本發明涉及工業自動化控制和邊緣計算，尤其涉及一種帶模擬量輸出控制的邊緣計算系統及方法。
背景技術：
1、工業控制是現代制造與能源系統的核心，關乎生產的穩定與效率。隨著信息社會的快速發展，遠程控制需求持續提升。傳統的遠程工業控制通常采用plc+上位機架構，但該架構響應延遲高且對云端依賴強，因而出現了通過邊緣計算設備分擔部分控制任務的做法。邊緣計算作為一種將計算和數據存儲靠近數據源的技術，在工業自動化、智能建筑、物聯網等眾多領域有著廣泛的應用。
2、然而，申請人注意到，現有邊緣計算設備多側重數字量i/o，面對模擬量輸出需求時往往需外接dac模塊，既增加系統復雜度，又帶來額外的硬件成本和控制邏輯負擔。同時，plc控制策略依賴云端下發，斷網即失去決策與控制能力；其通用pid調節算法在非線性負載下適應性較差。由于多數設備采用固定功能模塊，擴展性與靈活性不足，無法根據實際需求靈活調整模擬量通道數量或協議類型；例如，當需支持modbus、can、ethercat等協議時，往往必須更換設備及相關硬件模組。除此之外，還難以實現對多設備的協同控制，因而難以達到系統級的最優運行。
技術實現思路
1、為解決現有技術存在的不足，本發明提供一種帶模擬量輸出控制的邊緣計算系統及方法，能夠提升模擬量輸出控制響應的速度、提升兼容性。
2、根據本發明實施例，一方面，提供了一種帶模擬量輸出控制的邊緣計算系統，其特征在于，所述邊緣計算系統包括：
3、數據采集模塊，所述數據采集模塊通過工業協議接口接入一種或多種傳感器信號，并對采集得的所述傳感器信號進行預處理，得到采樣數據；
4、邊緣計算模塊，所述邊緣計算模塊基于所述采樣數據執行控制算法，生成目標控制量；所述目標控制量為數字信號形式；
5、控制輸出模塊，所述控制輸出模塊包括通訊驅動電路、與所述通訊驅動電路連接的微控制器、與所述微控制器連接的數模轉換電路、與所述數模轉換電路連接的輸出電路，其中，所述微控制器通過所述通訊驅動電路接收來自所述邊緣計算模塊的數字信號，所述數模轉換電路在所述微控制器的控制下將接收的數字信號轉換為模擬信號，所述模擬信號經由所述輸出電路輸出；所述控制輸出模塊能夠將接收的所述目標控制量轉換為控制信號并輸出；所述控制信號為模擬信號形式；
6、所述數據采集模塊、所述邊緣計算模塊與所述控制輸出模塊通過數據接口連接并通訊，且所述控制輸出模塊與所述邊緣計算模塊集成于同一硬件平臺。
7、進一步地，所述數模轉換電路包括多通道dac芯片，所述輸出電路包括輸出端子、與所述輸出端子連接的多路運放濾波線路，所述運放濾波線路與所述多通道dac芯片連接，且所述運放濾波線路的數量小于或等于所述多通道dac芯片的輸出通道數；所述微控制器能夠控制所述數模轉換電路輸出多路模擬信號。
8、進一步地，任一路所述運放濾波線路包括輸入電阻、反饋電阻和隔離電阻，所述運放濾波線路還包括：
9、運算放大器，運算放大器的同相輸入端經所述輸入電阻與所述多通道dac芯片對應通道的輸出端連接；所述運算放大器的反相輸入端經第一電阻接地；所述運算放大器的輸出端與所述運算放大器的反相輸入端經所述反饋電阻連接；
10、輸出端子，所述輸出端子經所述隔離電阻與所述運算放大器的輸出端連接；
11、所述反饋電阻的阻值為所述輸入電阻的阻值的1.5~3.5倍。
12、進一步地，所述控制輸出模塊還包括用于為所述控制輸出模塊中各電路供電的供電電路，所述供電電路包括：
13、直流輸入端子，所述直流輸入端子用于接收外部直流輸入電源；
14、dc-dc降壓轉換器，所述dc-dc降壓轉換器的輸入端與所述直流輸入端子連接，所述dc-dc降壓轉換器的輸出端用于輸出工作電壓，且所述dc-dc降壓轉換器的輸入端與輸出端分別通過多個濾波電容接地；
15、分壓網絡，所述分壓網絡下端接地，所述dc-dc降壓轉換器的輸出端與反饋端通過所述分壓網絡相連接。
16、進一步地，所述多通道dac芯片為dac82002drxr芯片，所述dac82002drxr芯片的電壓輸入端接入所述工作電壓，且所述dac82002drxr芯片的電壓輸入端通過電容為0.05～0.2?μf的濾波電容接地。
17、進一步地，所述微控制器為stm32f030f4p6芯片，所述stm32f030f4p6芯片的nrst接口經上拉電阻接入所述工作電壓，且所述nrst接口經一只電容值為10~100?nf的濾波電容接地。
18、進一步地，所述通訊驅動電路包括：
19、連接端子，所述連接端子包括兩個差分信號端；
20、rs485收發器，所述rs485收發器的兩個差分信號端與所述連接端子的兩個差分信號端連接；所述rs485收發器還分別通過發送線以及接收線與所述微控制器連接。
21、進一步地，所述rs485收發器為cos13487eesa芯片。
22、進一步地，所述輸出端子至少包括0～10?v的電壓接口與0～20?ma的電流接口。
23、另一方面，根據本發明實施例，提供了一種帶模擬量輸出控制的邊緣計算方法，其通過如上所述的邊緣計算系統，采用基于實時傳感器信號數據的自適應pid算法對多種工業設備進行控制，包括：
24、所述邊緣計算系統基于被控對象慣性特性而在進行響應時給予前饋補償；
25、所述多種工業設備至少包括一種非線性執行器；所述邊緣計算系統基于所述非線性執行器的非線性特性，對自適應pid輸出進行映射或線性化并以模擬量方式驅動執行器；
26、所述邊緣計算系統在接收到跟蹤指令時，依據所述跟蹤指令中的控制設定值對輸出量實施變化率限制，并依據所述實時傳感器信號數據對所述控制設定值進行動態更新。
27、本公開的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：
28、(a)實現了邊緣計算與模擬量輸出的硬件集成，降低系統延遲；
29、(b)設計模塊化硬件架構，支持靈活擴展模擬量通道及通信協議；
30、(c)優化模擬量輸出電路與算法，提升了輸出信號的精度與抗干擾能力。
31、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。
1.一種帶模擬量輸出控制的邊緣計算系統，其特征在于，所述邊緣計算系統包括：
2.如權利要求1所述的邊緣計算系統，其特征在于，所述數模轉換電路包括多通道dac芯片，所述輸出電路包括輸出端子、與所述輸出端子連接的多路運放濾波線路，所述運放濾波線路與所述多通道dac芯片連接，且所述運放濾波線路的數量小于或等于所述多通道dac芯片的輸出通道數；所述微控制器能夠控制所述數模轉換電路輸出多路模擬信號。
3.如權利要求2所述的邊緣計算系統，其特征在于，任一路所述運放濾波線路包括輸入電阻、反饋電阻和隔離電阻，所述運放濾波線路還包括：
4.如權利要求3所述的邊緣計算系統，其特征在于，所述控制輸出模塊還包括用于為所述控制輸出模塊中各電路供電的供電電路，所述供電電路包括：
5.如權利要求4所述的邊緣計算系統，其特征在于，所述多通道dac芯片為dac82002drxr芯片，所述dac82002drxr芯片的電壓輸入端接入所述工作電壓，且所述dac82002drxr芯片的電壓輸入端通過電容為0.05～0.2?μf的濾波電容接地。
6.如權利要求4所述的邊緣計算系統，其特征在于，所述微控制器為stm32f030f4p6芯片，所述stm32f030f4p6芯片的nrst接口經上拉電阻接入所述工作電壓，且所述nrst接口經一只電容值為10~100nf的濾波電容接地。
7.如權利要求2所述的邊緣計算系統，其特征在于，所述通訊驅動電路包括：
8.如權利要求7所述的邊緣計算系統，其特征在于，所述rs485收發器為cos13487eesa芯片。
9.如權利要求2所述的邊緣計算系統，其特征在于，所述輸出端子至少包括0～10?v的電壓接口與0～20?ma的電流接口。
10.一種帶模擬量輸出控制的邊緣計算方法，其特征在于，所述邊緣計算方法通過如權利要求1～9所述的任一項權利要求中的邊緣計算系統，采用基于實時傳感器信號數據的自適應pid算法對多種工業設備進行控制，包括：