一種pid控制器及其參數自整定擴展模塊及實現方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種PID控制器及其參數自整定擴展模塊及實現方法，其中，所述PID控制器及其參數自整定擴展模塊包括：溫度信號采集單元和PID控制及其參數自整定單元；溫度信號采集單元用于采集被控對象的溫度數據，并發(fā)送至PID控制及其參數自整定單元；PID控制及其參數自整定單元用于根據所述溫度數據進行參數自整定，并通過擴展總線輸出整定結果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數進行查看和/或修改。從而在PLC的擴展功能模塊上實現溫度測量與PID控制，節(jié)省用戶PLC程序資源；進一步地，還具有自整定功能，從而節(jié)約了用戶參數整定的時間，提高了參數整定的準確性，從而保證了控制器的控制質量和魯棒性。
【專利說明】一種PID控制器及其參數自整定擴展模塊及實現方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及PLC控制系統與工業(yè)溫度控制領域，尤其涉及一種PID控制器及其參數自整定擴展模塊及實現方法。
【背景技術】
[0002]PLC ( Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器)是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業(yè)控制的核心部分。
[0003]PID (比例(proportion)、積分(integral)、微分(derivative))控制器作為最早實用化的控制器已有70多年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。
[0004]在工業(yè)控制中常常需要用到PID控制，以工業(yè)溫度PLC控制系統為例，其常常用到PID控制器，PID控制器的關鍵就是參數整定(調整并確定控制器的參數):控制器三參數(t匕例系數、積分時間、微分時間)的整定?，F有技術中的工業(yè)溫度PLC控制系統的PID控制器的參數整定通常是通過手動進行的，其不但效率低下，而且難以保證整定的準確性，從而影響到控制質量，而且還會影響到控制器的魯棒性。
[0005]有鑒于此，現有技術有待改進和提高。

【發(fā)明內容】

[0006]鑒于上述現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種PID控制器及其參數自整定擴展模塊及實現方法，旨在解決現有的工業(yè)溫度PLC控制系統的PID控制器的參數整定通過人工進行所帶來的效率低下、準確性不高等問題。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:
一種PID控制器及其參數自整定擴展模塊，通過擴展總線連接總控制器連接；其中，所述PID控制器及其參數自整定擴展模塊包括:溫度信號采集單元和PID控制及其參數自整定單元；
其中，所述溫度信號采集單元用于采集被控對象的溫度數據，并將所述溫度數據發(fā)送至PID控制及其參數自整定單元；
所述PID控制及其參數自整定單元用于根據所述溫度數據進行參數自整定，并通過擴展總線輸出整定結果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數進行查看和/或修改。
[0008]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊，其中，所述溫度信號采集單元進一步包括:依次連接的多路復用電路、信號調理電路、模數轉換器和處理器；
所述多路復用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經過信號調理電路后到模數轉換器進行數據采集，采集到的數據經過處理器處理后得到相應的傳感器溫度數據。
[0009]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊，其中，所述PID控制及其參數自整定單元進一步包括:
自整定子單元，用于根據所述溫度數據進行參數自整定，并將整定過程輸出值寫入下述的輸出寄存器子單元，同時在整定完成后將整定結果寫入下述的結果寄存器子單元；輸出寄存器子單元，用于存儲整定過程輸出值；
結果寄存器子單元，用于存儲整定結果。
[0010]一種上述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其中，所述方法包括以下步驟:
51、溫度信號采集單元采集被控對象的溫度數據，并將所述溫度數據發(fā)送至PID控制及其參數自整定單元；
52、PID控制及其參數自整定單元根據所述溫度數據進行參數自整定，并通過擴展總線輸出整定結果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數進行查看和/或修改。[0011 ] 優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其中，所述步驟SI具體包括:多路復用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經過信號調理電路后到模數轉換器進行數據采集，采集到的數據經過處理器處理后得到相應的傳感器溫度數據，并將所述溫度數據發(fā)送至PID控制及其參數自整定單元。
[0012]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其中，所述步驟SI之前還包括:
S0、總控制器根據用戶指令啟動所述PID控制器及其參數自整定擴展模塊的自整定功能，當自整定被啟動后，PID控制器及其參數自整定擴展模塊的PID控制功能將被禁用優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其中，所述步驟S2中所述PID控制及其參數自整定單元用于根據所述溫度數據進行參數自整定具體包括:S2UPID控制及其參數自整定單元用于根據所述溫度數據通過自整定算法進行參數自整定；
S22、判斷所述自整定是否完成，若是則將整定結果寫入結果寄存器子單元，否則將整定過程輸出值寫入輸出寄存器子單元。
[0013]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其中，所述步驟S21中的自整定算法為基于繼電反饋的算法。
[0014]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其中，所述基于繼電反饋的算法中加入一滯后參數。
[0015]有益效果:本發(fā)明公開的PID控制器及其參數自整定擴展模塊及實現方法，通過在PLC的擴展功能模塊上實現溫度測量與PID控制，節(jié)省用戶PLC程序資源；進一步地，所述擴展功能模塊還具有自整定功能，從而節(jié)約了用戶參數整定的時間，提高了參數整定的準確性，從而保證了控制器的控制質量和魯棒性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現有技術中常用的模擬PID控制系統的原理框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的結構框圖。[0018]圖3為本發(fā)明的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實施例的應用示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實施例中溫度信號采集單元的示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法的流程圖。
[0021 ] 圖6為本發(fā)明的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法中進行參數自整定的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提供一種PID控制器及其參數自整定擴展模塊及實現方法，為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]為了便于理解，首先介紹一下PID控制系統的工作原理，請參閱圖1，其為現有技術中常用的模擬PID控制系統的原理框圖。如圖所示，r(t)是給定值，y(t)是系統的實際輸出值，給定值與實際輸出值構成控制偏差e (t)，e (t)作為PID控制器的輸入，如式I所示:
【權利要求】
1.一種PID控制器及其參數自整定擴展模塊，通過擴展總線連接總控制器連接；其特征在于，所述PID控制器及其參數自整定擴展模塊包括:溫度信號采集單元和PID控制及其參數自整定單元； 其中，所述溫度信號采集單元用于采集被控對象的溫度數據，并將所述溫度數據發(fā)送至PID控制及其參數自整定單元； 所述PID控制及其參數自整定單元用于根據所述溫度數據進行參數自整定，并通過擴展總線輸出整定結果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數進行查看和/或修改。
2.根據權利要求1所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊，其特征在于，所述溫度信號采集單元進一步包括:依次連接的多路復用電路、信號調理電路、模數轉換器和處理器； 所述多路復用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經過信號調理電路后到模數轉換器進行數據采集，采集到的數據經過處理器處理后得到相應的傳感器溫度數據。
3.根據權利要求1或2所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊，其特征在于，所述PID控制及其參數自整定單元進一步包括: 自整定子單元，用于根據所述溫度數據進行參數自整定，并將整定過程輸出值寫入下述的輸出寄存器子單元，同時在整定完成后將整定結果寫入下述的結果寄存器子單元； 輸出寄存器子單元，用于存儲整定過程輸出值； 結果寄存器子單元，用于存儲整定結果。
4.一種權利要求1所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 51、溫度信號采集單元采集被控對象的溫度數據，并將所述溫度數據發(fā)送至PID控制及其參數自整定單元； 52、PID控制及其參數自整定單元根據所述溫度數據進行參數自整定，并通過擴展總線輸出整定結果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數進行查看和/或修改。
5.根據權利要求4所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其特征在于，所述步驟Si具體包括:多路復用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經過信號調理電路后到模數轉換器進行數據采集，采集到的數據經過處理器處理后得到相應的傳感器溫度數據，并將所述溫度數據發(fā)送至PID控制及其參數自整定單J Li ο
6.根據權利要求4所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其特征在于，所述步驟SI之前還包括: SO、總控制器根據用戶指令啟動所述PID控制器及其參數自整定擴展模塊的自整定功能，當自整定被啟動后，PID控制器及其參數自整定擴展模塊的PID控制功能將被禁用。
7.根據權利要求4所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其特征在于，所述步驟S2中所述PID控制及其參數自整定單元用于根據所述溫度數據進行參數自整定具體包括: S2UPID控制及其參數自整定單元用于根據所述溫度數據通過自整定算法進行參數自整定； S22、判斷所述自整定是否完成，若是則將整定結果寫入結果寄存器子單元，否則將整定過程輸出值寫入輸出寄存器子單元。
8.根據權利要求7所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其特征在于，所述步驟S21中的自整定算法為基于繼電反饋的算法。
9.根據權利要求8所述的PID控制器及其參數自整定擴展模塊的實現方法，其特征在于，所述基于繼電反饋 的算法中加入一滯后參數。
【文檔編號】G05B11/42GK103616845SQ201310609955
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張恒 申請人:深圳市億維自動化技術有限公司