一种基于温度变化预测的光输出控制方法及系统与流程

本发明涉及自动控制，具体涉及一种基于温度变化预测的光输出控制方法及系统。

背景技术：

1、在工业自动控制和过程控制领域，被控对象的输出量稳定性易受内部热效应和环境温度波动的干扰。温度变化会改变被控对象的物理特性参数，导致控制系统的被控量偏离期望值，影响控制精度和系统可靠性。为抑制温度扰动对输出量的影响，现有控制系统通常在控制对象上设置温度传感元件，通过实时采集当前温度值对控制量进行反馈调节。

2、现有技术存在以下问题：控制量的调节触发基于当前温度的绝对值，从温度开始变化到触发控制动作之间存在时间滞后，在温度快速变化的工况下，难以及时跟踪温度扰动；控制量调节后，被控对象的温度不会立即响应，现有方法未对该滞后特性进行建模利用，调节时机与实际热响应特性不匹配；控制效果验证依赖于温度传感器读数，缺乏对输出量实际效果的闭环校核，难以确保控制精度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于温度变化预测的光输出控制方法及系统，能够有效解决背景技术中的问题。本技术的具体技术方案如下：

2、一种基于温度变化预测的光输出控制方法，其特征在于，包括：

3、获取被控对象的当前温度值；

4、根据连续多个采样周期的所述当前温度值计算温度变化率；

5、将所述温度变化率与预设的方向判定阈值进行比较，根据比较结果确定所述温度的变化方向；

6、当所述变化方向为第一方向且所述温度变化率超过预设的预测调节触发阈值时，或者当所述变化方向为第二方向且所述温度变化率的绝对值超过所述预测调节触发阈值时，生成预测调节启动信号；

7、在生成所述预测调节启动信号后，根据所述温度变化率确定控制量调整系数，并基于所述控制量调整系数与所述被控对象的当前控制量计算目标控制量值；

8、按照所述目标控制量值调节所述被控对象的控制量，以控制所述被控对象的光输出值。

9、具体地，所述根据连续多个采样周期的所述当前温度值计算温度变化率，包括：

10、获取连续n个采样周期的温度值，其中n为大于或等于3的正整数；

11、根据所述连续n个采样周期的温度值确定其线性变化趋势，得到所述温度值随时间变化的斜率；

12、将所述斜率作为所述温度变化率。

13、具体地，所述方向判定阈值包括第一方向判定阈值和第二方向判定阈值，所述第一方向判定阈值为正值，所述第二方向判定阈值为负值；所述变化方向包括第一方向、第二方向和第三方向，所述第一方向与所述第二方向相反，所述第三方向为对应于温度变化率处于所述第二方向判定阈值与所述第一方向判定阈值之间的方向；所述将所述温度变化率与预设的方向判定阈值进行比较，根据比较结果确定所述温度的变化方向，包括：

14、当所述温度变化率大于所述第一方向判定阈值时，判定所述变化方向为所述第一方向；

15、当所述温度变化率小于所述第二方向判定阈值时，判定所述变化方向为所述第二方向；

16、当所述温度变化率大于或等于所述第二方向判定阈值且小于或等于所述第一方向判定阈值时，判定所述变化方向为所述第三方向。

17、具体地，所述根据所述温度变化率确定控制量调整系数，包括：

18、获取所述被控对象的历史温度变化数据和历史控制量调节数据；

19、从所述历史控制量调节数据中提取历次控制量调整前后的控制量值，并从所述历史温度变化数据中提取历次控制量调整前后的温度变化率序列；

20、针对每次控制量调整，根据所述温度变化率序列确定该次控制量调整后温度变化率开始产生稳定响应所对应的滞后时间，并将所述滞后时间、调整前温度变化率、调整后温度变化率变化量以及控制量调整量共同构成响应样本；

21、根据当前温度值确定当前温度区间，根据当前控制量确定当前控制量区间，并根据所述温度变化率确定当前变化方向；

22、从所述响应样本中选取与所述当前温度区间、所述当前控制量区间和所述当前变化方向相匹配的响应样本，根据选取的所述响应样本生成当前工况下的温度响应关系；

23、根据所述温度变化率和所述当前工况下的温度响应关系确定所述控制量调整系数。

24、具体地，所述根据所述温度变化率和所述当前工况下的温度响应关系确定所述控制量调整系数，包括：

25、根据所述响应样本中的滞后时间取平均值作为滞后保持时段，所述滞后保持时段用于表征从控制量调整开始至温度变化率开始响应之间的延迟持续时间；

26、以控制量调整时刻为起点，根据所述滞后保持时段将预测时间轴划分为滞后保持段和响应生效段；

27、在所述滞后保持段内，预测温度变化率按照当前温度变化率延续；

28、在所述响应生效段内，根据所述当前工况下的温度响应关系修正预测温度变化率；

29、根据所述响应生效段内修正后的预测温度变化率与预设的目标温度变化率的比较结果，确定所述控制量调整系数。

30、具体地，还包括：

31、在执行所述控制量的调节后，获取所述被控对象的当前控制量值和当前温度值；

32、根据所述当前控制量值和所述当前温度值，通过预设的控制量、温度与光输出之间的映射关系，确定所述被控对象的当前光输出值；

33、获取预设的目标光输出值；

34、将所述当前光输出值与所述目标光输出值进行比较，根据比较结果验证所述控制量的调节效果。

35、具体地，所述映射关系的建立方式为：

36、在所述被控对象出厂前的标定阶段，以预设步长调整所述被控对象的控制量值和环境温度值，测量各组合下的光输出值；

37、对测量得到的所述控制量值、所述温度值与所述光输出值进行拟合处理，建立所述控制量值、所述温度值与所述光输出值之间的对应关系，作为所述映射关系。

38、具体地，所述根据比较结果验证所述控制量的调节效果，包括：

39、计算所述当前光输出值与所述目标光输出值之间的偏差值；

40、当所述偏差值超过预设偏差阈值时，判定所述调节效果未达标，生成闭环修正信号；

41、在生成所述闭环修正信号后，根据所述偏差值确定闭环修正量，并基于所述闭环修正量再次调节所述控制量；

42、在再次调节所述控制量后，重新确定所述被控对象的当前光输出值并与所述目标光输出值进行比较，若所述偏差值仍超过所述预设偏差阈值，则重复执行生成闭环修正信号及再次调节控制量的步骤，直至所述偏差值不超过所述预设偏差阈值或重复次数达到预设次数上限。

43、具体地，所述按照所述目标控制量值调节所述被控对象的控制量，包括：

44、将所述被控对象的控制量从当前值调整至所述目标控制量值，调整过程中控制量的变化速率不超过预设的最大变化速率。

45、一种基于温度变化预测的光输出控制系统，用于实现所述的一种基于温度变化预测的光输出控制方法，包括：

46、温度采集模块，获取被控对象的当前温度值；

47、变化率计算模块，根据连续多个采样周期的所述当前温度值计算温度变化率；

48、方向判定模块，将所述温度变化率与预设的方向判定阈值进行比较，根据比较结果确定所述温度的变化方向，当所述变化方向为第一方向且所述温度变化率超过预设的预测调节触发阈值时，或当所述变化方向为第二方向且所述温度变化率的绝对值超过预设的预测调节触发阈值时，生成预测调节启动信号，当所述变化方向为第三方向时，不生成预测调节启动信号；

49、控制量调节模块，当生成所述预测调节启动信号后，根据所述温度变化率确定控制量调整系数，并基于所述控制量调整系数与所述被控对象的当前控制量计算目标控制量值，按照所述目标控制量值调节所述被控对象的控制量，以控制所述被控对象的光输出值；

50、光输出验证模块，在执行所述控制量的调节后，获取所述被控对象的当前控制量值和当前温度值，根据所述当前控制量值和所述当前温度值通过预设的控制量、温度与光输出之间的映射关系，确定所述被控对象的当前光输出值，将所述当前光输出值与预设的目标光输出值进行比较，根据比较结果验证所述控制量的调节效果。

51、本发明的有益效果：通过计算温度变化率并结合变化趋势提前触发预测调节，在温度扰动引发光输出偏差前启动控制动作，相对于传统基于温度绝对值控制的方式，能够减少响应滞后带来的影响；通过区分升温与降温工况分别触发调节，有助于减少无差别响应引起的误触发和漏触发；控制量调节幅度根据温度变化速率动态确定，有利于减少固定步长调节产生的过调或欠调。上述机制协同作用，使调节时机、方向和幅度与温度变化规律相匹配，提升了温度扰动下光输出的稳定性。通过提取滞后时间并结合工况匹配构建温度响应关系，将预测时间轴划分为滞后保持段与响应生效段分段预测，适配热响应滞后特性，有利于减少因控制量调整过早或幅值过大引起的光输出波动；依据映射关系推定实时光输出，与目标值进行闭环比较和迭代修正，形成闭环控制链路，有利于提升光输出的控制精度。