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2026-06-30 08:21:08 +08:00

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齿轮泵压力调节算法移植方案

一、概述

oldProject/InkJetPrinter.cpp 中的齿轮泵压力调节算法相比当前项目进行了重大重构，引入了软启动斜坡、闭环稳定性检测、硬保护、分区Kp、滑动平均滤波等机制，显著提升了压力调节的稳定性、响应速度和安全性。本文档详细对比两个版本，并给出移植方案。

二、算法对比分析

2.1 PID_realize2 函数对比

特性	当前项目（旧版）	oldProject（新版）
PID类型	位置式PID（输出绝对电压）	增量式PID（输出Δu = Kp×(e[k]-e[k-1]) + Ki×e[k]）
Kp	0.8	0.15
Ki	0.02	0.02
Kd	0.5	0.0（无微分项）
积分限幅	integral_max = 12000	无（增量式不需要积分限幅）
自适应限幅	无	有：根据误差方向非对称限幅
输出含义	绝对电压值	增量值（叠加到u上）

新版PID_realize2 自适应限幅逻辑：

err < -30（压力严重偏高）: delta_u ∈ [-6, +1]   → 允许快速减速，限制加速
err > 50（压力严重偏低）:  delta_u ∈ [-2, +3]   → 允许正常加速，限制减速
-30 ≤ err ≤ 50（接近目标）: delta_u ∈ [-3, +3]   → 小步长平稳调节

评价： 新版PID_realize2从位置式改为增量式，避免了积分饱和问题；自适应非对称限幅让超压时能快速降速、欠压时平稳加速，大幅减少了过冲和振荡。

2.2 pressureAdj() 函数对比

特性	当前项目（旧版）	oldProject（新版）
调用频率	每2次调用执行1次（50%降频）	每次调用都执行
停止/告警处理	函数末尾清零	函数开头立即返回+状态全复位
硬保护	无	压力>目标+50时强制减速，优先级最高
软启动	无	自适应步长斜坡，800ms周期
闭环稳定性检测	无	等待压力稳定（连续15次变化<10）才调速
滑动平均滤波	无	10点滑动窗口均值
分区Kp	无	三档Kp（0.05/0.04/0.03），误差越大Kp越大
转速上限保护	静态maxValue截断	动态检测：转速达上限时禁止继续加速
状态变量	无（仅static局部变量）	6个成员变量（m_rampDone等）

2.3 pressureAdj() 控制流程对比

当前项目（旧版）流程：

pressureAdj() 被调用
  ├─ printOut%2 != 0 → return（跳过一次）
  ├─ if gearPumpRunStopFlag == false
  │   ├─ if gearPumpEnable && reclaimPumpEnable → PID_realize2（位置式PID）
  │   └─ else if u>0 || 压力偏低 → PID_realize（简单PID）
  ├─ u > 0 → gearPumpValue = u，否则 = 0
  ├─ 限幅800
  ├─ reclaim模式下额外限幅（基于speedAlarm）
  ├─ 最后再检查 gearPumpRunStopFlag / flagOfSpeedAlarm → 清零
  └─ WriteMoterPump()

问题：

停止/告警状态在函数末尾才处理，中间已经执行了PID计算
无条件直接输出PID结果，没有压力稳定等待
没有超压硬保护，压力飙升时响应慢
回收泵限幅逻辑复杂且硬编码

oldProject（新版）流程：

pressureAdj() 被调用
  ├─ [阶段1] 停止/告警？→ 清零状态 + 复位所有状态变量 + return
  ├─ [阶段2] gearPumpEnable==false → 简单PID + return
  ├─ [阶段3] 硬保护：actual > target+50 → 强制减速 + return
  ├─ [阶段4] 软启动（m_rampDone==false）
  │   ├─ 每8次调用（≈800ms）执行一次
  │   ├─ 自适应步长（err>200→5, >100→3, >50→2, else→1）
  │   ├─ 超压→减1
  │   ├─ 转速上限保护
  │   └─ selfCheckDone && err在±50内 → m_rampDone=true
  ├─ [阶段5] 闭环稳态调节
  │   ├─ 更新滑动平均缓冲
  │   ├─ 稳定检测：连续15次压力变化<10 → 可调速
  │   ├─ 5秒超时兜底
  │   ├─ 分区Kp调速
  │   └─ 转速上限保护
  └─ WriteMoterPump()

优势：

停止/告警立即处理，状态完全复位
硬保护优先于一切，安全性最高
软启动避免开机时压力突变
闭环等待压力稳定后再调，避免管路抖动导致误调
滑动平均滤除传感器噪声
分区Kp实现大误差快调、小误差精调
转速上限保护防止电机超速

2.4 新增成员变量

oldProject 在 InkJetPrinter.h 中新增了以下成员变量：

bool   m_rampDone     = false;  // 软启动完成标志
int    m_adjSkip      = 0;      // 节拍计数（软启动/超时复用）
int    m_lastPressure = 0;      // 上次采样压力（稳定检测用）
int    m_stableCount  = 0;      // 压力连续稳定计数
int    m_pressureBuf[10] = {};  // 压力滑动平均缓冲（10点=1s）
int    m_bufIdx       = 0;      // 滑动平均写入索引

此外还需要一个 m_lastByHand 变量用于检测手动→自动控制切换边沿，以及 m_lastReclaimMode 用于检测回收泵模式切换。

2.5 timerHandler 中的配套修改

oldProject 在 timerHandler() 中还有以下配套修改，确保状态机正确工作：

开机/重启时清零：gearPumpValue=0, u=0，确保软启动从0开始爬坡
自检完成时重置软启动：selfCheckDone 变为1时重置 m_rampDone=false 及所有缓冲
手动→自动切换时重置：m_lastByHand 边沿检测，切换回自动时重置软启动
回收泵模式切换时重置：m_lastReclaimMode 边沿检测，模式切换时重置软启动和泄漏保护学习状态

三、移植方案

3.1 需要修改的文件

文件	修改内容
`InkJetPrinter.h`	新增6个成员变量 + `m_lastByHand` + `m_lastReclaimMode`
`InkJetPrinter.cpp`	替换 `PID_realize2` + 替换 `pressureAdj` + 修改 `timerHandler` 中的配套逻辑

3.2 详细修改步骤

步骤1：修改 InkJetPrinter.h — 新增成员变量

在 InkJetPrinter 类的 private 区域添加：

// 压力调节算法状态变量
bool   m_rampDone     = false;  // pressureAdj 软启动完成标志
int    m_adjSkip      = 0;      // pressureAdj 节拍计数（软启动/超时复用）
int    m_lastPressure = 0;      // pressureAdj 上次采样压力（稳定检测用）
int    m_stableCount  = 0;      // pressureAdj 压力连续稳定计数
int    m_pressureBuf[10] = {};  // pressureAdj 压力滑动平均缓冲（10点=1s）
int    m_bufIdx       = 0;      // pressureAdj 滑动平均写入索引
bool   m_lastByHand   = false;  // 上一帧手动控制标志（边沿检测用）
bool   m_lastReclaimMode = false; // 上一帧回收泵模式（边沿检测用）

步骤2：替换 PID_realize2 函数

将当前项目的 PID_realize2 替换为 oldProject 的增量式版本。

替换前（当前项目）：

float PID_realize2(float speed, float act){
    pid.Kp = 0.8;
    pid.Ki = 0.02;
    pid.Kd = 0.5;
    pid.integral_max = 12000;
    // ... 位置式PID，返回绝对电压
}

替换后（oldProject）：

float PID_realize2(float speed, float act){
    // 增量式 PID：Δu = Kp*(e[k]-e[k-1]) + Ki*e[k]
    pid.Kp = 0.15f;
    pid.Ki = 0.02f;
    pid.Kd = 0.0f;
    pid.SetSpeed    = speed;
    pid.ActualSpeed = act;
    pid.err         = pid.SetSpeed - pid.ActualSpeed;

    float delta_u = pid.Kp * (pid.err - pid.err_last)
            + pid.Ki * pid.err;

    // 自适应非对称限幅
    if(pid.err < -30.0f) {
        if(delta_u >  1.0f) delta_u =  1.0f;
        if(delta_u < -6.0f) delta_u = -6.0f;
    } else if(pid.err > 50.0f) {
        if(delta_u >  3.0f) delta_u =  3.0f;
        if(delta_u < -2.0f) delta_u = -2.0f;
    } else {
        if(delta_u >  3.0f) delta_u =  3.0f;
        if(delta_u < -3.0f) delta_u = -3.0f;
    }

    pid.err_last = pid.err;
    return delta_u;
}

注意： 新版 PID_realize2 返回的是增量 delta_u，而不是绝对电压。调用方需要改为 u += PID_realize2(...) 而不是 u = PID_realize2(...)。

步骤3：替换 pressureAdj() 函数

将整个 pressureAdj() 函数替换为 oldProject 版本。由于新旧版本差异较大，建议直接整体替换，不保留旧代码。

关键修改点：

旧版 pressureAdj() 中调用 PID_realize2 时用的是 u = PID_realize2(...)（赋值），新版需要改为 u += PID_realize2(...)（累加），因为新版返回的是增量。
注意当前项目中 sysPara->devOp->WriteMoterPump() 的调用方式一致，无需修改。
当前项目中引用 m_MainWidget 而不是 ui->tabMainWindow，在新版 pressureAdj 中不涉及 UI 控件引用，所以不影响。

实际上 oldProject 的新版 pressureAdj() 已经不再调用 PID_realize2 了，而是采用分阶段手动调速逻辑（软启动 + 分区Kp闭环），所以 PID_realize2 的替换主要是为了完整性，实际在 gearPumpEnable 模式下不会用到。

步骤4：修改 timerHandler() 中的配套逻辑

需要在当前项目的 timerHandler() 中做以下修改：

4.1 开机/重启时清零控制字（在 gearPumpStartFlag 相关逻辑中）：

当前项目（约第581-590行）：

if(sysPara->para.gearPumpEnable) {
    sysPara->para.gearPumpValue = 150;
    if(tempFlag){
        sysPara->devOp->WriteMoterPump();
        tempFlag=0;
    }
    gearPumpStartFlag = true;
}

改为：

if(sysPara->para.gearPumpEnable) {
    // 确保开机时控制字从 0 开始，让 pressureAdj 软启动从 0 爬坡
    if(sysPara->para.gearPumpValue != 0) {
        sysPara->para.gearPumpValue = 0;
        u = 0.0f;
        sysPara->devOp->WriteMoterPump();
    }
    gearPumpStartFlag = true;
}

4.2 自检完成时重置软启动状态：

在 selfCheckDone = 1 的位置（约第883行），在设置完成后添加：

sysPara->status.selfCheckDone = 1;
// 自检完成后重置软启动，从当前控制字开始，避免突变
u = (float)sysPara->para.gearPumpValue;
m_rampDone     = false;
m_adjSkip      = 0;
m_lastPressure = 0;
m_stableCount  = 0;
for(int i = 0; i < 10; i++) m_pressureBuf[i] = 0;
m_bufIdx = 0;

4.3 手动→自动控制切换时重置软启动：

在 isPumpValveControledByHand 相关逻辑中（约第655行附近），添加边沿检测：

// 在 timerHandler 中增加 static 变量追踪上一帧状态
static bool lastByHand = false;

// 检测手动→自动边沿
if(lastByHand && !sysPara->status.isPumpValveControledByHand)
{
    ControledSwitchFlag = true;
    u              = (float)sysPara->para.gearPumpValue;
    m_rampDone     = false;
    m_adjSkip      = 0;
    m_lastPressure = 0;
    m_stableCount  = 0;
    for(int i = 0; i < 10; i++) m_pressureBuf[i] = 0;
    m_bufIdx = 0;
}
lastByHand = sysPara->status.isPumpValveControledByHand;

4.4 回收泵模式切换时重置软启动：

在 timerHandler 中增加：

static bool lastReclaimMode = false;
if(lastReclaimMode != sysPara->para.flagOfReclaimPumEnable)
{
    lastReclaimMode      = sysPara->para.flagOfReclaimPumEnable;
    gearPumpRunNormalFlag  = false;
    gearPumpRunNormalValue = 0.0f;
    m_rampDone     = false;
    m_adjSkip      = 0;
    m_lastPressure = 0;
    m_stableCount  = 0;
    for(int i = 0; i < 10; i++) m_pressureBuf[i] = 0;
    m_bufIdx = 0;
}

3.3 注意事项

PID_realize 函数保留：PID_realize 和 PID_init 在非齿轮泵模式下仍被使用，保留不变。
static 变量 u：static float u 在旧版和新版中都被使用，保持文件作用域定义。
WriteMoterPump() 调用：确认当前项目中 sysPara->devOp->WriteMoterPump() 接口一致。
测试验证：移植后需要在以下场景重点测试：
- 冷启动（从0开始软启动）
- 热重启（运行中重启）
- 目标压力突变
- 回收泵模式切换
- 手动/自动控制切换
- 超压保护触发
- 长时间运行稳定性

四、总结

维度	当前项目	oldProject	提升
超调量	较大（无软启动）	小（软启动+自适应限幅）	★★★★★
稳态精度	一般（直接输出）	高（稳定检测+分区Kp）	★★★★
响应速度	快但不稳	自适应（大误差快调，小误差精调）	★★★★
超压保护	无	有硬保护+转速上限保护	★★★★★
抗噪声能力	弱（直接采样）	强（10点滑动平均）	★★★★
代码可维护性	一般	好（分阶段清晰）	★★★

移植风险：低。oldProject 的算法已在生产环境验证，且与当前项目共享相同的 SysPara 数据结构。修改集中在 InkJetPrinter.cpp 和 InkJetPrinter.h 两个文件，不涉及跨模块接口变更。

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