專利名稱：Pid參數(shù)整定方法及pid參數(shù)整定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及エ業(yè)過程控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種PID參數(shù)整定方法及ー種PID參數(shù)整定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，雖然隨著科學(xué)技術(shù)和新材料的不斷研發(fā)，先進(jìn)的生產(chǎn)エ藝不斷應(yīng)用在エ業(yè)控制現(xiàn)場，同時(shí)科學(xué)家和工程師們基于不同算法提出了各種不同的控制策略以適應(yīng)新的挑戰(zhàn)，并且其中一部分已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際的エ業(yè)現(xiàn)場中。但是由于PID(比例-積分-微分)控制的可靠性、簡單實(shí)用性，95%以上的エ業(yè)控制回路依舊采用PID控制方式。PID控制器的目的是要確保整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制外部干擾的影響和優(yōu)化系統(tǒng)的性能，在此前提下盡可能的要求操作的簡單、易懂，并盡可能地有很廣的適用范圍。因此，基于先進(jìn)的科技手段，我們可以更好地應(yīng)用PID控制方法，以更好地改進(jìn)エ業(yè)現(xiàn)場的效率和生產(chǎn)成本。在エ業(yè)現(xiàn)場，由于各種干擾作用等ー些不可預(yù)估的擾動(dòng)，例如污水處理中的溫度變化對化學(xué)生物反應(yīng)過程的細(xì)微影響，設(shè)備的老化、磨損，原材料的成分、水分、溫度變化等等，使得實(shí)際的被控對象總是存在不確定性，也就是，設(shè)計(jì)過程中的被控對象的數(shù)學(xué)模型與實(shí)際模型之間的存在著誤差，這種誤差將影響實(shí)際的控制效果。這就要求我們能夠在線實(shí)時(shí)的調(diào)整控制器的參數(shù)，以滿足現(xiàn)場的需要。Ahmad Ali和Somanath Majhi在2OO9年的文章PI/PID controller design basedon IMC and percentage overshoot specification to controller setpomt change(ISATransactions, 2009，48，PP. 10-15)中提出了一種有較好的魯棒性的PID參數(shù)整定方法，但是該方法響應(yīng)時(shí)間較大，且不利于在線實(shí)時(shí)整定控制器參數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中的PID參數(shù)整定方法采用分檔調(diào)節(jié)可以減小響應(yīng)時(shí)間，但是卻不能在誤差較小的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)更為精確的參數(shù)整定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供ー種PID參數(shù)整定方法及ー種PID參數(shù)整定系統(tǒng)，能在不重新設(shè)計(jì)控制器的情況下，自動(dòng)處理實(shí)際控制對象的不確定性，在系統(tǒng)的性能和魯棒性之間進(jìn)行最佳折中，達(dá)到更好的控制效果，并且可以實(shí)現(xiàn)對控制效果的微小調(diào)節(jié)。本發(fā)明的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)ー種PID參數(shù)整定方法，包括如下步驟識(shí)別當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型，得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)；根據(jù)實(shí)際的エ況對被控對象的數(shù)學(xué)模型的誤差做出大致判斷；根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型誤差值判斷是采用微調(diào)還是采用粗調(diào)，若判定為采用粗調(diào)，則輸入模型參數(shù)和模型誤差值，若判定為采用微調(diào)，則輸入調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)；計(jì)算最佳控制器參數(shù)其中，
當(dāng)采用粗調(diào)時(shí)，采用X = (a Am+P) 0計(jì)算最佳控制器參數(shù)X，其中，Am為對象模型誤差值，9為滯后時(shí)間常數(shù)，a和0由Am確定，當(dāng)采用微調(diào)時(shí),采用Xnmt=入POT+ n計(jì)算最佳控制器參數(shù)X，其中，Xnw表示調(diào)節(jié)后的最佳控制器參數(shù)，Xpot為微調(diào)前的最佳控制器參數(shù)，Co為單位微調(diào)量，正向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)，反向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)的相反數(shù)；
根據(jù)被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)和最佳控制器參數(shù)，計(jì)算PID參數(shù)。ー種PID參數(shù)整定系統(tǒng)，包括數(shù)學(xué)模型識(shí)別單元，用于識(shí)別當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型，并將得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器；粗調(diào)單元，用于將模型誤差值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；微調(diào)單元，用于將調(diào)節(jié)的單位微調(diào)量的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中；第一計(jì)算單元,用于采用\ = ( a Am+^) 0計(jì)算最佳控制器參數(shù)X，其中，Am為對象模型誤差值，9為滯后時(shí)間常數(shù)，a和0由Am確定；第二計(jì)算單元,用于采用Xmw= X pw+on計(jì)算最佳控制器參數(shù)X，其中，Xnw表示調(diào)節(jié)后的最佳控制器參數(shù)，Xpw為微調(diào)前的最佳控制器參數(shù)，CO為單位微調(diào)量，正向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)，反向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)的相反數(shù)；PID參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)和最佳控制器參數(shù)，計(jì)算PID參數(shù)；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)、模型誤差值、調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)。根據(jù)上述本發(fā)明方案，在エ況系統(tǒng)識(shí)別當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型后，得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，監(jiān)控人員根據(jù)實(shí)際的エ況對控制對象的數(shù)學(xué)模型的誤差做出大致判斷，然后設(shè)定相應(yīng)的模型誤差值，井根據(jù)所述模型誤差值判斷是采用微調(diào)還是采用粗調(diào)，若判定為采用粗調(diào)，則輸入模型參數(shù)和模型誤差值，若判定為采用微調(diào)，則輸入調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)；然后對應(yīng)的計(jì)算最佳控制器參數(shù)，即根據(jù)選擇的是微調(diào)還是粗調(diào)而采用不同的計(jì)算公式計(jì)算最佳控制器參數(shù)，最后根據(jù)被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)和最佳控制器參數(shù)，計(jì)算PID參數(shù)。


圖I是本發(fā)明的PID參數(shù)整定方法實(shí)施例的流程示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的控制面板上調(diào)節(jié)旋鈕示意圖；圖3是本發(fā)明的PID參數(shù)整定系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例I參見圖I所示，是本發(fā)明的PID參數(shù)整定方法實(shí)施例的流程示意圖，可以將本發(fā)明所述方法編制成相應(yīng)的整定軟件，應(yīng)用到現(xiàn)有的エ況系統(tǒng)中。如圖I所示，該實(shí)施例中的PID參數(shù)整定方法包括步驟步驟SlOl :識(shí)別當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型，得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，進(jìn)入步驟S102，其中，識(shí)別當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型的過程發(fā)生在公開系統(tǒng)進(jìn)行整定前，一般是利用現(xiàn)有エ況系統(tǒng)中的相應(yīng)的對象模型識(shí)別模塊識(shí)別被控對象的數(shù)學(xué)模型，得到數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)，可以將數(shù)學(xué)模型及其參數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中，本發(fā)明中，將ー階時(shí)滯被控對象記為
權(quán)利要求
1.ー種PID參數(shù)整定方法，其特征在于，包括如下步驟 識(shí)別當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型，得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)； 根據(jù)實(shí)際的エ況對被控對象的數(shù)學(xué)模型的誤差做出大致判斷； 根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型誤差值判斷是采用微調(diào)還是采用粗調(diào)，若判定為采用粗調(diào)，則輸入模型參數(shù)和模型誤差值，若判定為采用微調(diào)，則輸入調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)； 計(jì)算最佳控制器參數(shù)其中， 當(dāng)采用粗調(diào)時(shí)，采用X = (a Am+^) 0計(jì)算最佳控制器參數(shù)X，其中，Am為對象模 型誤差值，Q為滯后時(shí)間常數(shù)，a和0由Am確定， 當(dāng)采用微調(diào)時(shí)，采用入賄=入pOT+ n計(jì)算最佳控制器參數(shù)入，其中，入nOT表示調(diào)節(jié)后的最佳控制器參數(shù)，Xpw為微調(diào)前的最佳控制器參數(shù)，Co為單位微調(diào)量，正向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的單位微調(diào)量的個(gè)數(shù)，反向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)的相反數(shù)； 根據(jù)被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)和最佳控制器參數(shù)，計(jì)算PID參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I述的PID參數(shù)整定方法，其特征在于，還包括步驟 利用已有數(shù)據(jù)對根據(jù)所述PID參數(shù)整定方法制成的系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，得到被控對象的理想數(shù)學(xué)模型，并存儲(chǔ)理想數(shù)學(xué)模型； 判斷當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型與被控對象的理想數(shù)學(xué)模型是否相同， 若是，則重新識(shí)別被控對象的數(shù)學(xué)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PID參數(shù)整定方法，其特征在干，a和0由下述經(jīng)驗(yàn)公式得到
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一所述的PID參數(shù)整定方法，其特征在于，在被控對象的數(shù)學(xué)模型的誤差范圍內(nèi)對誤差分檔調(diào)節(jié)，并包括粗調(diào)分檔調(diào)節(jié)和微調(diào)分檔調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PID參數(shù)整定方法，其特征在于，所述粗調(diào)分檔調(diào)節(jié)為10%、20%、30%、更大誤差四檔或?yàn)?%、15%、25%、更大誤差四檔的調(diào)節(jié)方式， 或/和 所述微調(diào)分檔調(diào)節(jié)為從-30到30，每ー檔代表一個(gè)單位的微調(diào)量0. 01。
6.ー種PID參數(shù)整定系統(tǒng)，其特征在于包括 數(shù)學(xué)模型識(shí)別單元，用于識(shí)別當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型，并將得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器； 粗調(diào)單元，用于將模型誤差值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中； 微調(diào)單元，用于將調(diào)節(jié)的單位微調(diào)量的個(gè)數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中； 第一計(jì)算單元，用于采用入=(a Am+^) 0計(jì)算最佳控制器參數(shù)X，其中，Am為對象模型誤差值，9為滯后時(shí)間常數(shù)，a和0由Am確定；第二計(jì)算單元，用于采用Anmt=入pOT+ n計(jì)算最佳控制器參數(shù)入，其中，入n 表示調(diào)節(jié)后的最佳控制器參數(shù)，Xpot為微調(diào)前的最佳控制器參數(shù)，Co為單位微調(diào)量，正向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)，反向調(diào)節(jié)時(shí)n取調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)的相反數(shù)； PID參數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)和最佳控制器參數(shù)，計(jì)算PID參數(shù)； 存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)、模型誤差值、調(diào)節(jié)的単位微調(diào)量的個(gè)數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的PID參數(shù)整定系統(tǒng)，其特征在于，還包括模型比對單元，用于判斷當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型與預(yù)先存儲(chǔ)的被控對象的理想數(shù)學(xué)模型是否相同，若是，則重新識(shí)別被控對象的數(shù)學(xué)模型，所述被控對象的理想數(shù)學(xué)模型是利用已有數(shù)據(jù)對根據(jù)所述PID參數(shù)整定系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練得到； 所述存儲(chǔ)器還用于存儲(chǔ)被控對象的理想數(shù)學(xué)模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的PID參數(shù)整定控制器，其特征在于a和P由下述經(jīng)驗(yàn)公式得到 fa = 3.6742Am2-5.9563Affj + 1.4813 , <つ,when 1% < Am < 10% IP = 5.7955Am2 -\.5254Am + 0.5003fa = -5.7955Am2 +0.0833Ara + 1.0318 , I,whenU%<Am<20%[^ = 2.53795Aot2-1.4146Aot + 0.5162[ = 6.0606Aw2-4.3152Aw+ 1.4623 , <,when 21% < Am < 30%[ガ= -0.4924Aot2-0.2064Aot + 0.3898
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的PID參數(shù)整定系統(tǒng)，其特征在于，在被控對象的數(shù)學(xué)模型的誤差范圍內(nèi)對誤差分檔調(diào)節(jié)，并包括粗調(diào)分檔調(diào)節(jié)和微調(diào)分檔調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的PID參數(shù)整定系統(tǒng)，其特征在于，所述粗調(diào)分檔調(diào)節(jié)為采用10%、20%、30%、更大誤差四檔或?yàn)?%、15%、25%、更大誤差四檔的調(diào)節(jié)方式； 或/和 所述微調(diào)分檔調(diào)節(jié)為從-30到30，每ー檔代表一個(gè)單位的微調(diào)量0. 01。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種PID參數(shù)整定方法及系統(tǒng)，在工況系統(tǒng)識(shí)別出當(dāng)前被控對象的數(shù)學(xué)模型后，得到數(shù)學(xué)模型的參數(shù)，監(jiān)控人員根據(jù)實(shí)際的工況對控制對象的數(shù)學(xué)模型的誤差做出大致判斷，然后設(shè)定相應(yīng)的模型誤差值，并根據(jù)所述模型誤差值判斷是采用微調(diào)還是采用粗調(diào)，若判定為采用粗調(diào)，則輸入模型參數(shù)和模型誤差值，若判定為采用微調(diào)，則輸入模型參數(shù)和調(diào)節(jié)的單位微調(diào)量的個(gè)數(shù)；然后相應(yīng)的計(jì)算單元對應(yīng)的計(jì)算最佳控制器參數(shù)，最后根據(jù)被控對象的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)和最佳控制器參數(shù)，計(jì)算理想PID控制器參數(shù)。本發(fā)明能在不重新設(shè)計(jì)控制器的情況下，自動(dòng)處理實(shí)際控制對象的不確定性，在性能和魯棒性之間進(jìn)行最佳折中，達(dá)到更好的控制效果。
文檔編號(hào)G05B11/42GK102621883SQ20121009634
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者張偉, 張衛(wèi)東, 張曦, 李曉楓, 王大曉, 陳世和 申請人:上海交通大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院