louis
cfeedcf887
- 前馈冻结改用可配置的 3 秒流量绝对误差滑窗，修复采样抖动造成的重复解冻，并保留下游扰动后的自动更新 - 支持非单调阀特性反解、最小可测面积以下直接全关，以及闭阀端精细扫点与辨识开关 - 调整双压力判稳、最长等待时间、在线入口全开收尾和闭环四联图 - 更新配置、README、阀模型及离线测试，归档本轮实验数据与诊断产物
278 lines
12 KiB
Python
278 lines
12 KiB
Python
"""气体流量闭环控制的集中配置。
|
||
|
||
首次连接真实设备前，请重点核对：PLC 寄存器地址、量程、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。
|
||
"""
|
||
|
||
import math
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# MT2-AM8 通讯与量程（旧方案；代码保留但当前不再使用）
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
MT2AM8_HOST = "192.168.1.12"
|
||
MT2AM8_PORT = 502
|
||
MT2AM8_SLAVE_ID = 1
|
||
|
||
# MT2AM8Client 用这些量程把模拟量转换成物理量。
|
||
PRESSURE_RANGE_KPA = 400.0
|
||
FLOW_METER_RANGE_SLM = 300.0
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# PLC（Easy521）Modbus TCP 通讯与寄存器地址
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
PLC_HOST = "192.168.1.88"
|
||
PLC_PORT = 502
|
||
PLC_SLAVE_ID = 1
|
||
|
||
# D 寄存器为直接 Modbus 地址：读用功能码 03（保持寄存器），写用功能码 06。
|
||
# 模拟量 0~32000 线性对应各量程满量程（映射常量在 PcControl.py）。
|
||
# 三个测量量 + 一个输出，地址与量程集中放在一起（名称区分阀前 / 阀后）。
|
||
FLOW_AFTER_ADDR = 700 # 阀后流量 D700，量程 0~300 SLM
|
||
FLOW_AFTER_RANGE_SLM = 300.0
|
||
PRESSURE_AFTER_ADDR = 710 # 阀后压力 D710，量程 0~400 kPa
|
||
PRESSURE_AFTER_RANGE_KPA = 400.0
|
||
PRESSURE_BEFORE_ADDR = 720 # 阀前压力 D720，量程 0~300 kPa
|
||
PRESSURE_BEFORE_RANGE_KPA = 300.0
|
||
MOTOR_OUTPUT_ADDR = 730 # 电机输出 D730，0~10V，行程 0~1000 映射 0~32000
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# 控制目标和控制周期
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
TARGET_FLOW_MIN_SLM = 0.0
|
||
TARGET_FLOW_MAX_SLM = 300.0
|
||
ZERO_FLOW_THRESHOLD_SLM = 0.5
|
||
TARGET_SWITCH_KEY = "s" # 运行中按此键进入"输入新目标流量"模式
|
||
|
||
CONTROL_PERIOD_S = 0.1 # 100 ms，10 Hz
|
||
MAX_CONTROL_DT_S = 0.3 # 超过此值视为控制循环严重超时
|
||
STATUS_PRINT_PERIOD_S = 1.0
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# PID：输出统一定义为阀门开度百分比
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
# 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。
|
||
# 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。
|
||
PID_FAR_KP = 0.5
|
||
PID_FAR_KI = 0.5
|
||
PID_FAR_KD = 0.0
|
||
PID_NEAR_KP = 0.1
|
||
PID_NEAR_KI = 0.1
|
||
PID_NEAR_KD = 0.0
|
||
|
||
OPENING_MIN_PCT = 0.0
|
||
OPENING_MAX_PCT = 100.0
|
||
MAX_OPENING_RATE_FAR_PCT_S = 200.0
|
||
MAX_OPENING_RATE_NEAR_PCT_S = 2.0
|
||
|
||
# FAR -> NEAR：绝对误差连续满足 near 阈值指定周期数后切换。
|
||
# NEAR -> FAR：绝对误差连续达到 far 阈值指定周期数后切换。
|
||
# 比例阈值会被限制在各自的 MIN~MAX 范围内。
|
||
PID_NEAR_ERROR_MIN_SLM = 1.0
|
||
PID_NEAR_ERROR_MAX_SLM = 2.0
|
||
PID_NEAR_ERROR_TARGET_RATIO = 0.05
|
||
PID_FAR_ERROR_MIN_SLM = 4.0
|
||
PID_FAR_ERROR_MAX_SLM = 8.0
|
||
PID_FAR_ERROR_TARGET_RATIO = 0.20
|
||
PID_MODE_SWITCH_CONFIRM_CYCLES = 10
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# 稳态判定（用于控制性能报告）
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
STEADY_STATE_WINDOW_S = 5.0 # 滑动时间窗口长度，单位：秒
|
||
STEADY_STATE_MAX_WAIT_S = 30.0 # 单个开环扫点等待稳态的最长时间
|
||
STEADY_STATE_BAND_PCT = 1.0 # 滑窗均值相对目标的允许误差带（±1%）
|
||
STEADY_STATE_PRESSURE_BAND_KPA = 1.0 # 压力样本相对滑窗均值的允许误差带（±kPa）
|
||
# 仅供 open_loop.py 使用；开环没有目标流量，仍用相对标准差判断流量稳定。
|
||
STEADY_STATE_STD_PCT = 1.0
|
||
|
||
AUTO_STOP_ON_STEADY = False # 达到稳态后是否自动停止控制（False 则持续控制）
|
||
|
||
# 开环随机开度扫描结束后，追加闭阀端精细行程扫描。
|
||
OPEN_LOOP_FINE_STROKE_START = 970.0
|
||
OPEN_LOOP_FINE_STROKE_STEP = 3.0
|
||
|
||
# identify_valve.py 是否检查单调性并只保留最长单调连续段。
|
||
#True：保持原逻辑，检测非单调并只保留最长单调连续段。
|
||
#False：不丢弃非单调点，保留所有按行程平均后的数据,关闭检查后生成的 JSON 会记录"enforce_monotonic": false
|
||
#非单调表可能对应多个反解行程，此时选择数值更大的行程，即更接近关闭端的解。
|
||
IDENTIFY_VALVE_MONOTONIC_CHECK_ENABLED = False
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# 阀门执行机构
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
# 电机行程越大，阀门开度越小。
|
||
# opening=0% -> MOTOR_CLOSED_POSITION（完全关闭）
|
||
# opening=100% -> MOTOR_OPEN_POSITION（打开端/机械死区边界）
|
||
MOTOR_CLOSED_POSITION = 1000.0
|
||
MOTOR_OPEN_POSITION = 800.0
|
||
|
||
# 控制启动时的阀门初始开度；增量 PID 从该开度开始累加 Δu。
|
||
INITIAL_OPENING_PCT = 100.0
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# 前馈 + 增益调度（前馈默认开启，增益调度默认关闭）
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
# 阀前压力 P1（前馈缩放 / 判阻塞 / 增益调度用），地址见上 PLC 段 PRESSURE_BEFORE_ADDR。
|
||
|
||
# 阀特性表 JSON（identify_valve.py 产出）。空字符串表示关闭前馈。
|
||
VALVE_MODEL_PATH = "valve_model_004.json"
|
||
|
||
# 前馈反解打底 + PI 修残差（市面 MFC 结构）。
|
||
FEEDFORWARD_ENABLED = True
|
||
# 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（±%）。
|
||
FEEDFORWARD_CORRECTION_BAND_PCT = 50.0
|
||
# |目标流量-实测流量| 不超过此值时冻结前馈，只更新 PID correction。
|
||
FEEDFORWARD_UPDATE_ERROR_THRESHOLD_SLM = 2.0
|
||
# 前馈冻结/更新判断所用的“流量绝对误差均值”滑动窗口长度。
|
||
FEEDFORWARD_UPDATE_WINDOW_S = 3.0
|
||
|
||
# PI 增益按阀前压力 P1 缩放（摊平 K_x ∝ P1 的非线性）。
|
||
GAIN_SCHEDULE_ENABLED = False
|
||
GAIN_SCHEDULE_REF_ABS_KPA = 501.325 # 400 + 101.325，满压时调好的基准增益对应压力
|
||
GAIN_SCHEDULE_FLOOR_ABS_KPA = 60.0 # 绝对压力下限，防止 P1 很低时增益爆炸
|
||
GAIN_SCHEDULE_SCALE_CHANGE_THRESHOLD = 0.05 # scale 相对变化超过此值才重算增益
|
||
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
# 安全阈值
|
||
# ---------------------------------------------------------------------------
|
||
|
||
# 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）。
|
||
FLOW_VALID_MIN_SLM = 0.0
|
||
FLOW_VALID_MAX_SLM = 300.0
|
||
MAX_PRESSURE_KPA = 500 # 必须按实际管路额定压力确认
|
||
|
||
# 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。
|
||
MAX_CONSECUTIVE_FLOW_FAILURES = 3
|
||
MAX_CONSECUTIVE_PRESSURE_FAILURES = 3
|
||
|
||
# 日志目录相对于工程目录。
|
||
LOG_DIRECTORY = "logs"
|
||
LOG_FILE_NAME = "flow_control.log"
|
||
|
||
# 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）。
|
||
DATA_DIRECTORY = "data"
|
||
PLOT_DPI = 160
|
||
|
||
|
||
def validate_config():
|
||
"""在接触硬件前检查明显的配置错误。"""
|
||
if CONTROL_PERIOD_S <= 0:
|
||
raise ValueError("CONTROL_PERIOD_S 必须大于 0")
|
||
if STEADY_STATE_WINDOW_S <= CONTROL_PERIOD_S:
|
||
raise ValueError("STEADY_STATE_WINDOW_S 必须大于 CONTROL_PERIOD_S")
|
||
if STEADY_STATE_MAX_WAIT_S <= 0:
|
||
raise ValueError("STEADY_STATE_MAX_WAIT_S 必须大于 0")
|
||
if (
|
||
STEADY_STATE_BAND_PCT < 0
|
||
or STEADY_STATE_PRESSURE_BAND_KPA < 0
|
||
or STEADY_STATE_STD_PCT < 0
|
||
):
|
||
raise ValueError("稳态误差带、压力带和标准差阈值不得为负数")
|
||
if MAX_CONTROL_DT_S < CONTROL_PERIOD_S:
|
||
raise ValueError("MAX_CONTROL_DT_S 不得小于 CONTROL_PERIOD_S")
|
||
if TARGET_FLOW_MIN_SLM > TARGET_FLOW_MAX_SLM:
|
||
raise ValueError("目标流量上下限配置错误")
|
||
if TARGET_FLOW_MAX_SLM > FLOW_AFTER_RANGE_SLM:
|
||
raise ValueError("目标流量上限不得超过流量计量程")
|
||
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_AFTER_RANGE_SLM:
|
||
raise ValueError("流量有效范围上限不得超过流量计量程")
|
||
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")
|
||
if MOTOR_OPEN_POSITION >= MOTOR_CLOSED_POSITION:
|
||
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")
|
||
if MOTOR_OPEN_POSITION < 0 or MOTOR_CLOSED_POSITION > 1000:
|
||
raise ValueError("电机行程必须位于当前采用的 0~1000 范围")
|
||
pid_gains = (
|
||
PID_FAR_KP,
|
||
PID_FAR_KI,
|
||
PID_FAR_KD,
|
||
PID_NEAR_KP,
|
||
PID_NEAR_KI,
|
||
PID_NEAR_KD,
|
||
)
|
||
if any(value < 0 for value in pid_gains):
|
||
raise ValueError("FAR/NEAR PID 参数不得为负数")
|
||
if (
|
||
MAX_OPENING_RATE_FAR_PCT_S <= 0
|
||
or MAX_OPENING_RATE_NEAR_PCT_S <= 0
|
||
):
|
||
raise ValueError("FAR/NEAR 最大开度变化速度必须大于 0")
|
||
pid_error_limits = (
|
||
PID_NEAR_ERROR_MIN_SLM,
|
||
PID_NEAR_ERROR_MAX_SLM,
|
||
PID_FAR_ERROR_MIN_SLM,
|
||
PID_FAR_ERROR_MAX_SLM,
|
||
)
|
||
if any(value < 0 for value in pid_error_limits):
|
||
raise ValueError("PID 模式切换误差上下限不得为负数")
|
||
if PID_NEAR_ERROR_MIN_SLM > PID_NEAR_ERROR_MAX_SLM:
|
||
raise ValueError("PID NEAR 误差下限不得大于上限")
|
||
if PID_FAR_ERROR_MIN_SLM > PID_FAR_ERROR_MAX_SLM:
|
||
raise ValueError("PID FAR 误差下限不得大于上限")
|
||
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_MAX_SLM >= PID_FAR_ERROR_MIN_SLM
|
||
or PID_NEAR_ERROR_TARGET_RATIO >= PID_FAR_ERROR_TARGET_RATIO
|
||
):
|
||
raise ValueError("PID NEAR 阈值范围必须整体小于 FAR 阈值范围")
|
||
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")
|
||
if PRESSURE_AFTER_ADDR is not None and MAX_PRESSURE_KPA is None:
|
||
raise ValueError("启用压力通道时必须配置 MAX_PRESSURE_KPA")
|
||
if PRESSURE_BEFORE_ADDR is not None:
|
||
if not isinstance(PRESSURE_BEFORE_ADDR, int):
|
||
raise ValueError("PRESSURE_BEFORE_ADDR 必须为整数地址或 None")
|
||
if PRESSURE_BEFORE_ADDR < 0:
|
||
raise ValueError("PRESSURE_BEFORE_ADDR 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")
|
||
if GAIN_SCHEDULE_FLOOR_ABS_KPA <= 0:
|
||
raise ValueError("GAIN_SCHEDULE_FLOOR_ABS_KPA 必须大于 0")
|
||
if not 0 < FEEDFORWARD_CORRECTION_BAND_PCT <= 100:
|
||
raise ValueError("FEEDFORWARD_CORRECTION_BAND_PCT 必须位于 0~100")
|
||
if (
|
||
not isinstance(FEEDFORWARD_UPDATE_ERROR_THRESHOLD_SLM, (int, float))
|
||
or not math.isfinite(FEEDFORWARD_UPDATE_ERROR_THRESHOLD_SLM)
|
||
or FEEDFORWARD_UPDATE_ERROR_THRESHOLD_SLM < 0
|
||
):
|
||
raise ValueError(
|
||
"FEEDFORWARD_UPDATE_ERROR_THRESHOLD_SLM 必须是非负有限数值"
|
||
)
|
||
if (
|
||
not isinstance(FEEDFORWARD_UPDATE_WINDOW_S, (int, float))
|
||
or not math.isfinite(FEEDFORWARD_UPDATE_WINDOW_S)
|
||
or FEEDFORWARD_UPDATE_WINDOW_S <= 0
|
||
):
|
||
raise ValueError("FEEDFORWARD_UPDATE_WINDOW_S 必须是正的有限数值")
|
||
if not MOTOR_OPEN_POSITION <= OPEN_LOOP_FINE_STROKE_START < MOTOR_CLOSED_POSITION:
|
||
raise ValueError(
|
||
"OPEN_LOOP_FINE_STROKE_START 必须位于电机开端和闭端行程之间"
|
||
)
|
||
if (
|
||
not isinstance(OPEN_LOOP_FINE_STROKE_STEP, (int, float))
|
||
or not math.isfinite(OPEN_LOOP_FINE_STROKE_STEP)
|
||
or OPEN_LOOP_FINE_STROKE_STEP <= 0
|
||
):
|
||
raise ValueError("OPEN_LOOP_FINE_STROKE_STEP 必须是正的有限数值")
|
||
if not isinstance(IDENTIFY_VALVE_MONOTONIC_CHECK_ENABLED, bool):
|
||
raise ValueError("IDENTIFY_VALVE_MONOTONIC_CHECK_ENABLED 必须是布尔值")
|
||
if GAIN_SCHEDULE_SCALE_CHANGE_THRESHOLD <= 0:
|
||
raise ValueError("GAIN_SCHEDULE_SCALE_CHANGE_THRESHOLD 必须大于 0")
|