畢棟，周海鷹，王思山

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002）

基于CCP協(xié)議的PID參數(shù)自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢棟，周海鷹，王思山

（湖北汽車工業(yè)學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002）

設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于CAN Calibration Protocol協(xié)議的PID參數(shù)自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)，通過上位機(jī)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)修改，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可較快得到使系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)值。通過具體實(shí)例設(shè)計(jì)了完整的下位機(jī)、上位機(jī)軟件，提供了一種實(shí)現(xiàn)方法，驗(yàn)證了自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)的可行性。

自動(dòng)標(biāo)定；PID控制器；CCP協(xié)議

目前廣泛應(yīng)用的PID參數(shù)整定方法有很多（試湊法、經(jīng)驗(yàn)法、臨界比例度法等）［1］，不僅需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，還需要人工對(duì)ECU參數(shù)進(jìn)行反復(fù)的修改比較，工作量大，難度高。為進(jìn)一步提高PID參數(shù)整定的效率和精度，可使用標(biāo)定的方法對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定。

本文中基于CCP2.1協(xié)議提出了一種自動(dòng)標(biāo)定思路，以達(dá)到較快獲得系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)合理PID參數(shù)的目的，并通過具體實(shí)例設(shè)計(jì)了完整的下位機(jī)、上位機(jī)軟件，提供了一種實(shí)現(xiàn)方法，驗(yàn)證了自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)的可行性。

1 CCP協(xié)議及工作原理

CCP是基于汽車CAN網(wǎng)絡(luò)總線對(duì)汽車網(wǎng)絡(luò)通信中的電控單元進(jìn)行標(biāo)定的一種協(xié)議，具有通信可靠、傳輸速度快、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，主要作用是監(jiān)控ECU參數(shù)，在線調(diào)整MAP數(shù)據(jù)、ECU控制參數(shù)、工作參數(shù)以及離線數(shù)據(jù)處理等［3］，其發(fā)展至今已應(yīng)用于汽車各個(gè)領(lǐng)域。

基于CCP協(xié)議的ECU標(biāo)定系統(tǒng)采用主-從的通信方式，主設(shè)備通過CAN總線與多個(gè)從設(shè)備連接。其中主設(shè)備（上位機(jī)）是測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)，從設(shè)備（下位機(jī)）是待標(biāo)定的電控單元ECU。CCP協(xié)議以CAN報(bào)文幀為基本單位來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，發(fā)送和接收各使用一個(gè)CAN ID，分別為命令接收消息（CRO）和數(shù)據(jù)發(fā)送消息（DTO）。命令接收消息用于向下位機(jī)傳遞上位機(jī)的指令，數(shù)據(jù)發(fā)送消息用于向上位機(jī)傳遞下位機(jī)的命令應(yīng)答或數(shù)據(jù)。通訊過程中，主設(shè)備與其中一個(gè)從設(shè)備建立邏輯連接后，由上位機(jī)發(fā)出控制命令，從設(shè)備接收到命令后執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作并做出應(yīng)答（返回命令響應(yīng)值或錯(cuò)誤代碼等信息），由此完成一次會(huì)話，若干會(huì)話的組合可實(shí)現(xiàn)多種功能，如建立斷開連接、從ECU內(nèi)存單元讀取數(shù)據(jù)、向ECU內(nèi)存單元寫數(shù)據(jù)，初始化設(shè)備參數(shù)空間等［4］。

CCP協(xié)議定義了2種工作模式：查詢模式（Polling）和數(shù)據(jù)采集模式（DAQ）。當(dāng)處于查詢模式時(shí)，系統(tǒng)采用“一問一答”的通訊方式，主設(shè)備發(fā)送消息命令，從設(shè)備收到命令后，執(zhí)行相應(yīng)的操作并反饋一幀報(bào)文，查詢模式的數(shù)據(jù)傳送方式相對(duì)容易，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但工作效率較低。處于DAQ模式時(shí)，從設(shè)備可根據(jù)主設(shè)備的要求按設(shè)定周期自動(dòng)將監(jiān)視數(shù)據(jù)上傳，而不用在每個(gè)數(shù)據(jù)上傳時(shí)都發(fā)一次上傳命令，這種模式下系統(tǒng)工作效率高，但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，需上傳的數(shù)據(jù)量大。

2 自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計(jì)

本文中設(shè)計(jì)的自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)由ECU電控單元、CAN-USB接口卡、PC機(jī)端的標(biāo)定平臺(tái)軟件組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

標(biāo)定數(shù)據(jù)分為控制參數(shù)和監(jiān)視參數(shù)，其中控制參數(shù)為比例、積分和微分系數(shù)，對(duì)于不同的ECU，設(shè)計(jì)人員可自行設(shè)置PID參數(shù)變量。監(jiān)視參數(shù)分為兩類，一類是PID閉環(huán)控制過程中的反饋量和設(shè)定量，可在上位機(jī)界面中觀察其實(shí)時(shí)波形；另一類是標(biāo)志系統(tǒng)運(yùn)行情況的重要數(shù)據(jù)，針對(duì)不同的PID控制器，設(shè)計(jì)人員可依據(jù)不同的控制對(duì)象（電源、電機(jī)、液壓系統(tǒng)等），設(shè)計(jì)能夠區(qū)分系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)一定的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，對(duì)每一個(gè)性能指標(biāo)設(shè)置上下限，在標(biāo)定過程中由下位機(jī)進(jìn)行計(jì)算，并將范圍內(nèi)的計(jì)算數(shù)據(jù)值發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行記錄，通過對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行分析比較，確定PID參數(shù)的合理值。

科研成果轉(zhuǎn)化率是衡量科研創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品的指數(shù)，據(jù)有效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的高?？蒲谐晒D(zhuǎn)化率約為10%，高職院校的科研成果轉(zhuǎn)化率就更低了。許多高職院校的科研管理部門，并沒有將科研成果轉(zhuǎn)化納入課題的考核范圍，對(duì)科研成果的社會(huì)服務(wù)價(jià)值不做具體要求。因此，很多課題在立項(xiàng)的時(shí)候便不考慮后續(xù)的科研成果轉(zhuǎn)化問題。

自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)的核心是基于對(duì)不同PID控制器的分析了解基礎(chǔ)上，設(shè)置一定的PID控制參數(shù)調(diào)節(jié)范圍，再采用窮舉的方式，通過上位機(jī)對(duì)其參數(shù)依次進(jìn)行修改，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)值。

2.2 從設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

從設(shè)備軟件主要由CAN Driver、CCP Driver和應(yīng)用程序組成。CAN Driver的作用是為CAN應(yīng)用程序提供接口，實(shí)現(xiàn)ECU數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送功能，主要由CAN的初始化函數(shù)、CAN的接收函數(shù)和CAN的發(fā)送函數(shù)組成；CCP Driver由Command處理機(jī)和DAQ處理機(jī)兩部分組成，是基于CAN Driver之上的接口標(biāo)準(zhǔn)，用于解析和執(zhí)行CCP命令，實(shí)現(xiàn)與PC端的標(biāo)定軟件間的通信，從而完成對(duì)ECU參數(shù)標(biāo)定和監(jiān)視的功能。其控制流程圖如圖2所示。

系統(tǒng)在CAN底層驅(qū)動(dòng)和CCP系統(tǒng)初始化工作完成后，下位機(jī)等待CAN接收中斷事件的發(fā)生。當(dāng)上位機(jī)寫入CRO消息后，下位機(jī)判斷是否接收到總線數(shù)據(jù)，若是則調(diào)用ccpCommand函數(shù)，完成命令的解析和處理，下位機(jī)主要接收PID參數(shù)值修改命令、標(biāo)志位修改命令、DAQ模式相關(guān)命令和SHORT_UP命令。

每一對(duì)PID參數(shù)測(cè)試前都需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，因而下位機(jī)首先接收到復(fù)位標(biāo)志位置位命令，通過調(diào)用復(fù)位函數(shù)完成系統(tǒng)初始化，隨后接收PID參數(shù)值修改命令，完成對(duì)PID參數(shù)的修改，以上操作之后，接收DAQ模式配置命令，確定DAQ模式下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為了完成DAQ處理機(jī)以及應(yīng)用程序的開發(fā)，下位機(jī)定義了一個(gè)定時(shí)中斷，在中斷周期內(nèi)完成應(yīng)用程序的開發(fā)。

初始化和DAQ模式配置工作完成后，下位機(jī)判斷是否接收到上位機(jī)啟動(dòng)標(biāo)志位，若是則運(yùn)行中斷函數(shù)，開始PID的調(diào)節(jié)以及性能指標(biāo)參數(shù)的計(jì)算。性能指標(biāo)的計(jì)算過程中，每一個(gè)參數(shù)計(jì)算結(jié)束后均判斷是否超過設(shè)定值，若是則下位機(jī)結(jié)束標(biāo)識(shí)符置位，若否則繼續(xù)性能指標(biāo)參數(shù)的計(jì)算。計(jì)算結(jié)束后將中斷函數(shù)中定義的一全局變量（定時(shí)標(biāo)識(shí)變量）置位，開始DAQ模式下數(shù)據(jù)的上傳。在一對(duì)PID參數(shù)測(cè)試周期（上位機(jī)定義）結(jié)束后，下位機(jī)接收START_STOP命令停止DAQ模式，并通過接收SHORT_UP命令將性能指標(biāo)計(jì)算值上傳，等待下一對(duì)PID參數(shù)的測(cè)試。

2.3 主設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

主設(shè)備軟件開發(fā)可分為界面功能模塊、CCP協(xié)議模塊和CAN-USB驅(qū)動(dòng)模塊三大部分。界面功能模塊完成功能選擇、參數(shù)配置、圖形顯示等功能，CCP協(xié)議模塊將CCP協(xié)議的11條基本命令和17條可選命令以類的成員函數(shù)進(jìn)行定義，通過函數(shù)的調(diào)用實(shí)現(xiàn)不同的命令功能，在CCP模塊封裝好的消息包，通過調(diào)用CAN-USB驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)包的傳輸功能。其上位機(jī)運(yùn)行主流程如圖3所示。

圖3 上位機(jī)軟件控制流程圖

標(biāo)定過程中，上位機(jī)在啟動(dòng)階段讀取下位機(jī)參數(shù)配置文件，獲取ECU參數(shù)的變量名稱、地址、字節(jié)大小等。在完成PID控制參數(shù)初始化后，上位機(jī)通過發(fā)送命令報(bào)文在線修改下位機(jī)PID參數(shù)值，并完成DAQ模式的相關(guān)配置。為實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自動(dòng)標(biāo)定，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，取得PID參數(shù)的合理范圍值，再通過循環(huán)程序，依次對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行累加，計(jì)算不同PID控制參數(shù)值下系統(tǒng)的性能指標(biāo)值。監(jiān)視過程中，采取2種數(shù)據(jù)上傳方式，ECU A/D模塊實(shí)時(shí)采集的反饋量、設(shè)定量和下位機(jī)結(jié)束標(biāo)識(shí)符通過DAQ模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，以設(shè)定的周期向上位機(jī)上傳數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收到CAN報(bào)文后，產(chǎn)生接收中斷事件，在上位機(jī)界面實(shí)時(shí)繪制反饋量和設(shè)定量的參數(shù)波形，并判斷結(jié)束標(biāo)識(shí)符是否被置位，若是則通過上位機(jī)的控制來結(jié)束本次測(cè)試的進(jìn)行，進(jìn)行下一組PID參數(shù)的標(biāo)定，若否則判斷當(dāng)前測(cè)試是否結(jié)束，直至完成本次測(cè)試周期（上位機(jī)設(shè)定）。而對(duì)于性能指標(biāo)監(jiān)視值，在每一對(duì)PID值測(cè)試結(jié)束后，上位機(jī)調(diào)用SHORT_UP命令，在接收到CAN總線上的報(bào)文數(shù)據(jù)后，將范圍內(nèi)的性能指標(biāo)計(jì)算值存儲(chǔ)到上位機(jī)軟件定義的數(shù)組中，并通過上位機(jī)控制結(jié)束DAQ模式，使下位機(jī)重新復(fù)位，進(jìn)行下一對(duì)PID參數(shù)的測(cè)試。當(dāng)所有PID參數(shù)的測(cè)試結(jié)束后上位機(jī)才將存儲(chǔ)的性能指標(biāo)計(jì)算值導(dǎo)入到文本文件中。

2.4 數(shù)據(jù)處理與解析

2.4.1 修改ECU內(nèi)部參數(shù)值

系統(tǒng)中需修改的ECU內(nèi)部參數(shù)包括PID參數(shù)值、復(fù)位標(biāo)志位和啟動(dòng)標(biāo)志位，從設(shè)備軟件設(shè)計(jì)中提到，在PID調(diào)節(jié)過程中可對(duì)3個(gè)調(diào)節(jié)過程各設(shè)置1個(gè)比例系數(shù)，通過一定的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則設(shè)定比例系數(shù)的值，因而可以使上位機(jī)PID參數(shù)的調(diào)節(jié)控制在2個(gè)字節(jié)的整型數(shù)據(jù)范圍內(nèi)。對(duì)于上述2個(gè)標(biāo)志位，均可設(shè)置為1個(gè)字節(jié)，數(shù)值為1時(shí)代表標(biāo)志位置位。上位機(jī)通過SET_MTA命令設(shè)置該參數(shù)在ECU內(nèi)存中的地址以及數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，再調(diào)用DOWN?LOAD命令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下載，下位機(jī)響應(yīng)這些命令完成對(duì)ECU內(nèi)數(shù)據(jù)的修改。

2.4.2 查詢模式下的數(shù)據(jù)采集

對(duì)于上文中提到的性能指標(biāo)參數(shù)采取查詢模式下數(shù)據(jù)采集方式，系統(tǒng)中每個(gè)性能指標(biāo)計(jì)算值可為單字節(jié)、雙字節(jié)或4字節(jié)數(shù)據(jù)，由于上傳字節(jié)低于5，可通過SHORT_UP命令來獲取性能指標(biāo)參數(shù)的計(jì)算值。

針對(duì)某一控制對(duì)象，會(huì)有多個(gè)不同的性能指標(biāo)參數(shù)，而在上位機(jī)發(fā)送的命令與下位機(jī)回復(fù)的消息中，具有相同的命令計(jì)數(shù)器CTR，對(duì)于不同的性能指標(biāo)參數(shù)值，上位機(jī)可在發(fā)送的命令中設(shè)置不同的CTR，上位機(jī)根據(jù)回復(fù)消息中的CTR值判斷該數(shù)據(jù)屬于哪個(gè)參數(shù)，從而完成數(shù)據(jù)的解析。

2.4.3 DAQ模式下的數(shù)據(jù)采集

DAQ模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的參數(shù)為PID閉環(huán)控制過程中的反饋量、設(shè)定量和下位機(jī)結(jié)束標(biāo)識(shí)符，系統(tǒng)中反饋量和設(shè)定量各設(shè)定為2個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)、下位機(jī)結(jié)束標(biāo)識(shí)符1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（1表示置位）。

下位機(jī)定義了1個(gè)3維結(jié)構(gòu)體，包含若干個(gè)DAQ list，每個(gè)DAQ list中包含一系列ODT列表，每個(gè)ODT對(duì)應(yīng)于1個(gè)唯一的編號(hào)（PID），含有7個(gè)元素，可描述7個(gè)ECU內(nèi)部參數(shù)的地址信息及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，這些被ODT列表描述的參數(shù)，就是需要下位機(jī)用DAQ-DTO幀周期發(fā)送給主設(shè)備的監(jiān)視參數(shù)。

在DAQ模式開始前，先要對(duì)下位機(jī)DAQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置，可通過上位機(jī)發(fā)送一系列命令完成。首先由SET_S_STATUS命令設(shè)定下位機(jī)工作模式；調(diào)用SET_DAQ_PTR命令選定需要初始化的一個(gè)DAQ最小數(shù)據(jù)單元，并通過WRITE_DAQ命令設(shè)定選定的最小數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)起始地址及相應(yīng)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，由于需要上傳3個(gè)參數(shù)值，故需要重復(fù)SET_DAQ_PTR和WRITE_DAQ命令3次，3次重復(fù)命令中使用相同的list number（00）和ODT number（00），使用不同的元素序列號(hào)EleNum（00，01，02）。完成下位機(jī)DAQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的配置后，調(diào)用START_STOP命令開啟DAQ模式，指定list num?ber為00和ODT number為00中的數(shù)據(jù)需要上傳，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 DAQ數(shù)據(jù)描述表

在接收到下位機(jī)上傳的DAQ_DTO數(shù)據(jù)幀后，上位機(jī)根據(jù)配置，字節(jié)0～1和2～3分別代表PID閉環(huán)控制過程中的反饋量、設(shè)定量，字節(jié)4代表下位機(jī)結(jié)束標(biāo)識(shí)符，從而完成數(shù)據(jù)的解析。

3 應(yīng)用實(shí)例

以圖5所示ECU硬件電路中開關(guān)電源的調(diào)節(jié)為例，ECU采用瑞薩的32位單片機(jī)R5F72AW。電源輸入電壓為18 V，單片機(jī)通過aVadjpwm1接口向MOS管輸入觸發(fā)脈沖，通過調(diào)節(jié)PWM占空比來改變輸出電壓，最終使電源模塊在空載和負(fù)載情況下能維持12 V穩(wěn)定電壓輸出。

圖5 自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)硬件框圖

本次實(shí)驗(yàn)過程中采用PI控制，系統(tǒng)電壓采樣頻率為4 kHz，達(dá)到穩(wěn)定12 V后，通過分壓電阻的分壓作用，AdjustVFB端口處的電壓設(shè)定值應(yīng)為3 V（A/D輸入量程為0～5 V），轉(zhuǎn)化為數(shù)字量即2 458，單片機(jī)A/D模塊通過采集AdjustVFB端口處的實(shí)際電壓對(duì)輸出進(jìn)行跟蹤，從而達(dá)到PI調(diào)節(jié)作用。為了測(cè)試系統(tǒng)在加載情況下的調(diào)節(jié)能力，每一對(duì)PI參數(shù)測(cè)試過程中，在系統(tǒng)運(yùn)行后的1 s時(shí)刻通過繼電器的控制自動(dòng)給電源加載。

控制參數(shù)為比例系數(shù)和積分系數(shù)，監(jiān)視參數(shù)為開關(guān)電源的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)、輸出電壓設(shè)定值和電壓采集值，其中性能評(píng)價(jià)指標(biāo)由空載啟動(dòng)時(shí)輸出電壓最大值（PValue）、峰值時(shí)間（PTime）、系統(tǒng)收斂時(shí)間（CTime）以及加載時(shí)最低電壓（PValue_1）和收斂時(shí)間（CTime_1）組成。以上變量在瑞薩開發(fā)環(huán)境HEW2定義。同時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分別對(duì)性能指標(biāo)值設(shè)定合理的取值區(qū)間，如果超過區(qū)間范圍，即向上位機(jī)發(fā)送一個(gè)停止標(biāo)志位，區(qū)間范圍為

式中：PValue和PValue_1為數(shù)字量；PTime和CTime均為計(jì)數(shù)值，一次計(jì)數(shù)周期為0.25 ms（采樣周期為4 kHz）。

本文中設(shè)計(jì)的自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)中，主設(shè)備采用基于Object Pascal語(yǔ)言的可視化集成開發(fā)工具Del?phi來編寫上位機(jī)軟件，通過CAN-USB接口卡與總線ECU進(jìn)行通信。標(biāo)定過程開始前，在瑞薩開發(fā)環(huán)境HEW2中的MAP（view窗口）對(duì)話框中查找出ECU參數(shù)的地址，并在上位機(jī)軟件中的文本文件中進(jìn)行編輯。上位機(jī)啟動(dòng)時(shí)將自動(dòng)讀取文本文件的內(nèi)容，通過CCPCONNECT()函數(shù)中定義的CON?NECT命令與下位機(jī)建立連接后，開始標(biāo)定過程，其信息交互時(shí)序圖如圖6所示（1對(duì)PI參數(shù)測(cè)試）。

在測(cè)試過程中，P的取值范圍為1～10，積分值的取值范圍為1～150，調(diào)整步長(zhǎng)為1，即測(cè)試次數(shù)為1500次，每一對(duì)PI參數(shù)值通過SetPGain（）和Se?tIGain（）函數(shù)寫入到下位機(jī)，數(shù)據(jù)分為高字節(jié)Hbyte（）和低字節(jié)Hbyte（）。電壓采集周期為0.25 ms，為獲得電壓連續(xù)的波形，每一對(duì)PI參數(shù)測(cè)試時(shí)，ECU采集電壓次數(shù)為10000次，即系統(tǒng)中每一對(duì)PI值的測(cè)試時(shí)間為2.5 s。

查詢模式下，在每一對(duì)PI值測(cè)試結(jié)束后，上位機(jī)通過調(diào)用ReadValue（）等一系列函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)性能指標(biāo)計(jì)算值的上傳，高字節(jié)數(shù)據(jù)為dateH，低字節(jié)數(shù)據(jù)為dateL。根據(jù)下位機(jī)反饋的報(bào)文信息，對(duì)參數(shù)值類型進(jìn)行解析，若CTR=0x0a，則該值PVal?ue，以此類推，當(dāng)CTR=0x0e，該值為CTime_1。

DAQ模式下，通過DAQRequest（）函數(shù)中的相關(guān)命令對(duì)下位機(jī)DAQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置，然后通過DAQStart（）函數(shù)啟動(dòng)DAQ模式，啟動(dòng)標(biāo)志位置位后，開始DAQ模式下數(shù)據(jù)的周期上傳，在上傳的數(shù)據(jù)中判斷下位機(jī)停止標(biāo)志位是否置位，若值為1則調(diào)用SetSoftReset（）函數(shù)將下位機(jī)復(fù)位，進(jìn)行下一對(duì)PI值得測(cè)試，同時(shí)上位機(jī)根據(jù)電壓反饋量和設(shè)定量繪制電壓波形。圖6中列舉出1組DAQ數(shù)據(jù)消息，可得電壓反饋值為2129（0x0851），電壓設(shè)定值為2458（0x099a），下位機(jī)結(jié)束標(biāo)識(shí)符為0，測(cè)試周期結(jié)束后，通過DAQStop（）函數(shù)結(jié)束DAQ模式。

圖6 信息交互時(shí)序圖

4 結(jié)果分析

測(cè)試結(jié)果如表1所示，即上位機(jī)文本文件存儲(chǔ)的合理參數(shù)值。通過分析可知：當(dāng)PI值選取在（90，5）附近時(shí)，系統(tǒng)能夠達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。啟動(dòng)階段的沖擊電壓PValue較小，均低于設(shè)定值2500（12.2 V）；突加負(fù)載時(shí)電壓降PValue_1在允許范圍內(nèi)，電壓值均不低于2 100（10.25 V）；啟動(dòng)階段達(dá)到最大電壓值的時(shí)間PTime為55（13.75 ms）左右，即啟動(dòng)階段響應(yīng)速度較快；在突加負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)收斂時(shí)間PTime_1維持在150（37.5 ms）左右，能在短時(shí)間使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7是截取DAQ模式下繪制的電壓波形圖，橫坐標(biāo)為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，縱坐標(biāo)為電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。圖中曲線分別表示電壓設(shè)定值2 458（12 V）和實(shí)際采集的電壓值，在每一對(duì)PI值測(cè)試的啟動(dòng)階段電壓產(chǎn)生階躍響應(yīng)，在1 s時(shí)刻突加負(fù)載，電壓值有一個(gè)明顯的降落，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后電壓值恢復(fù)到設(shè)定狀態(tài)。

表1 監(jiān)視參數(shù)數(shù)據(jù)

圖7 上位機(jī)電壓波形圖

5 結(jié)論

系統(tǒng)基于CCP協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，適用范圍廣，可用于同類型不同系統(tǒng)的自動(dòng)標(biāo)定。本文中的自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能自動(dòng)獲取參數(shù)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，準(zhǔn)確性高。系統(tǒng)的局限性是需要基于一定的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，選取合理的參數(shù)值范圍，同時(shí)為了較快獲得合理的目標(biāo)值，自動(dòng)標(biāo)定過程中需要選取選擇性強(qiáng)的性能指標(biāo)參數(shù)，使其具有區(qū)分性。

［1］金奇，鄧志杰.PID控制原理及參數(shù)整定方法［J］.重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（5）：91-94．

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Design of Automatic Calibration System for PID Parameter Based on CCP Protocol

Bi Dong,Zhou Haiying,Wang Sishan
（School of Electrical&Information Engineering，Hubei University of Automotive Technology,Shiyan 442002,China）

An automatic calibration system for PID parameter based on CAN Calibration Protocol was designed.Through recording and analyzing the experimental data with automatically modifying the PID parameters in host computer,the parameter values of the system stability can be obtained quickly.A host and slave computer program was designed by a typical example,which provided an implementation method for the automatic calibration system and verified its feasibility.

automatic calibration;PID controller;CCP protocol

TP273

：A

：1008-5483（2016）04-0033-06

10.3969/j.issn.1008-5483.2016.04.008

2016-06-14

湖北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BHE024）

畢棟（1990-），男，湖北黃岡人，碩士生，從事汽車電子、嵌入式軟件方面的研究。E-mail：791156210@qq.com