CN105517278B - 一种灯丝电流的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种灯丝电流的控制方法和装置，该方法包括：获得电压输入值，并利用所述电压输入值计算电压变化参数；利用所述电压变化参数获得控制参数修正值；利用所述控制参数修正值对控制参数进行修正；利用修正后的控制参数获得电压输出值；利用所述电压输出值对灯丝电流进行控制。通过本发明的技术方案，修正后的控制参数可以满足控制要求，使得PID控制器能够很好的控制灯丝电流，使灯丝电流在灯丝准备阶段和灯丝曝光阶段保持快速性、平稳性、准确性、可靠性，实时性和抗干扰能力较强，具有良好的动态和静态性能，进而提高管电流的静态和动态性能，改善图像质量。

Description

一种灯丝电流的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种灯丝电流的控制方法和装置。
背景技术
在医学诊断中，管电流(灯丝加热产生的电子，在阴阳两级高压电场作用下，向阳极高速运动形成的电流，称为管电流)会影响到图像灰度等指标，而管电流主要由管电压和灯丝电流决定，管电流的主要影响因素为灯丝电流。基于此，如何很好地控制灯丝电流，使得灯丝电流在灯丝准备阶段和灯丝曝光阶段保持快速性、平稳性、准确性以及可靠性，就变得尤为重要。
目前，通常采用PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制器控制灯丝电流，PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，PID控制器只需要设定三个参数(比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd)即可。
但是，在PID控制器的参数(比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd)设定好之后，参数不会根据实时状况而改变，当电压发生突变时，已经设定好的参数可能已经无法满足控制要求，从而导致PID控制器无法很好的控制灯丝电流。因此，上述控制方式的实时性以及抗干扰能力较差。
发明内容
本发明提供一种灯丝电流的控制方法，所述方法包括以下步骤：
获得电压输入值，并利用所述电压输入值计算电压变化参数；
利用所述电压变化参数获得控制参数修正值；
利用所述控制参数修正值对控制参数进行修正；
利用修正后的控制参数获得电压输出值；
利用所述电压输出值对灯丝电流进行控制。
所述电压变化参数具体包括：灯丝电压偏差E和/或灯丝电压偏差变化率Ec；所述控制参数具体包括以下之一或者任意组合：比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd。
所述利用修正后的控制参数获得电压输出值的过程，具体包括：
利用如下公式计算电压输出值：
其中，u(k)为第k次采样时刻的灯丝电压输出值，k为采样序号，E(k)为第k次采样时刻的灯丝电压偏差，Ec(k)第k次采样时刻的灯丝电压偏差变化率，Kp为修正后的比例系数，且Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值之和，Ki为修正后的积分系数，且Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值之和，Kd为修正后的微分系数，且Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值之和。
所述利用所述电压变化参数获得控制参数修正值的过程，具体包括：
对所述电压变化参数进行模糊化处理，得到模糊电压变化参数；
利用所述模糊电压变化参数查询用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表，得到对应的模糊控制参数修正值；
对所述模糊控制参数修正值进行解模糊处理，得到控制参数修正值。
维护用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表的过程，具体包括：确定电压变化参数的变化范围，并利用所述电压变化参数的变化范围确定所述电压变化参数对应的第一基本论域，并确定所述第一基本论域对应的第一模糊论域，并确定所述第一模糊论域对应的第一模糊子集，所述第一模糊子集内包括所述电压变化参数对应的模糊电压变化参数；确定控制参数修正值的变化范围，并利用所述控制参数修正值的变化范围确定所述控制参数修正值对应的第二基本论域，并确定所述第二基本论域对应的第二模糊论域，并确定所述第二模糊论域对应的第二模糊子集，所述第二模糊子集内包括所述控制参数修正值对应的模糊控制参数修正值；
在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系。
所述在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系的过程，具体包括：当所述模糊电压变化参数具体为模糊灯丝电压偏差E和模糊灯丝电压偏差变化率Ec，且所述模糊控制参数修正值具体为模糊比例系数Kp修正值、模糊积分系数Ki修正值、模糊微分系数Kd修正值时，则在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊比例系数Kp修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊积分系数Ki修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系。
本发明提供一种灯丝电流的控制装置，所述装置具体包括：
计算模块，用于获得电压输入值，并利用电压输入值计算电压变化参数；
第一获得模块，用于利用所述电压变化参数获得控制参数修正值；
处理模块，用于利用所述控制参数修正值对控制参数进行修正；
第二获得模块，用于利用修正后的控制参数获得电压输出值；
控制模块，用于利用所述电压输出值对灯丝电流进行控制。
所述电压变化参数具体包括：灯丝电压偏差E和/或灯丝电压偏差变化率Ec；所述控制参数具体包括以下之一或者任意组合：比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd。
所述第二获得模块，具体用于在利用所述修正后的控制参数获得电压输出值的过程中，利用如下公式计算所述电压输出值：
其中，u(k)为第k次采样时刻的灯丝电压输出值，k为采样序号，E(k)为第k次采样时刻的灯丝电压偏差，Ec(k)第k次采样时刻的灯丝电压偏差变化率，Kp为修正后的比例系数，且Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值之和，Ki为修正后的积分系数，且Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值之和，Kd为修正后的微分系数，且Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值之和。
所述第一获得模块，具体用于在利用所述电压变化参数获得控制参数修正值的过程中，对所述电压变化参数进行模糊化处理，得到模糊电压变化参数；利用所述模糊电压变化参数查询用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表，得到对应的模糊控制参数修正值；对所述模糊控制参数修正值进行解模糊处理，得到控制参数修正值。
所述第一获得模块，具体用于在维护用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表的过程中，确定电压变化参数的变化范围，利用所述电压变化参数的变化范围确定所述电压变化参数对应的第一基本论域，确定所述第一基本论域对应的第一模糊论域，确定所述第一模糊论域对应的第一模糊子集，所述第一模糊子集内包括所述电压变化参数对应的模糊电压变化参数；确定控制参数修正值的变化范围，利用所述控制参数修正值的变化范围确定所述控制参数修正值对应的第二基本论域，确定所述第二基本论域对应的第二模糊论域，确定所述第二模糊论域对应的第二模糊子集，所述第二模糊子集内包括所述控制参数修正值对应的模糊控制参数修正值；在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系。
所述第一获得模块，具体用于在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系的过程中，当所述模糊电压变化参数为模糊灯丝电压偏差E和模糊灯丝电压偏差变化率Ec，且所述模糊控制参数修正值为模糊比例系数Kp修正值、模糊积分系数Ki修正值、模糊微分系数Kd修正值时，则在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊比例系数Kp修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊积分系数Ki修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系。
基于上述技术方案，本发明实施例中，在PID控制器的控制参数(比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd)设定好后，可以利用控制参数修正值对控制参数进行修正，利用修正后的控制参数获得电压输出值，利用电压输出值对灯丝电流进行控制，因此PID控制器的控制参数可以根据实时状况而改变，当电压发生突变时，修正后的控制参数可以满足控制要求，使得PID控制器能够很好的控制灯丝电流，使灯丝电流在灯丝准备阶段和灯丝曝光阶段保持快速性、平稳性、准确性、可靠性，实时性和抗干扰能力较强，具有良好的动态和静态性能，进而提高管电流的静态和动态性能，改善图像质量。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本发明一种实施方式中的灯丝电流的控制方法的流程图；
图2是本发明一种实施方式中的模糊PID控制器的结构示意图；
图3是本发明另一种实施方式中的灯丝电流的控制方法的流程图；
图4是本发明一种实施方式中的模糊化的语言变量示意图；
图5A-图5C是本发明一种实施方式中的模糊控制表的示意图；
图6是本发明一种实施方式中的对灯丝电流进行控制的结构示意图；
图7是本发明一种实施方式中的对比仿真结果示意图；
图8是本发明一种实施方式中的灯丝电流的控制装置的结构图。
具体实施方式
在本申请使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而非限制本申请。本申请和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，此外，所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
针对现有技术中存在的问题，本发明实施例中提出一种灯丝电流的控制方法，如图1所示，该灯丝电流的控制方法具体可以包括以下步骤：
步骤101，获得电压输入值，并利用该电压输入值计算电压变化参数。
步骤102，利用该电压变化参数获得控制参数修正值。
步骤103，利用该控制参数修正值对控制参数进行修正。
步骤104，利用修正后的控制参数获得电压输出值。
步骤105，利用该电压输出值对灯丝电流进行控制。
本发明实施例中，该电压变化参数具体可以包括但不限于：灯丝电压偏差E和/或灯丝电压偏差变化率Ec；该控制参数具体可以包括但不限于以下之一或者任意组合：比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd。
本发明实施例中，针对步骤104，利用修正后的控制参数获得电压输出值的过程，具体可以包括但不限于如下方式：利用如下公式计算电压输出值：
其中，u(k)为第k次采样时刻的灯丝电压输出值，k为采样序号，E(k)为第k次采样时刻的灯丝电压偏差，Ec(k)第k次采样时刻的灯丝电压偏差变化率，Kp为修正后的比例系数，且Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值之和，Ki为修正后的积分系数，且Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值之和，Kd为修正后的微分系数，且Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值之和。
本发明实施例中，针对步骤102，利用电压变化参数获得控制参数修正值的过程，具体可以包括但不限于如下方式：对电压变化参数进行模糊化处理，得到模糊电压变化参数；利用模糊电压变化参数查询模糊控制表，得到该模糊电压变化参数对应的模糊控制参数修正值；对模糊控制参数修正值进行解模糊处理，得到控制参数修正值。其中，该预先配置的模糊控制表用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值之间的对应关系。
本发明实施例中，维护用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值之间的对应关系的模糊控制表的过程，具体可以包括但不限于如下方式：确定电压变化参数的变化范围，并利用该电压变化参数的变化范围确定该电压变化参数对应的第一基本论域，并确定该第一基本论域对应的第一模糊论域，并确定该第一模糊论域对应的第一模糊子集，该第一模糊子集内包括该电压变化参数对应的模糊电压变化参数。确定控制参数修正值的变化范围，并利用该控制参数修正值的变化范围确定该控制参数修正值对应的第二基本论域，并确定该第二基本论域对应的第二模糊论域，并确定该第二模糊论域对应的第二模糊子集，该第二模糊子集内包括该控制参数修正值对应的模糊控制参数修正值。在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系。
本发明实施例中，在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系的过程，具体可以包括但不限于如下方式：当模糊电压变化参数具体为模糊灯丝电压偏差E和模糊灯丝电压偏差变化率Ec，且模糊控制参数修正值具体为模糊比例系数Kp修正值、模糊积分系数Ki修正值、模糊微分系数Kd修正值时，则：在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与第二模糊子集内包括的模糊比例系数Kp修正值之间的对应关系；进一步的，在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与第二模糊子集内包括的模糊积分系数Ki修正值之间的对应关系；进一步的，在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与第二模糊子集内包括的模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系。
基于上述技术方案，本发明实施例中，在PID控制器的控制参数(比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd)设定好后，可以利用控制参数修正值对控制参数进行修正，利用修正后的控制参数获得电压输出值，利用电压输出值对灯丝电流进行控制，因此PID控制器的控制参数可以根据实时状况而改变，当电压发生突变时，修正后的控制参数可以满足控制要求，使得PID控制器能够很好的控制灯丝电流，使灯丝电流在灯丝准备阶段和灯丝曝光阶段保持快速性、平稳性、准确性、可靠性，实时性和抗干扰能力较强，具有良好的动态和静态性能，进而提高管电流的静态和动态性能，改善图像质量。
以下结合具体的应用场景，对本发明实施例的技术方案进行详细说明。
如图2所示，为本发明实施例提出的模糊PID控制器的结构示意图，该模糊PID控制器由模糊化，模糊推理，解模糊化和PID控制器等功能模块构成。基于灯丝电压偏差E、灯丝电压偏差变化率Ec与比例系数Kp修正值、积分系数Ki修正值、微分系数Kd修正值之间的模糊关系，可以在运行过程中，基于当前得到的灯丝电压偏差E、灯丝电压偏差变化率Ec，获得与之适应的比例系数Kp修正值、积分系数Ki修正值、微分系数Kd修正值，并利用当前获得的比例系数Kp修正值、积分系数Ki修正值、微分系数Kd修正值对比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd进行在线修改，以满足不同的灯丝电压偏差E和灯丝电压偏差变化率Ec对比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd的不同要求，从而使灯丝电流具有良好的动态性能和静态性能。
如图3所示，为本发明实施例中提出的灯丝电流的控制方法的流程示意图，该方法可以应用在模糊PID控制器上，且该方法具体可以包括以下步骤：
步骤301，获得电压输入值，并利用该电压输入值计算电压变化参数。
其中，电压输入值可以为参考电压Vref的数值，参考电压Vref的数值为高压发生器实际对应的曝光条件的灯丝电流参考电压，当用户在应用界面完成曝光条件的设置操作之后，在按下手闸曝光前的灯丝准备阶段，主控板会按照对应的参考电压Vref值输入给灯丝电路。
其中，电压变化参数具体为灯丝电压偏差E(又称为***偏差)、灯丝电压偏差变化率Ec(又称为***偏差变化率)。灯丝电压偏差E是电压输入值与电压输出值(即反馈电压Vout，在后续过程中介绍电压输出值的获得过程)之间的偏差。灯丝电压偏差变化率Ec是电压输入值与电压输出值之间的偏差的变化率，即电压输入值与电压输出值之间的偏差对时间求导的结果。
在图2中，参考电压Vref和反馈电压Vout均指向一个做差运算的器件，由该器件对参考电压Vref和反馈电压Vout进行做差运算，得到灯丝电压偏差E，该灯丝电压偏差E被输出给模糊化功能模块和PID控制器，输出给PID控制器的灯丝电压偏差E在后续步骤306中会使用到。此外，将灯丝电压偏差E输出给求导器件(即图中的d/dt)，由求导器件将灯丝电压偏差E对时间进行求导处理，得到灯丝电压偏差变化率Ec，该灯丝电压偏差变化率Ec被输出给模糊化功能模块和PID控制器，输出给PID控制器的灯丝电压偏差变化率Ec在后续步骤306中会使用到。此外，在对时间进行求导处理时，其单位通常为毫秒。
步骤302，对电压变化参数进行模糊化处理，得到模糊电压变化参数。
其中，可以由模糊化功能模块对电压变化参数进行模糊化处理。模糊电压变化参数具体为模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec。
步骤303，利用模糊电压变化参数查询预先配置的模糊控制表，得到该模糊电压变化参数对应的模糊控制参数修正值。其中，该预先配置的模糊控制表用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值之间的对应关系。
其中，可以由模糊推理功能模块利用模糊电压变化参数查询预先配置的模糊控制表，得到该模糊电压变化参数对应的模糊控制参数修正值。
步骤304，对模糊控制参数修正值进行解模糊处理，得到控制参数修正值。
其中，可以由解模糊化功能模块对模糊控制参数修正值进行解模糊处理。
其中，模糊控制参数修正值具体可以为模糊比例系数Kp修正值(ΔKp)、模糊积分系数Ki修正值(ΔKi)、模糊微分系数Kd修正值(ΔKd)。与此对应的，控制参数具体可以为比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd。
本发明实施例中，维护用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值之间的对应关系的模糊控制表的过程，具体可以包括但不限于如下方式：确定电压变化参数的变化范围，并利用该电压变化参数的变化范围确定该电压变化参数对应的第一基本论域，并确定该第一基本论域对应的第一模糊论域，并确定该第一模糊论域对应的第一模糊子集，该第一模糊子集内包括该电压变化参数对应的模糊电压变化参数。确定控制参数修正值的变化范围，并利用该控制参数修正值的变化范围确定该控制参数修正值对应的第二基本论域，并确定该第二基本论域对应的第二模糊论域，并确定该第二模糊论域对应的第二模糊子集，该第二模糊子集内包括该控制参数修正值对应的模糊控制参数修正值。在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系。
本发明实施例中，在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系的过程，具体可以包括但不限于如下方式：在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与第二模糊子集内包括的模糊比例系数Kp修正值之间的对应关系；在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与第二模糊子集内包括的模糊积分系数Ki修正值之间的对应关系；在模糊控制表中配置第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与第二模糊子集内包括的模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系。
以下结合一种具体应用对模糊控制表的维护过程进行详细说明。
在本应用场景下，模糊PID控制器将输入量(即电压变化参数)、输出量(即控制参数修正值)的模糊集合定义为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其含义分别为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，实际论域对应为{-6，6}。如图4所示，为模糊化的语言变量示意图，模糊化具体划分如下：正大(PB)取值为5，6附近，负大(NB)取值为-5，-6附近，正中(PM)取值为3，4附近，负中(NM)取值为-3，-4附近，正小(PS)取值为1，2附近，负小(NS)取值为-1，-2附近，零(ZO)取值为0附近。其中，该语言变量示意图的横坐标为模糊论域的取值，纵坐标表示各取值的可信度，纵坐标中的1表示可信度为100％。例如，当模糊论域的取值为-6时，则对应的模糊值是NB的可信度为1，即取值-6对应模糊值NB的可信度为100％。
在本应用场景下，灯丝电压偏差E的变化范围为-0.3到0.3，且灯丝电压偏差E对应的基本论域为[-0.3，0.3]，模糊论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，该模糊子集内包括的数值为模糊灯丝电压偏差E。灯丝电压偏差变化率Ec的变化范围为-1到1，且灯丝电压偏差变化率Ec对应的基本论域为[-1，1]，模糊论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，该模糊子集内包括的数值为模糊灯丝电压偏差变化率Ec。比例系数Kp修正值的变化范围为-1.5到1.5，且比例系数Kp修正值对应的基本论域为[-1.5，1.5]，模糊论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，该模糊子集内包括的数值为模糊比例系数Kp修正值。积分系数Ki修正值的变化范围为-0.03到0.03，且积分系数Ki修正值对应的基本论域为[-0.03，0.03]，模糊论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，该模糊子集内包括的数值为模糊积分系数Ki修正值。微分系数Kd修正值的变化范围为-0.3到0.3，且模糊微分系数Kd修正值对应的基本论域为[-0.3，0.3]，模糊论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，该模糊子集内包括的数值为模糊微分系数Kd修正值。
基于各模糊子集，可以根据实际经验，在模糊控制表中配置模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与模糊比例系数Kp修正值、模糊积分系数Ki修正值、模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系。可以在一个模糊控制表中同时配置模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与模糊比例系数Kp修正值、模糊积分系数Ki修正值、模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系。或者，在ΔKp模糊控制规则表(模糊控制表的一种应用)中配置模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与模糊比例系数Kp修正值之间的对应关系，如图5A所示。在ΔKi模糊控制规则表(模糊控制表的一种应用)中配置模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与模糊积分系数Ki修正值之间的对应关系，如图5B所示。在ΔKd模糊控制规则表(模糊控制表的一种应用)中配置模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系，如图5C所示。
针对步骤302，在得到灯丝电压偏差E和灯丝电压偏差变化率Ec之后，由于灯丝电压偏差E和灯丝电压偏差变化率Ec是精确量，而模糊推理是针对模糊量进行的，因此，需要对灯丝电压偏差E和灯丝电压偏差变化率Ec进行模糊化处理，得到模糊灯丝电压偏差E和模糊灯丝电压偏差变化率Ec。
在模糊化处理过程中，可以依据灯丝电压偏差E的变化范围确定灯丝电压偏差E的量化等级、比例因子和量化因子等信息，并选择合适的隶属函数，继而将灯丝电压偏差E转换为模糊灯丝电压偏差E，且模糊灯丝电压偏差E为模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}中的一个取值，如取值NB。可以依据灯丝电压偏差变化率Ec的变化范围确定灯丝电压偏差变化率Ec的量化等级、比例因子和量化因子等信息，并选择合适的隶属函数，继而将灯丝电压偏差变化率Ec转换为模糊灯丝电压偏差变化率Ec，且模糊灯丝电压偏差变化率Ec为模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}中的一个取值，如取值NB。对于模糊化处理的详细方式，本发明实施例中不再赘述。
针对步骤303，在得到模糊灯丝电压偏差E和模糊灯丝电压偏差变化率Ec之后，可以根据预先配置的模糊控制表进行模糊推理，找到模糊灯丝电压偏差E和模糊灯丝电压偏差变化率Ec对应的模糊比例系数Kp修正值(ΔKp)、模糊积分系数Ki修正值(ΔKi)、模糊微分系数Kd修正值(ΔKd)。
例如，通过模糊灯丝电压偏差E(NB)和模糊灯丝电压偏差变化率Ec(NB)查询图5A所示的ΔKp模糊控制规则表，可以得到对应的模糊比例系数Kp修正值(ΔKp)为PB。通过模糊灯丝电压偏差E(NB)和模糊灯丝电压偏差变化率Ec(NB)查询图5B所示的ΔKi模糊控制规则表，可以得到对应的模糊积分系数Ki修正值(ΔKi)为NB。通过模糊灯丝电压偏差E(NB)和模糊灯丝电压偏差变化率Ec(NB)查询图5C所示的ΔKd模糊控制规则表，可以得到对应的模糊微分系数Kd修正值(ΔKd)为PS。
针对步骤304，在得到模糊比例系数Kp修正值(ΔKp)、模糊积分系数Ki修正值(ΔKi)、模糊微分系数Kd修正值(ΔKd)之后，由于模糊比例系数Kp修正值(ΔKp)、模糊积分系数Ki修正值(ΔKi)、模糊微分系数Kd修正值(ΔKd)是模糊量，而后续计算时需要使用精确量，因此，需要对模糊比例系数Kp修正值(ΔKp)、模糊积分系数Ki修正值(ΔKi)、模糊微分系数Kd修正值(ΔKd)进行解模糊处理，得到精确的比例系数Kp修正值(ΔKp)、积分系数Ki修正值(ΔKi)、微分系数Kd修正值(ΔKd)。
其中，解模糊处理是步骤302中的模糊化处理的逆运算，在此不再赘述。
步骤305，利用控制参数修正值对控制参数进行修正。
其中，控制参数可以为比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd。修正后的比例系数Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值(ΔKp)之和，修正后的积分系数Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值(ΔKi)之和，修正后的微分系数Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值(ΔKd)之和。
其中，比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd的初始值由控制***的特性决定，一般根据经验及测试效果预先设置，在之后的运行过程中，不断使用当前得到的比例系数修正值(ΔKp)对比例系数Kp进行修正，使用积分系数修正值(ΔKi)对积分系数Ki进行修正，使用微分系数修正值(ΔKd)对微分系数Kd进行修正。
基于上述过程，可以实现对比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd等控制参数的在线调整，进而可以实现对灯丝电流的智能控制。
步骤306，利用修正后的控制参数获得电压输出值(Vout)。
本发明实施例中，利用修正后的控制参数获得电压输出值(Vout)的过程，具体可以包括但不限于如下方式：利用如下公式计算电压输出值：
其中，u(k)为第k次采样时刻的灯丝电压输出值，k为采样序号，E(k)为第k次采样时刻的灯丝电压偏差，Ec(k)第k次采样时刻的灯丝电压偏差变化率，Kp为修正后的比例系数，且Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值之和，Ki为修正后的积分系数，且Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值之和，Kd为修正后的微分系数，且Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值之和。
步骤307，利用该电压输出值(Vout)对灯丝电流进行控制。
其中，可以由PID控制器利用控制参数修正值对控制参数进行修正，利用修正后的控制参数获得电压输出值，利用电压输出值对灯丝电流进行控制，且PID控制器采用上述公式所示的离散PID控制算法获得电压输出值。
如图6所示，为模糊PID控制器对灯丝电流进行控制的结构示意图。基于电压输出值(Vout)，可进行PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号控制，得到四路PWM初始驱动信号，分别为PWM1初始驱动信号、PWM2初始驱动信号、PWM3初始驱动信号和PWM4初始驱动信号，并根据运算结果实时调整PWM信号的占空比，并将PWM1初始驱动信号、PWM2初始驱动信号、PWM3初始驱动信号和PWM4初始驱动信号分别输出给灯丝电路，以对灯丝电路的灯丝电流进行控制，具体的控制方式在此不再赘述。
本发明实施例中，模糊PID控制器还可以检测灯丝电流的反馈值，当灯丝电流的反馈值超出灯丝限制后，则提供报警信号，并将反馈值超出灯丝限制的信息发送给主控板，以控制主控板停止曝光输出过程。
在实际应用中，可以选择TMS320F2812DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)控制芯片实现模糊PID控制器的相关功能，处理并实时的改变四路PWM信号的脉冲宽度，从而调节灯丝电路的电压输出值，达到使输出更稳定，精确控制的目的。其中，TMS320F2812DSP控制芯片可以包含如下功能模块：DSP功能初始化模块，用于完成DSP***时钟、定时器、寄存器、中断、A/D端口、PWM端口等功能的初始化。模糊PID控制器，在上述过程中已经详细说明其功能，在此不再重复赘述。信号采集与数字滤波模块，用于对指令信号和反馈信号进行采集，并滤去采集到的过大值。PWM占空比计算与分配模块，用于计算脉宽调制信号PWM1-PWM4的占空比，装载比较寄存器参数，并输出PWM信号(即PWM1初始驱动信号、PWM2初始驱动信号、PWM3初始驱动信号和PWM4初始驱动信号)。
基于上述技术方案，本发明实施例中，在PID控制器的控制参数(比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd)设定好后，可以利用控制参数修正值对控制参数进行修正，利用修正后的控制参数获得电压输出值，利用电压输出值对灯丝电流进行控制，因此PID控制器的控制参数可以根据实时状况而改变，当电压发生突变时，修正后的控制参数可以满足控制要求，使得PID控制器能够很好的控制灯丝电流，使灯丝电流在灯丝准备阶段和灯丝曝光阶段保持快速性、平稳性、准确性、可靠性，实时性和抗干扰能力较强，具有良好的动态和静态性能，进而提高管电流的静态和动态性能，改善图像质量。灯丝电流的响应时间更快，超调量更小，很好的满足快速性及稳定性要求。如图7所示的对比仿真结果示意图，与现有的灯丝电流控制的响应时间(图7中的颗粒度更长的粗线)相比，本发明实施例中的灯丝电流控制的响应时间(图7中的颗粒度更短的细线)更快，超调量更小，很好的满足快速性及稳定性要求。
基于与上述方法同样的发明构思，本发明实施例中还提供了一种灯丝电流的控制装置，如图8所示，所述灯丝电流的控制装置具体包括：
计算模块11，用于获得电压输入值，并利用电压输入值计算电压变化参数；
第一获得模块12，用于利用所述电压变化参数获得控制参数修正值；
处理模块13，用于利用所述控制参数修正值对控制参数进行修正；
第二获得模块14，用于利用修正后的控制参数获得电压输出值；
控制模块15，用于利用所述电压输出值对灯丝电流进行控制。
本发明实施例中，所述电压变化参数具体包括：灯丝电压偏差E和/或灯丝电压偏差变化率Ec；所述控制参数具体包括以下之一或者任意组合：比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd。
所述第二获得模块14，具体用于在利用所述修正后的控制参数获得电压输出值的过程中，利用如下公式计算所述电压输出值：
其中，u(k)为第k次采样时刻的灯丝电压输出值，k为采样序号，E(k)为第k次采样时刻的灯丝电压偏差，Ec(k)第k次采样时刻的灯丝电压偏差变化率，Kp为修正后的比例系数，且Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值之和，Ki为修正后的积分系数，且Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值之和，Kd为修正后的微分系数，且Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值之和。
所述第一获得模块12，具体用于在利用所述电压变化参数获得控制参数修正值的过程中，对所述电压变化参数进行模糊化处理，得到模糊电压变化参数；利用所述模糊电压变化参数查询用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表，得到对应的模糊控制参数修正值；对所述模糊控制参数修正值进行解模糊处理，得到控制参数修正值。
所述第一获得模块12，具体用于在维护用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表的过程中，确定电压变化参数的变化范围，利用所述电压变化参数的变化范围确定所述电压变化参数对应的第一基本论域，确定所述第一基本论域对应的第一模糊论域，确定所述第一模糊论域对应的第一模糊子集，所述第一模糊子集内包括所述电压变化参数对应的模糊电压变化参数；确定控制参数修正值的变化范围，利用所述控制参数修正值的变化范围确定所述控制参数修正值对应的第二基本论域，确定所述第二基本论域对应的第二模糊论域，确定所述第二模糊论域对应的第二模糊子集，所述第二模糊子集内包括所述控制参数修正值对应的模糊控制参数修正值；在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系。
所述第一获得模块12，具体用于在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系的过程，当所述模糊电压变化参数为模糊灯丝电压偏差E和模糊灯丝电压偏差变化率Ec，且所述模糊控制参数修正值为模糊比例系数Kp修正值、模糊积分系数Ki修正值、模糊微分系数Kd修正值时，则在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊比例系数Kp修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊积分系数Ki修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差E、模糊灯丝电压偏差变化率Ec与所述第二模糊子集内包括的模糊微分系数Kd修正值之间的对应关系。
其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可进一步拆分成多个子模块。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种灯丝电流的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获得电压输入值，并利用所述电压输入值计算电压变化参数；
利用所述电压变化参数获得控制参数修正值；
利用所述控制参数修正值对控制参数进行修正；其中，所述控制参数具体包括以下之一或者任意组合：比例系数，积分系数和微分系数；
利用修正后的控制参数获得电压输出值；
利用所述电压输出值对灯丝电流进行控制；
所述利用所述电压变化参数获得控制参数修正值的过程，具体包括：
对所述电压变化参数进行模糊化处理，得到模糊电压变化参数；
利用所述模糊电压变化参数查询用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表，得到对应的模糊控制参数修正值；
对所述模糊控制参数修正值进行解模糊处理，得到控制参数修正值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压变化参数具体包括：灯丝电压偏差E和/或灯丝电压偏差变化率Ec。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用修正后的控制参数获得电压输出值的过程，具体包括：利用如下公式计算电压输出值：
其中，u(k)为第k次采样时刻的灯丝电压输出值，k为采样序号，E(k)为第k次采样时刻的灯丝电压偏差，Ec(k)第k次采样时刻的灯丝电压偏差变化率，Kp为修正后的比例系数，且Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值之和，Ki为修正后的积分系数，且Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值之和，Kd为修正后的微分系数，且Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值之和。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，维护用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表的过程，具体包括：
确定电压变化参数的变化范围，并利用所述电压变化参数的变化范围确定所述电压变化参数对应的第一基本论域，并确定所述第一基本论域对应的第一模糊论域，并确定所述第一模糊论域对应的第一模糊子集，所述第一模糊子集内包括所述电压变化参数对应的模糊电压变化参数；
确定控制参数修正值的变化范围，并利用所述控制参数修正值的变化范围确定所述控制参数修正值对应的第二基本论域，并确定所述第二基本论域对应的第二模糊论域，并确定所述第二模糊论域对应的第二模糊子集，所述第二模糊子集内包括所述控制参数修正值对应的模糊控制参数修正值；
在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系的过程，具体包括：
当所述模糊电压变化参数具体为模糊灯丝电压偏差和模糊灯丝电压偏差变化率，且所述模糊控制参数修正值具体为模糊比例系数修正值、模糊积分系数修正值、模糊微分系数修正值时，则在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差、模糊灯丝电压偏差变化率与所述第二模糊子集内包括的模糊比例系数修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差、模糊灯丝电压偏差变化率与所述第二模糊子集内包括的模糊积分系数修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差、模糊灯丝电压偏差变化率与所述第二模糊子集内包括的模糊微分系数修正值之间的对应关系。
6.一种灯丝电流的控制装置，其特征在于，所述装置具体包括：
计算模块，用于获得电压输入值，并利用电压输入值计算电压变化参数；
第一获得模块，用于利用所述电压变化参数获得控制参数修正值；
处理模块，用于利用所述控制参数修正值对控制参数进行修正；其中，所述控制参数具体包括以下之一或者任意组合：比例系数，积分系数和微分系数；
第二获得模块，用于利用修正后的控制参数获得电压输出值；
控制模块，用于利用所述电压输出值对灯丝电流进行控制；
所述第一获得模块，具体用于在利用所述电压变化参数获得控制参数修正值的过程中，对所述电压变化参数进行模糊化处理，得到模糊电压变化参数；利用所述模糊电压变化参数查询用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表，得到对应的模糊控制参数修正值；对所述模糊控制参数修正值进行解模糊处理，得到控制参数修正值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压变化参数具体包括：灯丝电压偏差E和/或灯丝电压偏差变化率Ec。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述第二获得模块，具体用于在利用所述修正后的控制参数获得电压输出值的过程中，利用如下公式计算所述电压输出值：
其中，u(k)为第k次采样时刻的灯丝电压输出值，k为采样序号，E(k)为第k次采样时刻的灯丝电压偏差，Ec(k)第k次采样时刻的灯丝电压偏差变化率，Kp为修正后的比例系数，且Kp为修正前的比例系数与比例系数修正值之和，Ki为修正后的积分系数，且Ki为修正前的积分系数与积分系数修正值之和，Kd为修正后的微分系数，且Kd为修正前的微分系数与微分系数修正值之和。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第一获得模块，具体用于在维护用于记录模糊电压变化参数与模糊控制参数修正值的对应关系的模糊控制表的过程中，确定电压变化参数的变化范围，利用所述电压变化参数的变化范围确定所述电压变化参数对应的第一基本论域，确定所述第一基本论域对应的第一模糊论域，确定所述第一模糊论域对应的第一模糊子集，所述第一模糊子集内包括所述电压变化参数对应的模糊电压变化参数；确定控制参数修正值的变化范围，利用所述控制参数修正值的变化范围确定所述控制参数修正值对应的第二基本论域，确定所述第二基本论域对应的第二模糊论域，确定所述第二模糊论域对应的第二模糊子集，所述第二模糊子集内包括所述控制参数修正值对应的模糊控制参数修正值；在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述第一获得模块，具体用于在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊电压变化参数与所述第二模糊子集内包括的模糊控制参数修正值之间的对应关系的过程中，当所述模糊电压变化参数为模糊灯丝电压偏差和模糊灯丝电压偏差变化率，且所述模糊控制参数修正值为模糊比例系数修正值、模糊积分系数修正值、模糊微分系数修正值时，则在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差、模糊灯丝电压偏差变化率与所述第二模糊子集内包括的模糊比例系数修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差、模糊灯丝电压偏差变化率与所述第二模糊子集内包括的模糊积分系数修正值之间的对应关系；并在所述模糊控制表中配置所述第一模糊子集内包括的模糊灯丝电压偏差、模糊灯丝电压偏差变化率与所述第二模糊子集内包括的模糊微分系数修正值之间的对应关系。
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