水下自適應照明系統的設計

位置型PID算法其控制規律為：

在計算機控制系統中，使用的是數字PID控制器。由式（5-2）可得到離散化的PID表達式為：

（5-3）

或

（5-4）

式中，k為采樣序號，k＝0，1，2…；P(k) 為第k次采樣時刻的計算機輸出值；E(k) 為第k次采樣時刻輸入的偏差值；E(k－1) 為第（k－1）次采樣時刻輸入的偏差值；KI為積分系數，KI＝KpT/TI；KD為微分系數，KD＝KpTD/T。

在計算機控制系統中，PID控制規律是用計算機程序來實現的，因此它的靈活性很大。一些原來在模擬PID控制器中無法實現的問題，在引入計算機以后，就可以得到解決，于是產生了一系列的改進算法，滿足不同控制系統的需要。

在計算機控制系統中，為了避免系統控制動作的過于頻繁，消除由于頻繁動作所引起的振蕩，可采用帶死區的PID控制，相應的控制算式為：

（5-6）

式中，死區e0是一個可調的參數，其具體數值可根據實際控制對象由實驗確定。若e0值太小，使控制動作過于頻繁，達不到穩定被控對象的目的；若e0值太大，則系統將產生較大的滯后。此控制系統實際上是一個非線性系統。即當|e(k)|≤| e0|時，數字調節器輸出為零；當|e(k)|＞| e0|時，數字調節器有PID輸出。

2.2.3 PID參數確定

對于一定的系統，合理PID參數的組并不唯一。滿意的控制結果是相對于被控的對象和相應的控制系統而言，另外，PID各參數對控制質量的影響并不十分敏感，因此參數的選定沒有統一的標準。由于無法獲得LED面陣的精確數學模型，通過實驗仿真，在進一步確定被控對象特性的基礎之上，我們采取湊試法確定PID參數。

2.2.3自適應控制程序

水下自適應照明系統控制算法選擇位置式PID控制算法，并進行必要改良，加入帶死區PID控制。算法流程如圖4所示：

圖4 算法流程圖

3. 結論

2006年8月，系統在青島帆船賽中成功通過預演試驗。系統運行后，水下探測器傳輸回的視頻亮暗均勻，視頻比使用一般照明系統的視頻圖像質量高。同時使用水下照度計進行24小時長時間測試，反復測量結果證明，監測區域的光照度變化在預定值的±8%范圍內，系統性能良好。