專(zhuān)利名稱(chēng)：用于改變比例積分微分控制器的模式的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于改變比例積分微分控制器(下文中，稱(chēng)為PID控制器)的模式的裝置和方法。更加具體地，本發(fā)明涉及用于改變PID控制器模式的裝置和方法，當(dāng)PID控制器的操作模式從手動(dòng)模式改變到自動(dòng)模式或者從自動(dòng)模式改變到手動(dòng)模式時(shí)，其能夠消除在模式改變中產(chǎn)生的影響以及穩(wěn)定地實(shí)施模式改變。
背景技術(shù)：
總的來(lái)說(shuō)，PID控制器被廣泛用于控制包括電動(dòng)機(jī)等各種類(lèi)型的負(fù)載的驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)負(fù)載的PID控制器的操作模式被分成自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。在自動(dòng)模式中，PID控制器通過(guò)將速度檢測(cè)信號(hào)輸入至負(fù)載來(lái)確定負(fù)載的當(dāng)前狀態(tài)，并且通過(guò)PID控制負(fù)載的已確定狀態(tài)和由用戶(hù)設(shè)定的速度命令信號(hào)來(lái)生成用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。然后，PID控制器基于生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。因此，自動(dòng)模式被用于根據(jù)負(fù)載的當(dāng)前操作狀態(tài)驅(qū)動(dòng)處于用戶(hù)所期望狀態(tài)中的負(fù)載，而且PID控制器能夠通過(guò)重復(fù)地實(shí)施操作而不中止來(lái)穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在手動(dòng)模式中，PID控制器通過(guò)基于用戶(hù)設(shè)定的速度命令信號(hào)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，而不管從系統(tǒng)反饋的負(fù)載的狀態(tài)。當(dāng)用戶(hù)期望時(shí)，PID控制器的自動(dòng)模式和手動(dòng)模式能夠改變。但是，在模式改變是在基于PID控制器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)復(fù)雜的狀態(tài)中被實(shí)施的情形中，過(guò)載被施加到系統(tǒng)中， 并且由于模式改變產(chǎn)生了影響。例如，在PID控制器的操作模式從自動(dòng)模式改變到手動(dòng)模式的情形中，在PID控制器根據(jù)速度檢測(cè)信號(hào)和速度命令信號(hào)之間的差值輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的狀態(tài)中PID控制器僅僅基于速度命令信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如果從PID控制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的值改變很大，那么負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)被極大地改變，而且負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的改變會(huì)被照原樣傳遞至系統(tǒng)。因此，過(guò)載被施加到系統(tǒng)上。因此，在PID控制器的操作模式從自動(dòng)模式改變到手動(dòng)模式的情形中，通過(guò)限制由PID控制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化來(lái)限制模式改變中所產(chǎn)生的影響的產(chǎn)生，因此避免了系統(tǒng)的過(guò)載。但是，如果在模式改變中限制了由PID控制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化，那么響應(yīng)速度就會(huì)被延緩。此外，在PID控制器的操作模式從手動(dòng)模式改變到自動(dòng)模式的情形中，PID控制器根據(jù)初始值實(shí)施PID控制，因此PID控制器需要很多時(shí)間來(lái)以穩(wěn)定的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。因此， 負(fù)載的驅(qū)動(dòng)速度不是恒定穩(wěn)定的，并且所以，系統(tǒng)會(huì)波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種當(dāng)PID控制器的操作模式從自動(dòng)模式改變到手動(dòng)模式時(shí)，能夠減小在模式改變中產(chǎn)生的影響同時(shí)不會(huì)限制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的變化的用于改變PID控制器中的模式的裝置。本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種當(dāng)PID控制器的操作模式從自動(dòng)模式改變到手動(dòng)模式時(shí)，能夠穩(wěn)定地改變模式的同時(shí)限制時(shí)間延遲、波動(dòng)或者類(lèi)似現(xiàn)象的發(fā)生的用于改變 PID控制器中的模式的裝置。應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題并不限于上述技術(shù)問(wèn)題，而且從以下的說(shuō)明中，對(duì)于本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員而言，沒(méi)有提及的其他技術(shù)問(wèn)題將是顯而易見(jiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)普通方案，提供了一種用于改變PID控制器中的模式的裝置， 該裝置包括PID運(yùn)算器，所述PID運(yùn)算器被配置為通過(guò)基于手動(dòng)模式改變信號(hào)或者自動(dòng)模式改變信號(hào)在自動(dòng)模式或者手動(dòng)模式中實(shí)施PID操作來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)；手動(dòng)模式緩沖器， 所述手動(dòng)模式緩沖器配置為當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)對(duì)由所述PID運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，并將經(jīng)過(guò)處理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器；以及速度差積分計(jì)算器，所述速度差積分計(jì)算器配置為當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)分析由所述PID運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將經(jīng)過(guò)分析的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給所述PID運(yùn)算器。手動(dòng)模式緩沖器可以包括定時(shí)器，所述定時(shí)器被配置為當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)生成開(kāi)關(guān)信號(hào)；過(guò)濾器，所述過(guò)濾器被配置為對(duì)由所述PID運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行緩沖；以及多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)被配置為基于所述開(kāi)關(guān)信號(hào)，將由所述PID運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到所述過(guò)濾器中，或者使得由所述PID運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)繞道到所述負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。過(guò)濾器可以是在由所述PID運(yùn)算器輸出的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)上實(shí)施高頻過(guò)濾的滯后過(guò)濾器ο當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)，速度差積分計(jì)算器可以計(jì)算包括在由所述PID運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的速度差積分信號(hào)。在生成自動(dòng)模式改變信號(hào)的初始階段，PID 運(yùn)算器可以通過(guò)以由所述速度差積分計(jì)算器計(jì)算出的所述速度差積分信號(hào)替換所述待生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的所述速度差積分信號(hào)來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供了一種用于改變比例積分微分(PID)控制器中的模式的方法，所述方法包括通過(guò)基于手動(dòng)模式改變信號(hào)或者自動(dòng)模式改變信號(hào)在自動(dòng)模式或者手動(dòng)模式中實(shí)施PID操作來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)；當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理并將經(jīng)過(guò)處理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器；以及當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)，分析所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及輸出經(jīng)過(guò)分析的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。


從結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的以下描述中，本發(fā)明的這些和/或其他方案和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)并更易于理解。在附圖中圖1是示出使用PID控制的電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置的配置的框圖；圖2和圖3是示出當(dāng)圖1的速度控制裝置的模式改變時(shí)PID控制器的輸出信號(hào)的改變的圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于改變PID控制器的模式的裝置的配置的框
5圖；圖5和圖6是示出當(dāng)在裝置中模式改變時(shí)輸出信號(hào)的改變的圖。
具體實(shí)施例方式在下文中將參照附圖更加充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。但是本發(fā)明可以實(shí)施為多種不同的形式并且不應(yīng)當(dāng)被理解為限定到此處闡釋的實(shí)施例上。相反地，這些實(shí)施例的提供使得本公開(kāi)是完全的，并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將充分地覆蓋本發(fā)明的范圍。圖1是示出使用PID控制的電動(dòng)機(jī)的速度控制裝置的配置的框圖。速度控制裝置可以包括PID控制器120、負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130、負(fù)載100、速度計(jì)110等類(lèi)似元件。負(fù)載100可以包括例如電動(dòng)機(jī)。速度計(jì)110通過(guò)檢測(cè)負(fù)載100的旋轉(zhuǎn)速度生成速度檢測(cè)信號(hào)PV。PID 控制器120通過(guò)對(duì)在用戶(hù)的操作下輸入的速度命令信號(hào)SV和電動(dòng)機(jī)100的速度檢測(cè)信號(hào) PV進(jìn)行PID控制來(lái)生成用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載100的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV。負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130通過(guò)基于PID 控制器120輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV生成驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載100。在電動(dòng)機(jī)即負(fù)載100是在如上文描述所配置的速度控制裝置中被驅(qū)動(dòng)的情形中， 將在用戶(hù)的操作下設(shè)定的速度命令信號(hào)SV輸入至PID控制器120。速度計(jì)110通過(guò)檢測(cè)負(fù)載100的旋轉(zhuǎn)速度生成速度檢測(cè)信號(hào)PV，而且將生成的速度檢測(cè)信號(hào)PV輸入至PID控制器120。在PID控制器120的當(dāng)前設(shè)定的操作模式是自動(dòng)模式的情形中，PID控制器120確定速度命令信號(hào)SV和速度檢測(cè)信號(hào)PV之間的差值，并且基于確定的差值生成用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載100的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV。將生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV輸入至負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130。然后，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130生成對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，而且電動(dòng)機(jī)100由生成的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。在PID控制器120的當(dāng)前設(shè)定的操作模式是手動(dòng)模式的情形中，PID控制器120基于速度命令信號(hào)SV而不管從速度計(jì)110反饋的速度檢測(cè)信號(hào)PV的振幅生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV， 并且將生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV輸入至負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130。然后，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130生成對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，而且電動(dòng)機(jī)100由生成的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。也即是說(shuō)，如果如圖2和圖3所示PID控制器120在時(shí)間tlO和t20處以自動(dòng)模式被操作，那么PID控制器120初始地生成波動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV0隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)，PID控制器120 生成狀態(tài)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV，以使得負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)負(fù)載100。如果在時(shí)間til和t21處在PID控制器120以自動(dòng)模式被操作的狀態(tài)中PID控制器120的操作模式變成手動(dòng)模式，那么由PID控制器120輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值可以如圖 2所示被快速地減小或者可以如圖3所示被快速地增加。也即是說(shuō)，在自動(dòng)模式中，PID控制器120計(jì)算從速度計(jì)110反饋的速度檢測(cè)信號(hào) PV和用戶(hù)設(shè)定的速度命令信號(hào)SV之間的差值，并且基于計(jì)算出的差值生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV。如果PID控制器120的操作模式在上文所述的狀態(tài)中變成手動(dòng)模式，那么PID控制器120基于由用戶(hù)設(shè)定的速度命令信號(hào)SV生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV而不管速度檢測(cè)信號(hào)PV。因此，由PID控制器120輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值可以被快速地減小或者可以被快速地增加。
如果如上文所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值被快速地減小，那么產(chǎn)生了允許負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130 快速地減小負(fù)載100的驅(qū)動(dòng)速度的低負(fù)載影響。如果如上文所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值被快速地增加，那么產(chǎn)生了允許負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130快速地增加負(fù)載100的驅(qū)動(dòng)速度的高負(fù)載影響。如果產(chǎn)生了低負(fù)載影響或者高負(fù)載影響，那么重的負(fù)擔(dān)被強(qiáng)加到負(fù)載100上。在長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)低負(fù)載影響或者高負(fù)載影響中，負(fù)載100的使用期限被縮短了。如果在時(shí)間tl2和t22處在PID控制器120以手動(dòng)模式被操作的狀態(tài)中PID控制器120的操作模式變成自動(dòng)模式，那么PID控制器120通過(guò)根據(jù)初始值實(shí)施PID控制來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV，因此，在負(fù)載100以穩(wěn)定的速度被驅(qū)動(dòng)之前需要許多時(shí)間。此外，在負(fù)載100 以穩(wěn)定的速度被驅(qū)動(dòng)之前PID控制器120生成波動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV，并且負(fù)載驅(qū)動(dòng)器130基于波動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV驅(qū)動(dòng)負(fù)載100。因此，負(fù)載100的驅(qū)動(dòng)速度是波動(dòng)的，并且根據(jù)負(fù)載100的驅(qū)動(dòng)而被操作的系統(tǒng)也是波動(dòng)的。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于改變PID控制器的模式的裝置的配置的框圖。上述裝置可以包括PID運(yùn)算器400、手動(dòng)模式緩沖器410、滯后過(guò)濾器412、定時(shí)器414 和速度差積分計(jì)算器420。PID運(yùn)算器400是基于手動(dòng)模式改變信號(hào)或者自動(dòng)模式改變信號(hào)在手動(dòng)模式或者自動(dòng)模式中被操作的。在自動(dòng)模式中，PID運(yùn)算器400通過(guò)根據(jù)速度檢測(cè)信號(hào)PV和速度命令信號(hào)SV之間的差值實(shí)施PID控制來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl。在手動(dòng)模式中，PID運(yùn)算器400 通過(guò)根據(jù)速度命令信號(hào)SV實(shí)施PID控制來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl。在PID運(yùn)算器400的操作模式從手動(dòng)模式變成自動(dòng)模式的初始階段，PID運(yùn)算器400還基于從速度差積分計(jì)算器420 反饋的速度差積分信號(hào)MVi生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl。在PID運(yùn)算器400的操作模式從自動(dòng)模式變成手動(dòng)模式的初始階段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，手動(dòng)模式緩沖器410使用高頻過(guò)濾器對(duì)PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl進(jìn)行緩沖， 并且將經(jīng)過(guò)緩沖的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV2輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。手動(dòng)模式緩沖器410包括滯后過(guò)濾器412 (即，高頻過(guò)濾器)、定時(shí)器414和開(kāi)關(guān) 416、開(kāi)關(guān) 418。滯后過(guò)濾器412使用高頻過(guò)濾對(duì)PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl進(jìn)行緩沖。基于手動(dòng)模式改變信號(hào)觸發(fā)定時(shí)器414，從而在預(yù)定時(shí)間內(nèi)生成開(kāi)關(guān)信號(hào)。開(kāi)關(guān)416和開(kāi)關(guān)418基于定時(shí)器414輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)被開(kāi)關(guān)，以使得PID運(yùn)算器 400的輸出信號(hào)通過(guò)滯后過(guò)濾器412被緩沖，然后在定時(shí)器414的預(yù)定時(shí)間內(nèi)被輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。在經(jīng)過(guò)了定時(shí)器414的預(yù)定時(shí)間的情形中，PID運(yùn)算器400的輸出信號(hào)立即被輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。在PID運(yùn)算器400的操作模式從手動(dòng)模式變成自動(dòng)模式的初始階段，速度差積分計(jì)算器420基于輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV2、速度檢測(cè)信號(hào)PV和速度命令信號(hào)SV計(jì)算出速度差積分信號(hào)MVi，并且將計(jì)算出的速度差積分信號(hào)MVi反饋給PID運(yùn)算器400。根據(jù)如上文描述所配置的裝置，在自動(dòng)模式中，PID運(yùn)算器400通過(guò)基于用戶(hù)設(shè)定的速度命令信號(hào)SV和反饋回的速度檢測(cè)信號(hào)PV實(shí)施PID控制來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl，并且通過(guò)開(kāi)關(guān)416和開(kāi)關(guān)418將生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。因此，負(fù)載驅(qū)動(dòng)器基于驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl驅(qū)動(dòng)負(fù)載。在手動(dòng)模式改變信號(hào)在這種狀態(tài)中被輸入的情形中，PID運(yùn)算器400在手動(dòng)模式中被操作。也即是說(shuō)，PID運(yùn)算器400通過(guò)基于用戶(hù)設(shè)定的速度命令信號(hào)SV實(shí)施PID控制來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl。 手動(dòng)模式改變信號(hào)被輸入到手動(dòng)模式緩沖器410的定時(shí)器414。然后，定時(shí)器414 被觸發(fā)以生成開(kāi)關(guān)信號(hào)同時(shí)對(duì)預(yù)定時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，以使得開(kāi)關(guān)416和開(kāi)關(guān)418的操作端子分別連接到一個(gè)固定端子al和a2上。在預(yù)定時(shí)間之后，開(kāi)關(guān)416和開(kāi)關(guān)418的操作端子分別連接到另一個(gè)固定的端子bl和Μ上。 然后，PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl通過(guò)開(kāi)關(guān)416被輸入至滯后過(guò)濾器412， 從而使用高頻過(guò)濾對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl的變化進(jìn)行緩沖。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl的變化進(jìn)行緩沖獲得的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV2通過(guò)開(kāi)關(guān)418被輸出至負(fù)載驅(qū)動(dòng)器，以使得負(fù)載驅(qū)動(dòng)器基于驅(qū)動(dòng)信號(hào) MV2驅(qū)動(dòng)負(fù)載。也即是說(shuō)，如圖5和圖6所示在PID運(yùn)算器400在時(shí)間t30和t40處以自動(dòng)模式被操作的狀態(tài)中，在時(shí)間t31和t41處將手動(dòng)模式改變信號(hào)輸入至定時(shí)器414，以使得在PID 運(yùn)算器400的手動(dòng)模式被啟動(dòng)的初始階段定時(shí)器414操作并在預(yù)定時(shí)間內(nèi)生成開(kāi)關(guān)信號(hào)。因此，如圖5和圖6所示，通過(guò)滯后過(guò)濾器412使用高頻過(guò)濾對(duì)PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl的變化進(jìn)行緩沖，并且將通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl的變化進(jìn)行緩沖獲得的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV2輸出至負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。因此，雖然當(dāng)PID運(yùn)算器400的操作模式從自動(dòng)模式變成手動(dòng)模式時(shí)PID運(yùn)算器 400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl的值被極大地改變，但是驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl的值被緩沖了，從而負(fù)載驅(qū)動(dòng)器緩慢地改變負(fù)載的驅(qū)動(dòng)速度。其結(jié)果是，沒(méi)有產(chǎn)生模式改變所造成的影響。在PID運(yùn)算器400以手動(dòng)模式操作的狀態(tài)中在時(shí)間t32和t42處輸入自動(dòng)模式改變信號(hào)的情形中，PID運(yùn)算器400在自動(dòng)模式中被操作。在這個(gè)狀態(tài)中，速度差積分計(jì)算器420計(jì)算出速度差積分信號(hào)MVi，并且將計(jì)算出的速度差積分信號(hào)MVi輸入至PID運(yùn)算器400。然后，在自動(dòng)模式中操作的PID運(yùn)算器400以速度差積分計(jì)算器420輸出的速度差積分信號(hào)MVi替換待生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MVl的速度差積分信號(hào)，從而生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV。因此，如圖5和圖6所示，在PID運(yùn)算器400的操作模式從手動(dòng)模式變成自動(dòng)模式的初始階段由PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV從在手動(dòng)模式中已經(jīng)被輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào) MV的值開(kāi)始改變。因此，PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值不會(huì)波動(dòng)。在下文中，將詳細(xì)地描述所述操作，在上述操作中因?yàn)镻ID運(yùn)算器400通過(guò)替換速度差積分計(jì)算器420輸出的速度差積分信號(hào)MVi來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV，所以PID運(yùn)算器400 輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值從在手動(dòng)模式中已經(jīng)被輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值開(kāi)始改變。通過(guò)實(shí)施PID操作由PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV包括比例運(yùn)算成分、積分運(yùn)算成分和微分運(yùn)算成分。在包含在驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV中的成分中發(fā)生了誤差變化的情形中，通過(guò)排除即時(shí)出現(xiàn)和消失的微分運(yùn)算成分僅保留比例運(yùn)算成分和積分運(yùn)算成分。當(dāng)僅考慮比例運(yùn)算成分和積分運(yùn)算成分時(shí)，能夠使用PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV恢復(fù)比例運(yùn)算成分和積分運(yùn)算成分?？梢酝ㄟ^(guò)以下等式1限定PID運(yùn)算器400輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值。等式1MV = MVp+MVi+MVd
在等式1中，MVp表示經(jīng)過(guò)比例運(yùn)算的速度差信號(hào)，MVi表示經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算的速度差積分信號(hào)，以及MVd表示經(jīng)過(guò)微分運(yùn)算的速度差微分信號(hào)。MVp、MVi和MVd分別通過(guò)以下等式2至等式4限定。

這里，Kp、Ti和Td分別表示預(yù)定的增益值。在等式2中，增益值Kp、速度命令信號(hào)SV和速度檢測(cè)信號(hào)PV是預(yù)先已知的值，而且能夠使用這些值計(jì)算出速度差信號(hào)。當(dāng)將速度差微分信號(hào)MVd的值假定為“0”時(shí)，可能計(jì)算出包含在PID運(yùn)算器400 輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV中的速度差積分信號(hào)MVi。在這個(gè)實(shí)施例中，如上文所述速度差積分計(jì)算器420計(jì)算出包含在PID運(yùn)算器400 輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV中的速度差積分信號(hào)MVi，并且將計(jì)算出的速度差積分信號(hào)MVi輸入給 PID運(yùn)算器400以被包含在驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV中。因此，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，在PID運(yùn)算器400的操作模式從手動(dòng)模式變成自動(dòng)模式的情形中，PID控制不是根據(jù)PID運(yùn)算器400的初始操作實(shí)施以在自動(dòng)模式中獲得驅(qū)動(dòng)信號(hào) MV,而是能夠根據(jù)最終在手動(dòng)模式中已經(jīng)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的值實(shí)施PID控制。此外，通過(guò)PID運(yùn)算器400的PID運(yùn)算將PID運(yùn)算器400的操作模式順暢地從手動(dòng)模式改變成自動(dòng)模式而不發(fā)生諸如響應(yīng)延遲的誤差，因此可能避免驅(qū)動(dòng)信號(hào)MV的波動(dòng)。在根據(jù)本發(fā)明的用于改變PID控制器的模式的裝置中，當(dāng)PID控制器的操作模式從自動(dòng)模式變成手動(dòng)模式時(shí)使用高頻過(guò)濾器對(duì)PID控制器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，因此可能通過(guò)穩(wěn)定地將自動(dòng)模式變成手動(dòng)模式來(lái)減小模式改變?cè)斐傻挠绊懖Ⅱ?qū)動(dòng)負(fù)載。此外，當(dāng)PID控制器的操作模式從手動(dòng)模式改變成自動(dòng)模式時(shí)，從包含在PID控制信號(hào)中的成分提取速度差積分信號(hào)，然后將其包含在驅(qū)動(dòng)信號(hào)中，因此可能順暢地從手動(dòng)模式改變成自動(dòng)模式，以通過(guò)避免快速低負(fù)載或者快速高負(fù)載的狀況穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并且減小速度以接近理想的速度。雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是可以不偏離本發(fā)明的原則和精神而對(duì)本實(shí)施例做出改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同方案所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于改變比例積分微分控制器中的模式的裝置，其特征在于，該裝置包括 比例積分微分運(yùn)算器G00)，其被配置為通過(guò)基于手動(dòng)模式改變信號(hào)或者自動(dòng)模式改變信號(hào)在自動(dòng)模式或者手動(dòng)模式中實(shí)施比例積分微分操作來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)；手動(dòng)模式緩沖器G10)，其被配置為當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)對(duì)由所述比例積分微分運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，并將經(jīng)過(guò)處理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器； 以及速度差積分計(jì)算器G20)，其被配置為當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)分析由所述比例積分微分運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將經(jīng)過(guò)分析的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給所述比例積分微分運(yùn)算器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述手動(dòng)模式緩沖器(410)包括 定時(shí)器G14)，其被配置為當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)在預(yù)定時(shí)間內(nèi)生成開(kāi)關(guān)信號(hào)；過(guò)濾器G12)，其被配置為對(duì)由所述比例積分微分運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行緩沖；以及多個(gè)開(kāi)關(guān)G16和418)，其被配置為基于所述開(kāi)關(guān)信號(hào)，將由所述比例積分微分運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到所述過(guò)濾器中，或者使得由所述比例積分微分運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)繞道到所述負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述過(guò)濾器(412)是在由所述比例積分微分運(yùn)算器輸出的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)上實(shí)施高頻過(guò)濾的滯后過(guò)濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，當(dāng)生成了所述自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)，所述速度差積分計(jì)算器(420)計(jì)算包括在由所述比例積分微分運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的速度差積分信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，在生成自動(dòng)模式改變信號(hào)的初始階段，所述比例積分微分運(yùn)算器(400)通過(guò)以由所述速度差積分計(jì)算器計(jì)算出的所述速度差積分信號(hào)替換所述待生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的速度差積分信號(hào)來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括負(fù)載驅(qū)動(dòng)器(130)，所述負(fù)載驅(qū)動(dòng)器(130)被配置為接收由所述比例積分微分運(yùn)算器生成的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而生成對(duì)應(yīng)于接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。
7.一種用于改變比例積分微分控制器中的模式的方法，其特征在于，所述方法包括 通過(guò)基于手動(dòng)模式改變信號(hào)或者自動(dòng)模式改變信號(hào)在自動(dòng)模式或者手動(dòng)模式中實(shí)施比例積分微分操作來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)；當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理并輸出經(jīng)過(guò)處理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)，分析所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出經(jīng)過(guò)分析的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)對(duì)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理并輸出經(jīng)過(guò)處理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟包括在預(yù)定時(shí)間內(nèi)基于所述手動(dòng)模式改變信號(hào)生成開(kāi)關(guān)信號(hào)； 基于所述開(kāi)關(guān)信號(hào)對(duì)生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾；以及在預(yù)定時(shí)間之后使得生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)繞道到負(fù)載驅(qū)動(dòng)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述過(guò)濾是在生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)上實(shí)施的高頻過(guò)濾。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)分析所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出經(jīng)過(guò)分析的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的步驟包括計(jì)算包括在生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的速度差積分信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)分析所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)并輸出經(jīng)過(guò)分析的驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括在生成自動(dòng)模式改變信號(hào)的初始階段， 通過(guò)以在計(jì)算速度差積分信號(hào)中計(jì)算出的速度差積分信號(hào)替換待生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的速度差積分信號(hào)來(lái)生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于改變比例積分微分(PID)控制器模式的裝置，當(dāng)PID控制器的操作模式從手動(dòng)模式改變到自動(dòng)模式或者從自動(dòng)模式改變到手動(dòng)模式時(shí)，所述裝置能夠消除由模式改變產(chǎn)生的影響并穩(wěn)定地實(shí)施模式改變。該裝置包括PID運(yùn)算器，其被配置為通過(guò)基于手動(dòng)模式改變信號(hào)或者自動(dòng)模式改變信號(hào)在自動(dòng)模式或者手動(dòng)模式中實(shí)施PID操作來(lái)生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)；手動(dòng)模式緩沖器，其被配置為當(dāng)生成了手動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)對(duì)生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，并將經(jīng)過(guò)處理的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給負(fù)載驅(qū)動(dòng)器；以及速度差積分計(jì)算器，其被配置為當(dāng)生成了自動(dòng)模式改變信號(hào)時(shí)分析生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將經(jīng)過(guò)分析的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給PID運(yùn)算器。
文檔編號(hào)G05B11/42GK102279562SQ201110090210
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者鄭太秀 申請(qǐng)人:Ls產(chǎn)電株式會(huì)社