0
|
||
):
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||
raise ValueError("FAR/NEAR 最大开度变化速度必须大于 0")
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||
if PID_NEAR_ERROR_MIN_SLM < 0 or PID_FAR_ERROR_MIN_SLM < 0:
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||
raise ValueError("PID 模式切换误差下限不得为负数")
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||
if (
|
||
PID_NEAR_ERROR_TARGET_RATIO < 0
|
||
or PID_FAR_ERROR_TARGET_RATIO < 0
|
||
):
|
||
raise ValueError("PID 模式切换目标比例不得为负数")
|
||
if (
|
||
PID_NEAR_ERROR_MIN_SLM >= PID_FAR_ERROR_MIN_SLM
|
||
or PID_NEAR_ERROR_TARGET_RATIO >= PID_FAR_ERROR_TARGET_RATIO
|
||
):
|
||
raise ValueError("PID NEAR 阈值必须小于 FAR 阈值")
|
||
if PID_MODE_SWITCH_CONFIRM_CYCLES < 1:
|
||
raise ValueError("PID_MODE_SWITCH_CONFIRM_CYCLES 必须至少为 1")
|
||
if MAX_CONSECUTIVE_FLOW_FAILURES < 1:
|
||
raise ValueError("MAX_CONSECUTIVE_FLOW_FAILURES 必须至少为 1")
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||
if PRESSURE_INPUT_CHANNEL is not None and MAX_PRESSURE_KPA is None:
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||
raise ValueError("启用压力通道时必须配置 MAX_PRESSURE_KPA")
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||
if PRESSURE_BEFORE_CHANNEL is not None:
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||
if not isinstance(PRESSURE_BEFORE_CHANNEL, int):
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raise ValueError("PRESSURE_BEFORE_CHANNEL 必须为整数通道号或 None")
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||
if PRESSURE_BEFORE_CHANNEL < 0:
|
||
raise ValueError("PRESSURE_BEFORE_CHANNEL 不得为负数")
|
||
if MAX_PRESSURE_KPA is None:
|
||
raise ValueError("启用阀前压力通道时必须配置 MAX_PRESSURE_KPA")
|
||
if GAIN_SCHEDULE_REF_ABS_KPA <= 0:
|
||
raise ValueError("GAIN_SCHEDULE_REF_ABS_KPA 必须大于 0")
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||
if GAIN_SCHEDULE_FLOOR_ABS_KPA <= 0:
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||
raise ValueError("GAIN_SCHEDULE_FLOOR_ABS_KPA 必须大于 0")
|
||
if not 0 < FEEDFORWARD_CORRECTION_BAND_PCT <= 100:
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||
raise ValueError("FEEDFORWARD_CORRECTION_BAND_PCT 必须位于 0~100")
|
||
if GAIN_SCHEDULE_SCALE_CHANGE_THRESHOLD <= 0:
|
||
raise ValueError("GAIN_SCHEDULE_SCALE_CHANGE_THRESHOLD 必须大于 0")
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