專(zhuān)利名稱(chēng)：Pid參數(shù)調(diào)整設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理控制技術(shù)，更具體地，涉及一種用于調(diào)整控制器的控制參數(shù)的參數(shù)調(diào)整設(shè)備。
背景技術(shù)：
作為調(diào)整PID控制器的PID參數(shù)的簡(jiǎn)單方法，已經(jīng)提出了一種基于有限循環(huán)的自動(dòng)調(diào)諧方法(例如，參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在將控制系統(tǒng)表述為傳遞函數(shù)時(shí)，函數(shù)的次數(shù)(degree)等取特定值的假設(shè)下，執(zhí)行這種簡(jiǎn)單的方法。在此方法中，粗略地調(diào)整PID參數(shù)。
為了進(jìn)行比上述簡(jiǎn)單方法更為精細(xì)的調(diào)整，還提出了一種通過(guò)分析包括受控系統(tǒng)的次數(shù)在內(nèi)的處理參數(shù)(處理增益、處理時(shí)間常數(shù)等)來(lái)確定PID參數(shù)的方法(例如，參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。根據(jù)此技術(shù)，例如，將受控系統(tǒng)的特征近似為傳遞函數(shù)表達(dá)式的建模步驟，通過(guò)參考建模結(jié)果來(lái)確定PID參數(shù)。在這種情況下，使用如CHR(Chien、Hrones、Reswick)方法和IMC(內(nèi)部模型控制)等傳統(tǒng)調(diào)整公式。
請(qǐng)注意，本申請(qǐng)人除了本說(shuō)明書(shū)中所描述的現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)信息所指定的現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)以外，并未發(fā)現(xiàn)其他與本發(fā)明有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本專(zhuān)利未審公開(kāi)No.2000-155603專(zhuān)利文獻(xiàn)2日本專(zhuān)利未審公開(kāi)No.2002-351502發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的問(wèn)題在基于建模結(jié)果的傳統(tǒng)PID參數(shù)調(diào)整方法中，例如，如果受控系統(tǒng)是二階延遲系統(tǒng)，則存在兩個(gè)時(shí)間常數(shù)。但是，例如，這些時(shí)間常數(shù)的比是2∶1或3∶1，此比值并不統(tǒng)一。即，建模結(jié)果發(fā)生變化。因此，在一些情況下，通過(guò)如CHR方法和IMC方法等的調(diào)整公式，將獲得幾乎為最優(yōu)的調(diào)整結(jié)果。但是，在其他情況下，獲得遠(yuǎn)非最優(yōu)的調(diào)整結(jié)果。
在實(shí)際的控制地點(diǎn)，針對(duì)從控制器輸出的受操控的變量，執(zhí)行基于上限值和下限值的有限處理。即，在其中作為控制器的輸入、受控變量以設(shè)置點(diǎn)的變化而改變的過(guò)渡狀態(tài)下，發(fā)生基于上限值和下限值的有限處理。由于以上主要基于理論而組織的調(diào)整公式并未以控制器的實(shí)際約束操作(如這種有限處理)為前提，PID參數(shù)調(diào)整結(jié)果在一些情況下遠(yuǎn)非最優(yōu)。
提出本發(fā)明以解決上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的目的是提供一種參數(shù)調(diào)整設(shè)備，能夠在基于建模結(jié)果調(diào)整控制參數(shù)時(shí)，處理建模結(jié)果與控制器的實(shí)際約束操作之間的偏差。
解決問(wèn)題的手段根據(jù)本發(fā)明，提出了一種參數(shù)調(diào)整設(shè)備，用于調(diào)整控制器的控制參數(shù)，所述控制器通過(guò)執(zhí)行基于控制參數(shù)的計(jì)算，來(lái)計(jì)算受操控的變量，所述參數(shù)調(diào)整設(shè)備包括模型存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；控制器存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)控制器用其控制受控系統(tǒng)的控制器算法；約束條件存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)針對(duì)控制器操作的約束條件；仿真計(jì)算單元，根據(jù)約束條件進(jìn)行仿真，以仿真包括由數(shù)學(xué)模型表示的受控系統(tǒng)和由控制器算法表示的控制器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)；理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)控制系統(tǒng)的理想控制響應(yīng)特性；評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元，計(jì)算表示仿真結(jié)果與理想控制響應(yīng)特性之間的近似性的評(píng)價(jià)函數(shù)值；以及參數(shù)搜索計(jì)算單元，在順序改變控制器算法的控制參數(shù)的同時(shí)，使仿真計(jì)算單元進(jìn)行仿真，并使用使評(píng)價(jià)函數(shù)值變?yōu)樽顑?yōu)值的控制參數(shù)，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提出了一種參數(shù)調(diào)整設(shè)備，包括模型存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；控制器存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)控制器以其控制受控系統(tǒng)的控制器算法；約束條件存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)針對(duì)控制器操作的約束條件；理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)與包括由數(shù)學(xué)模型表示的受控系統(tǒng)和由控制器算法表示的控制器在內(nèi)的控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的理想控制響應(yīng)特性；第一仿真計(jì)算單元，通過(guò)在受操控的變量維持時(shí)間內(nèi)，將由約束條件定義的上限受操控的變量或下限受操控的變量施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)進(jìn)行仿真受控系統(tǒng)的過(guò)渡狀態(tài)的第一仿真；理想響應(yīng)結(jié)果存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)作為第一仿真的理想結(jié)果的理想響應(yīng)結(jié)果；第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元，計(jì)算表示第一仿真的結(jié)果與理想響應(yīng)結(jié)果之間的近似性的第一評(píng)價(jià)函數(shù)值；受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元，通過(guò)在順序改變受操控的變量維持時(shí)間的同時(shí)，使第一仿真計(jì)算單元進(jìn)行第一仿真，提取出使第一評(píng)價(jià)函數(shù)值變?yōu)樽顑?yōu)值的受操控的變量維持時(shí)間；理想響應(yīng)波形寄存處理單元，將與所提取出的、受操控的變量維持時(shí)間相對(duì)應(yīng)的第一仿真結(jié)果寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元中，作為理想控制響應(yīng)特性；第二仿真計(jì)算單元，根據(jù)約束條件，進(jìn)行仿真控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)的第二仿真；第二評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元，計(jì)算表示第二仿真結(jié)果與寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元中的理想控制響應(yīng)特性之間的近似性的第二評(píng)價(jià)函數(shù)值；以及參數(shù)搜索計(jì)算單元，在順序改變控制器算法的控制參數(shù)的同時(shí)，使第二仿真計(jì)算單元進(jìn)行第二仿真，并使用使第二評(píng)價(jià)函數(shù)值變?yōu)樽顑?yōu)值的控制參數(shù)，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果。
本發(fā)明的參數(shù)調(diào)整設(shè)備的示例結(jié)構(gòu)包括自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元，通過(guò)將具有預(yù)定幅度的受操控的變量施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)執(zhí)行根據(jù)受控系統(tǒng)的響應(yīng)、計(jì)算控制參數(shù)的估計(jì)值的自動(dòng)調(diào)諧仿真處理；以及參數(shù)搜索范圍設(shè)置單元，根據(jù)控制參數(shù)的估計(jì)值，確定控制參數(shù)的搜索范圍，并設(shè)置參數(shù)搜索計(jì)算單元中的搜索范圍。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)組合控制器算法和受控系統(tǒng)的建模結(jié)果(數(shù)學(xué)模型)，在調(diào)整設(shè)備上創(chuàng)建了控制系統(tǒng)，提供受控系統(tǒng)的仿真結(jié)果與理想控制響應(yīng)特性之間的差異，作為評(píng)價(jià)函數(shù)值，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)仿真，從而使評(píng)價(jià)函數(shù)值接近最優(yōu)值，并搜索最優(yōu)控制參數(shù)。這樣做能夠在控制參數(shù)調(diào)整中精確地反映受控系統(tǒng)的建模結(jié)果，并處理了建模結(jié)果的偏差。此外，由于根據(jù)控制器操控的約束條件來(lái)執(zhí)行仿真，可以在控制參數(shù)調(diào)整中精確地反映控制器的實(shí)際約束操控，從而處理了實(shí)際約束操控。
此外，通過(guò)在受操控的變量維持時(shí)間內(nèi)、將由約束條件定義的上限受操控的變量或下限受操控的變量施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)進(jìn)行第一仿真，以仿真受控系統(tǒng)的過(guò)渡狀態(tài)，并提供第一仿真結(jié)果與理想響應(yīng)結(jié)果之間的差異，作為第一評(píng)價(jià)函數(shù)值。通過(guò)重復(fù)第一仿真，從而使第一評(píng)價(jià)函數(shù)值接近最優(yōu)值，來(lái)獲得理想控制響應(yīng)特性。然后，將此理想控制響應(yīng)特性寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元中，由此搜索上述控制參數(shù)。這樣做能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)控制參數(shù)調(diào)整，而無(wú)需用戶精通控制。
此外，通過(guò)計(jì)算控制參數(shù)的估計(jì)值的仿真，來(lái)執(zhí)行有限循環(huán)自動(dòng)調(diào)諧方法，產(chǎn)生具有預(yù)定受操控的變量寬度的有限循環(huán)，并調(diào)整控制參數(shù)。根據(jù)計(jì)算出的控制參數(shù)的估計(jì)值，縮減搜索范圍，然后執(zhí)行對(duì)控制參數(shù)的搜索。這樣做能夠縮短搜索最優(yōu)控制參數(shù)所需的時(shí)間。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是示出了圖1所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的操作的流程圖；圖3是示意性地示出了本發(fā)明第一實(shí)施例中的理想控制響應(yīng)特性的時(shí)序圖；圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例中的控制系統(tǒng)的方框圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖6是示出了圖5所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的操作的流程圖；圖7A到7F是用于解釋本發(fā)明第二實(shí)施例中的受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元中的理想過(guò)渡響應(yīng)軌跡確定處理的時(shí)序圖；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖；
圖9是示出了圖8所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的操作的流程圖；圖10是示出了本發(fā)明第三實(shí)施例中的自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元中的偏差極限值檢測(cè)處理和轉(zhuǎn)換用時(shí)檢測(cè)處理的細(xì)節(jié)的流程圖；以及圖11示出了用于解釋本發(fā)明第三實(shí)施例中的自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元中的偏差極限值檢測(cè)處理和轉(zhuǎn)換用時(shí)檢測(cè)處理的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下面，將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖2是示出了圖1所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的操作的流程圖。
本實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備包括模型存儲(chǔ)單元1，預(yù)先存儲(chǔ)受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；PID控制器存儲(chǔ)單元2，預(yù)先存儲(chǔ)PID控制器算法；約束條件存儲(chǔ)單元3，預(yù)先存儲(chǔ)針對(duì)控制器操作的約束條件；仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元4，預(yù)先存儲(chǔ)包括由數(shù)學(xué)模型表示的受控系統(tǒng)和由控制器算法表示的控制器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)的仿真的說(shuō)明；仿真計(jì)算單元5，根據(jù)針對(duì)控制器操作的約束條件進(jìn)行仿真控制系統(tǒng)的仿真；理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元6，預(yù)先存儲(chǔ)控制系統(tǒng)的理想控制響應(yīng)特性；評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元7，計(jì)算表示仿真結(jié)果與理想控制響應(yīng)特性之間的近似性的評(píng)價(jià)函數(shù)值；以及PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8，在順序改變控制器算法的控制參數(shù)(在本實(shí)施例中為PID參數(shù))的同時(shí)，使仿真計(jì)算單元5進(jìn)行仿真，并使用通過(guò)其獲得最優(yōu)評(píng)價(jià)函數(shù)值的PID參數(shù)，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果。
下面，將對(duì)根據(jù)本實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的操作進(jìn)行描述。首先，將描述每個(gè)組成元件的操作，接下來(lái)，將參照?qǐng)D2，對(duì)整體處理的流程進(jìn)行描述。
假設(shè)受控系統(tǒng)具有時(shí)間延遲和停滯時(shí)間因子，則傳遞函數(shù)Gp可以如下表示Gp＝Kpexp(-Lps)/{(1+T1s)(1+T2s)(1+T3s)}…(1)
其中Kp是處理增益，Lp是處理停滯時(shí)間，T1、T2和T3是處理時(shí)間常數(shù)，s是拉普拉斯算子。
PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的用戶將由等式(1)表示的算術(shù)模型預(yù)先寄存在模型存儲(chǔ)單元1中。此外，將預(yù)先通過(guò)已知建模技術(shù)獲得的處理增益Kp、處理停滯時(shí)間Lp和處理時(shí)間常數(shù)T1、T2和T3預(yù)先寄存在模型存儲(chǔ)單元1中。根據(jù)等式(1)，可以表示最多具有三階延遲的受控系統(tǒng)。
用戶將由以下等式所給出的傳遞函數(shù)等表示的PID控制器算法預(yù)先寄存在PID控制器存儲(chǔ)單元2中，即用于使仿真計(jì)算單元5實(shí)現(xiàn)PID控制器的程序MV＝(100/Pb){1+(1/Tis)+Tds}(SP-PV)…(2)其中Pb是比例區(qū)，Ti是積分時(shí)間，Td是微分時(shí)間，MV是受操控的變量，SP是設(shè)置點(diǎn)，以及PV是受控變量。比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td由PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8確定。此外，受操控的變量MV、設(shè)置點(diǎn)SP和受控變量PV隨著由仿真計(jì)算單元5執(zhí)行的仿真動(dòng)態(tài)地改變。
用戶將以下約束條件表達(dá)式預(yù)先寄存在約束條件存儲(chǔ)單元3中如果MV＞MVH，則MV＝MVH…(3)如果MV＜MVL，則MV＝MVL…(4)其中MVH是輸出給受控系統(tǒng)的受操控的變量MV的上限值，以及MVL是受操控的變量MV的下限值。表達(dá)式(3)表示如果由仿真計(jì)算單元5計(jì)算出的受操控的變量MV大于受操控的變量上限值MVH，則執(zhí)行設(shè)置MV＝MVH(即，將受操控的變量上限值MVH設(shè)置為受操控的變量MV)的上限處理的情況。表達(dá)式(4)表示如果計(jì)算出的受操控的變量MV小于受操控的變量下限值MVL，則執(zhí)行設(shè)置MV＝MVL(即，將受操控的變量下限值MVL設(shè)置為受操控的變量MV)的下限處理的情況。
用戶將由以下表達(dá)式表示的仿真說(shuō)明預(yù)先寄存在仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元4中如果T＜Tstep，則SP＝SP1，否則SP＝SP2…(5)如果T＝Tsim，則[終止仿真] …(6)
其中SP1是階躍響應(yīng)之前的設(shè)置點(diǎn)，SP2是階躍響應(yīng)之后的設(shè)置點(diǎn)，T是仿真所經(jīng)歷的時(shí)間，Tstep是從仿真的開(kāi)始時(shí)刻(T＝0)到設(shè)置點(diǎn)SP階躍變化時(shí)刻的時(shí)間，以及Tsim是總仿真時(shí)間。
表達(dá)式(5)表示在從仿真開(kāi)始時(shí)刻開(kāi)始所過(guò)去的T達(dá)到Tstep之前，將設(shè)置點(diǎn)SP設(shè)置為SP1，以及當(dāng)所過(guò)去的時(shí)間T達(dá)到Tstep時(shí)，將設(shè)置點(diǎn)SP設(shè)置為SP2。表達(dá)式(6)表示當(dāng)所過(guò)去的時(shí)間T達(dá)到Tsim時(shí)，終止仿真。
將對(duì)用戶而言理想的控制響應(yīng)特性(即，在所過(guò)去的T＝Tj時(shí)的理想受控變量PV_data_j(Tj≤Tsim，其中j是從1到n的整數(shù)))預(yù)先寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元6中。為了確定理想控制響應(yīng)特性，需要受控變量PV_data_j(n≥1)的至少一個(gè)特定值。圖3示意性地示出了理想控制響應(yīng)特性。
仿真計(jì)算單元5根據(jù)約束條件存儲(chǔ)單元3中的約束條件表達(dá)式和仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元4中的仿真說(shuō)明，執(zhí)行仿真，以仿真包括由模型存儲(chǔ)單元1中的數(shù)學(xué)模型表示的受控系統(tǒng)和由PID控制器存儲(chǔ)單元2中的控制器算法表示的PID控制器在內(nèi)的虛擬控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)。圖4是示出了這種情況下的控制系統(tǒng)的方框圖。
仿真計(jì)算單元5執(zhí)行初始化處理和仿真處理。在初始化處理中，仿真計(jì)算單元5將受控變量PV在仿真開(kāi)始時(shí)的初始值設(shè)置為SP1，將設(shè)置點(diǎn)SP的初始值設(shè)置為SP1，將受操控的變量MV的初始值設(shè)置為SP1/Kp，以及將所過(guò)去的仿真時(shí)間T設(shè)置為0。稍后，將對(duì)仿真處理進(jìn)行描述。
評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元7如下執(zhí)行評(píng)價(jià)函數(shù)處理，獲得表示仿真結(jié)果與理想控制響應(yīng)特性之間的近似性的評(píng)價(jià)函數(shù)值F。
F=Σj=1n(PV_Tj-PV_data_j)2···(7)]]>其中PV_Tj是通過(guò)仿真處理在所過(guò)去的時(shí)間T＝Tj時(shí)計(jì)算出的受控變量，以及n是理想受控變量PV_data_j的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)，如上所述。當(dāng)?shù)仁?7)的計(jì)算結(jié)果變?yōu)?或0附近的最小值(正值)時(shí)，評(píng)價(jià)函數(shù)值F為最優(yōu)值。在這種情況下，仿真結(jié)果變得最為接近理想控制響應(yīng)特性。
PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8執(zhí)行PID參數(shù)搜索處理，包括PID參數(shù)創(chuàng)建處理、評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理和PID參數(shù)確定處理。
在PID參數(shù)創(chuàng)建處理中，PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8順序創(chuàng)建(逐一)PID參數(shù)可能選取的所有值，即比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的所有組合。假設(shè)Pb_max是預(yù)先確定的比例區(qū)搜索上限值，Ti_max是預(yù)先確定的積分時(shí)間搜索上限值，以及Td_max是預(yù)先確定的微分時(shí)間搜索上限值，則在o＜Pb＜Pb_max的范圍內(nèi)以dPb的分辨率創(chuàng)建比例區(qū)Pb，在0＜Ti＜Ti_max的范圍內(nèi)以dTi的分辨率創(chuàng)建積分時(shí)間Ti，以及在0＜Td＜Td_max的范圍內(nèi)以dTd的分辨率創(chuàng)建微分時(shí)間Td。
在評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理中，PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8將針對(duì)比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的所有組合計(jì)算出的評(píng)價(jià)函數(shù)值F彼此進(jìn)行比較，并提取出提供了所有評(píng)價(jià)函數(shù)值F的最小評(píng)價(jià)函數(shù)值F_min(F_min≥0)的比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的組合。
在PID參數(shù)確定處理中，PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8使用通過(guò)評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理而提取出的比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的組合，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果。
應(yīng)當(dāng)注意，上述PID參數(shù)搜索處理是使用于逐一創(chuàng)建PID參數(shù)可能選取的所有值的仿真計(jì)算單元5執(zhí)行仿真處理、并將全部計(jì)算出的評(píng)價(jià)函數(shù)值F彼此進(jìn)行比較以搜索最優(yōu)PID參數(shù)的技術(shù)。但是，此技術(shù)是并未考慮搜索效率的技術(shù)，而只是一個(gè)示例。公知的單純形方法(simplex method)等可以用作使仿真計(jì)算單元5在順序改變PID參數(shù)的同時(shí)執(zhí)行搜索操作以使評(píng)價(jià)函數(shù)值F接近最優(yōu)值的有效方法。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D2，對(duì)圖1所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的處理流程進(jìn)行描述。例如，PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備根據(jù)來(lái)自用戶的請(qǐng)求，開(kāi)始圖2所示的處理。首先，PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8執(zhí)行PID參數(shù)創(chuàng)建處理(圖2中的步驟101)。仿真計(jì)算單元5執(zhí)行初始化處理(步驟102)。
隨后，仿真計(jì)算單元5執(zhí)行所過(guò)去的時(shí)間T＝0時(shí)的仿真處理(步驟103)。在所過(guò)去的時(shí)間T＝0的這一仿真處理中，仿真計(jì)算單元5根據(jù)需要，按照上述約束條件表達(dá)式，針對(duì)在初始化處理中確定的受操控的變量MV，執(zhí)行上限處理或下限處理。然后，仿真計(jì)算單元5基于模型存儲(chǔ)單元1中的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)以下等式，計(jì)算受控變量PV，并將受控變量PV存儲(chǔ)為與所過(guò)去的時(shí)間T＝0相對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果。
PV＝[Kpexp(-Lps)/{(1+T1s)(1+T2s)(1+T3s)}]MV…(8)通常，在執(zhí)行仿真處理之后，評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元7執(zhí)行評(píng)價(jià)函數(shù)處理。但是，由于在所過(guò)去的時(shí)間T＝0時(shí)并未確定理想控制響應(yīng)特性，不執(zhí)行評(píng)價(jià)函數(shù)處理。
在執(zhí)行仿真處理之后，仿真計(jì)算單元5確定T≥Tsim是否成立(步驟105)。如果T≥Tsim，即所過(guò)去的時(shí)間T已經(jīng)達(dá)到Tsim，則根據(jù)上述仿真說(shuō)明，確定仿真處理完成，并且流程前進(jìn)到步驟106。如果所過(guò)去的時(shí)間T并未達(dá)到Tsim，則確定仿真處理并未完成，并且流程返回到步驟103。
然后，仿真計(jì)算單元5執(zhí)行所過(guò)去的時(shí)間T＞0時(shí)的仿真處理(步驟103)。在所過(guò)去的時(shí)間T＞0的這一仿真處理中，仿真計(jì)算單元5確定T≥Tstep是否成立。如果所過(guò)去的時(shí)間T并未達(dá)到Tstep，則仿真計(jì)算單元5保持將設(shè)置點(diǎn)SP設(shè)置為SP1。如果所過(guò)去的時(shí)間T已經(jīng)達(dá)到Tstep，則仿真計(jì)算單元5將設(shè)置點(diǎn)SP變?yōu)镾P2。隨后，仿真計(jì)算單元5通過(guò)使用在前一仿真處理中計(jì)算出的受控變量PV、當(dāng)前的設(shè)置點(diǎn)SP、以及在步驟101中根據(jù)由等式(2)表示的PID控制器算法而創(chuàng)建的PID參數(shù)，計(jì)算受操控的變量MV。在根據(jù)需要，基于針對(duì)受操控的變量MV的上述約束條件表達(dá)式，執(zhí)行上限處理或下限處理之后，仿真計(jì)算單元5根據(jù)等式(8)計(jì)算受控變量PV，并將受控變量PV存儲(chǔ)為與所過(guò)去的時(shí)間T相對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果。
如果所過(guò)去的時(shí)間T＞0是其中將理想受控變量PV_data_j寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元6中的所過(guò)去的時(shí)間T(T＝Tj)，由于由仿真計(jì)算單元5計(jì)算出的受控變量是PV_Tj，評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元7根據(jù)等式(7)，根據(jù)受控變量PV_Tj和受控變量PV_data_j計(jì)算出評(píng)價(jià)函數(shù)值F(步驟104)。
仿真計(jì)算單元5和評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元7按照預(yù)定的循環(huán)，重復(fù)執(zhí)行上述所過(guò)去的時(shí)間T＞0時(shí)的仿真處理和評(píng)價(jià)函數(shù)處理，直到在步驟105中，T≥Tsim成立為止。
在所過(guò)去的時(shí)間T≥Tn不成立的一些中間點(diǎn)，由于還有一些未與仿真結(jié)果進(jìn)行比較的理想受控變量，此中間點(diǎn)處的評(píng)價(jià)函數(shù)處理是將評(píng)價(jià)函數(shù)值F計(jì)算為臨時(shí)值的處理，類(lèi)似于(PV_T1-PV_data_1)2+(PV_T2-PV_data_2)2+(PV_T3-PV_data_3)2…...。
如果在步驟105中確定T≥Tsim成立，則仿真計(jì)算單元5確定仿真處理完成，并確定對(duì)于PID參數(shù)的所有組合，步驟101到105中的處理是否完成(步驟106)。如果對(duì)于PID參數(shù)的所有組合，步驟101到105中的處理完成，則流程前進(jìn)到步驟107。如果處理未完成，則流程返回到步驟101，使PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8創(chuàng)建比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的新組合。按照這種方式，針對(duì)比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的全部組合中的每一個(gè)，執(zhí)行步驟101到105中的處理。
如果針對(duì)PID參數(shù)的所有組合，步驟101到105中的處理完成，則PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8執(zhí)行評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理，并提取出提供了最小評(píng)價(jià)函數(shù)值F_min的比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的組合(步驟107)。然后，PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8使用所提取出的比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的組合，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果(步驟108)。
利用上述操作，終止PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的處理。
根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)組合PID控制器算法和受控系統(tǒng)的建模結(jié)果(數(shù)學(xué)模型)，在調(diào)整設(shè)備上創(chuàng)建了虛擬控制系統(tǒng)，提供控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果和理想控制響應(yīng)特性之間的差異，作為評(píng)價(jià)函數(shù)值，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)仿真，從而使評(píng)價(jià)函數(shù)值接近最優(yōu)值，從而搜索最優(yōu)PID參數(shù)。這樣做能夠在PID參數(shù)調(diào)整中精確地反映受控系統(tǒng)的建模結(jié)果，并處理了建模結(jié)果的偏差。此外，由于根據(jù)控制器操控的約束條件來(lái)執(zhí)行仿真，可以在PID參數(shù)調(diào)整中精確地反映控制器的實(shí)際約束操控，從而處理了實(shí)際約束操控。

接下來(lái)，將對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行描述。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖6是示出了圖5所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的操作的流程圖。
本實(shí)施例的參數(shù)調(diào)整設(shè)備包括響應(yīng)條件存儲(chǔ)單元14，預(yù)先存儲(chǔ)用于受控系統(tǒng)的過(guò)渡狀態(tài)的第一仿真的響應(yīng)條件變量；第一仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元15，預(yù)先存儲(chǔ)第一仿真的說(shuō)明；理想響應(yīng)結(jié)果存儲(chǔ)單元16，預(yù)先存儲(chǔ)作為第一仿真的理想結(jié)果的理想響應(yīng)結(jié)果；第一仿真計(jì)算單元17，通過(guò)在受操控的變量維持時(shí)間內(nèi)，將上限受操控的變量或下限受操控的變量提供給受控系統(tǒng)，來(lái)進(jìn)行第一仿真；第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元18，計(jì)算表示第一仿真的結(jié)果與理想響應(yīng)結(jié)果之間的近似性的第一評(píng)價(jià)函數(shù)值；受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19，通過(guò)在順序改變受操控的變量維持時(shí)間的同時(shí)，使第一仿真計(jì)算單元17進(jìn)行第一仿真，提取出作為第一評(píng)價(jià)函數(shù)值的最優(yōu)值的受操控的變量維持時(shí)間；理想響應(yīng)波形寄存處理單元20，將與所提取出的、受操控的變量維持時(shí)間相對(duì)應(yīng)的第一仿真結(jié)果寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中，作為理想控制響應(yīng)特性；模型存儲(chǔ)單元21；PID控制器存儲(chǔ)單元22；約束條件存儲(chǔ)單元23；第二仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元24；第二仿真計(jì)算單元25；理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26；第二評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元27；以及PID參數(shù)搜索計(jì)算單元28。
由于模型存儲(chǔ)單元21、PID控制器存儲(chǔ)單元22、約束條件存儲(chǔ)單元23、第二仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元24、第二仿真計(jì)算單元25、第二評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元27、以及PID參數(shù)搜索計(jì)算單元28的操作與第一實(shí)施例中的模型存儲(chǔ)單元1、PID控制器存儲(chǔ)單元2、約束條件存儲(chǔ)單元3、仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元4、仿真計(jì)算單元5、評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元7、以及PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8的操作相同，將省略對(duì)其的描述。
盡管理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26的操作與第一實(shí)施例中的理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元6的操作相同，但并未由用戶而是由理想響應(yīng)波形寄存處理單元20來(lái)寄存存儲(chǔ)在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中的理想控制響應(yīng)特性，如稍后所述。
預(yù)先將要在第一仿真期間提供給受控系統(tǒng)的受操控的變量寄存在響應(yīng)條件存儲(chǔ)單元14中，作為響應(yīng)條件約束。應(yīng)當(dāng)注意，由于這些響應(yīng)條件變量與第一實(shí)施例中寫(xiě)在約束條件表達(dá)式(3)和(4)中的受操控的變量上限值MVH和受操控的變量下限值MVL相同，可以根據(jù)約束條件獲得響應(yīng)條件變量，而無(wú)需使用響應(yīng)條件存儲(chǔ)單元14。
用戶將第一仿真的說(shuō)明預(yù)先寄存在第一仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元15中。第一仿真的說(shuō)明與第一實(shí)施例中參照表達(dá)式(5)和(6)描述的仿真處理的說(shuō)明相同。
用戶將過(guò)沖(overshoot)量OS預(yù)先寄存在理想響應(yīng)結(jié)果存儲(chǔ)單元16中，作為第一仿真的理想結(jié)果的理想響應(yīng)結(jié)果。
第一仿真計(jì)算單元17根據(jù)響應(yīng)條件存儲(chǔ)單元14中的響應(yīng)條件變量和仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元15中的仿真說(shuō)明，執(zhí)行第一初始化處理和第一仿真處理。
在第一初始化處理中，仿真計(jì)算單元17將受控變量PV在仿真開(kāi)始時(shí)的初始值設(shè)置為SP1，將設(shè)置點(diǎn)SP的初始值設(shè)置為SP1，將受操控的變量MV的初始值設(shè)置為SP1/Kp，以及將所過(guò)去的仿真時(shí)間T設(shè)置為0。
在第一仿真處理中，仿真計(jì)算單元17在根據(jù)仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元15中的仿真說(shuō)明、執(zhí)行由表達(dá)式(5)表示的處理的同時(shí)，執(zhí)行以下處理如果T＜Tstep，則MV＝SP1/Kp …(9)如果Tstep≤T≤Tstep+dTmv，則MV＝MV_dTmv…(10)如果T＞Tstep+dTmv，則MV＝SP2/Kp…(11)在表達(dá)式(10)中，dTmv是其中維持受操控的變量MV＝MV_dTmv的受操控的變量維持時(shí)間。
表達(dá)式(9)表示在從仿真開(kāi)始時(shí)刻開(kāi)始所過(guò)去的時(shí)間T未達(dá)到Tstep時(shí)，受操控的變量MV為SP1/Kp。
表達(dá)式(10)表示在所過(guò)去的時(shí)間T大于等于Tstep且小于等于Tstep+dTmv時(shí)，將受操控的變量MV設(shè)置為MV_dTmv。如果Kp＞0且SP1＜SP2，或者Kp＜0且SP1＞SP2，通過(guò)使用存儲(chǔ)在響應(yīng)條件存儲(chǔ)單元14中的響應(yīng)條件變量的受操控的變量上限值MVH，設(shè)置MV_dTmv＝MVH。如果Kp＞0且SP1＞SP2，或者Kp＜0且SP1＜SP2，通過(guò)使用響應(yīng)條件變量的受操控的變量下限值MVL，設(shè)置MV_dTmv＝MVL。
表達(dá)式(11)表示當(dāng)所過(guò)去的時(shí)間T超過(guò)Tstep+dTmv時(shí)，將受操控的變量MV設(shè)置為SP2/Kp。
第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元18根據(jù)以下等式，執(zhí)行用于獲得表示第一仿真結(jié)果與理想響應(yīng)結(jié)果之間的近似性的第一評(píng)價(jià)函數(shù)值G的第一評(píng)價(jià)函數(shù)處理G＝(OS_sim-OS)2…(12)其中OS_sim是在第一仿真期間發(fā)生的過(guò)沖量。當(dāng)?shù)仁?12)的計(jì)算結(jié)果是0附近的最小值(正值)時(shí)，第一評(píng)價(jià)函數(shù)值G是最優(yōu)值。在這種情況下，第一仿真結(jié)果最接近理想響應(yīng)結(jié)果。在由等式(12)表示的評(píng)價(jià)函數(shù)的情況下，對(duì)接近精確的連續(xù)系統(tǒng)的仿真使其能夠執(zhí)行足夠接近于G＝o即OS_sim＝OS的仿真。
受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19執(zhí)行包括受操控的變量維持時(shí)間創(chuàng)建處理和第一評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理在內(nèi)的受操控的變量維持時(shí)間搜索處理。
在受操控的變量維持時(shí)間創(chuàng)建處理中，受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19順序創(chuàng)建(逐一)受操控的變量維持時(shí)間dTmv可能選取的所有值。假設(shè)dTmv_max是預(yù)定受操控的變量維持時(shí)間搜索上限值，在0＜dTmv＜dTmv_max的范圍內(nèi)、以與分辨率Dmv相對(duì)應(yīng)的精度，創(chuàng)建受操控的變量維持時(shí)間dTmv可以取值的范圍。
在第一評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理中，受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19將針對(duì)受操控的變量維持時(shí)間dTmv可以選取的所有值而計(jì)算出的評(píng)價(jià)函數(shù)值G進(jìn)行比較，并提取出提供了所有評(píng)價(jià)函數(shù)值G的最小評(píng)價(jià)函數(shù)值G_min(G_min＞0)的受操控的變量維持時(shí)間dTmv。
應(yīng)當(dāng)注意，上述受操控的變量維持時(shí)間搜索處理是逐一創(chuàng)建受操控的變量維持時(shí)間dTmv可能選取的所有值、使第一仿真計(jì)算單元17執(zhí)行第一仿真處理、并將全部計(jì)算出的評(píng)價(jià)函數(shù)值G進(jìn)行比較以搜索最優(yōu)受操控的變量維持時(shí)間dTmv的技術(shù)。但是，此技術(shù)是并未考慮搜索效率的技術(shù)，而只是一個(gè)示例。
理想響應(yīng)波形寄存處理單元20將與由受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19提取出的受操控的變量維持時(shí)間dTmv相對(duì)應(yīng)的第一仿真結(jié)果(所過(guò)去的時(shí)間T和受控變量PV)寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中，作為理想控制響應(yīng)特性。
在將理想控制響應(yīng)特性寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中之后，模型存儲(chǔ)單元21、PID控制器存儲(chǔ)單元22、約束條件存儲(chǔ)單元23、第二仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元24、第二仿真計(jì)算單元25、第二評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元27；以及PID參數(shù)搜索計(jì)算單元28執(zhí)行第一實(shí)施例中所描述的處理。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D6，對(duì)圖5所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備中的處理流程進(jìn)行描述。例如，PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備根據(jù)來(lái)自用戶的請(qǐng)求，開(kāi)始圖2所示的處理。首先，受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19執(zhí)行受操控的變量維持時(shí)間創(chuàng)建處理(圖6中的步驟201)，以及第一仿真計(jì)算單元17執(zhí)行第一初始化處理(步驟202)。
隨后，第一仿真計(jì)算單元17執(zhí)行所過(guò)去的時(shí)間T＝0時(shí)的第一仿真處理(步驟203)。在所過(guò)去的時(shí)間T＝0的第一仿真處理中，第一仿真計(jì)算單元17通過(guò)將在第一初始化處理中確定的受操控的變量MV＝SP1/Kp代入等式(8)，來(lái)計(jì)算受控變量PV，并將受控變量PV存儲(chǔ)為與所過(guò)去的時(shí)間T＝0相對(duì)應(yīng)的第一仿真結(jié)果。
在執(zhí)行第一仿真處理之后，第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元18執(zhí)行第一評(píng)價(jià)函數(shù)處理。但是，在受控變量PV中未發(fā)生過(guò)沖的時(shí)間點(diǎn)，以過(guò)沖量OS_sim＝0來(lái)計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)值G(步驟204)。
在執(zhí)行第一仿真處理之后，第一仿真計(jì)算單元17確定所過(guò)去的時(shí)間T是否已經(jīng)達(dá)到Tsim(步驟205)。如果所過(guò)去的時(shí)間T已經(jīng)達(dá)到Tsim，則根據(jù)第一仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元15中的仿真說(shuō)明，確定第一仿真處理完成，并且流程前進(jìn)到步驟206。如果所過(guò)去的時(shí)間T并未達(dá)到Tsim，則確定第一仿真處理并未完成，并且流程返回到步驟203。
第一仿真計(jì)算單元17執(zhí)行所過(guò)去的時(shí)間T＞0時(shí)的第一仿真處理(步驟203)。在所過(guò)去的時(shí)間T＞0的第一仿真處理中，仿真計(jì)算單元17確定T≥Tstep是否成立。如果所過(guò)去的時(shí)間T并未達(dá)到Tstep，則仿真計(jì)算單元17保持將設(shè)置點(diǎn)SP設(shè)置為SP1。如果所過(guò)去的時(shí)間T已經(jīng)達(dá)到Tstep，則仿真計(jì)算單元17將設(shè)置點(diǎn)SP變?yōu)镾P2。隨后，仿真計(jì)算單元17根據(jù)所過(guò)去的時(shí)間T，使用表達(dá)式(9)、(10)和(11)之一，確定受操控的變量MV，根據(jù)等式(8)計(jì)算受控變量PV，并將受控變量PV存儲(chǔ)為與所過(guò)去的時(shí)間T相對(duì)應(yīng)的第一仿真結(jié)果。
如果Kp＞0且SP1＜SP2，或者Kp＜0且SP1＜SP2，第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元18在PV-SP＞0成立的時(shí)間點(diǎn)，確定在受控變量PV中是否發(fā)生過(guò)沖。如果Kp＜0且SP1＞SP2，或者Kp＞0且SP1＞SP2，第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元18在PV-SP＜0成立的時(shí)間點(diǎn)，確定是否發(fā)生過(guò)沖。然后，第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元18根據(jù)等式(12)，由已經(jīng)發(fā)生的過(guò)沖量OS_sim和理想過(guò)沖量OS，計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)值G(步驟204)。過(guò)沖量OS_sim可以通過(guò)PV-SP獲得。
第一仿真計(jì)算單元17和第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元18按照預(yù)定的循環(huán)，重復(fù)執(zhí)行上述所過(guò)去的時(shí)間T＞0時(shí)的第一仿真處理和第一評(píng)價(jià)函數(shù)處理，直到在步驟205中，T≥Tsim成立為止。
隨后，如果在步驟205中確定T≥Tsim成立，則第一仿真計(jì)算單元17確定第一仿真處理完成，并確定對(duì)于受操控的變量維持時(shí)間dTmv可能選取的所有數(shù)值，步驟201到205中的處理是否完成(步驟206)。如果對(duì)于受操控的變量維持時(shí)間dTmv可能選取的所有數(shù)值，步驟201到205中的處理完成，則流程前進(jìn)到步驟207。如果處理未完成，則流程返回到步驟201，使受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19創(chuàng)建受操控的變量維持時(shí)間dTmv的新數(shù)值。按照這種方式，針對(duì)受操控的變量維持時(shí)間dTmv可能選取的所有數(shù)值，執(zhí)行步驟201到205中的處理。
當(dāng)針對(duì)受操控的變量維持時(shí)間dTmv可能選取的所有數(shù)值，步驟201到205中的處理完成時(shí)，受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19執(zhí)行第一評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理，以提取出提供了最小評(píng)價(jià)函數(shù)值G_min的、受操控的變量維持時(shí)間dTmv(步驟207)。理想響應(yīng)波形寄存處理單元20將與所提取出的、受操控的變量維持時(shí)間dTmv相對(duì)應(yīng)的第一仿真結(jié)果寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中，作為理想控制響應(yīng)特性(步驟208)。
在第一仿真中，計(jì)算在所過(guò)去的時(shí)間T(0＜T≤Tsim)時(shí)的受控變量PV，并將所過(guò)去的時(shí)間T和受控變量PV存儲(chǔ)在仿真計(jì)算單元17中，作為仿真結(jié)果。因此，在存儲(chǔ)在仿真計(jì)算單元17中的第一仿真結(jié)果中，可以將與所提取出的、受操控的變量維持時(shí)間dTmv相對(duì)應(yīng)的結(jié)果寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中。
圖7A到7F是用于解釋受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元19的理想過(guò)渡響應(yīng)軌跡確定處理的視圖。圖7B示出了其中將具有類(lèi)似于圖7A所示的波形的受操控的變量MV施加到受控系統(tǒng)上的第一仿真的結(jié)果。在圖7B所示的情況下，未發(fā)生過(guò)沖，而受控變量PV緩慢靠近設(shè)置點(diǎn)SP2。即，并未滿足快速控制響應(yīng)特性的要求。因此，這種響應(yīng)特性不適合用作理想控制響應(yīng)特性。
圖7D示出了其中將具有類(lèi)似于圖7C所示的波形的受操控的變量MV施加到受控系統(tǒng)上的第一仿真的結(jié)果。在圖7D所示的情況下，發(fā)生了大過(guò)沖，導(dǎo)致過(guò)度的控制響應(yīng)。即，這種響應(yīng)特性不適合用作理想控制響應(yīng)特性。
圖7F示出了其中將具有類(lèi)似于圖7E所示的波形的受操控的變量MV施加到受控系統(tǒng)上的第一仿真的結(jié)果。在圖7F所示的情況下，發(fā)生了較小以至于未在圖7F中示出的過(guò)沖，在適度抑制過(guò)沖的同時(shí)，滿足了快速控制響應(yīng)特性的要求。即，獲得了理想響應(yīng)波形。與圖7B和7D所示的情況相比，圖7F所示的情形下的評(píng)價(jià)函數(shù)值G是0附近的最小值。因此，將圖7F所示的受控變量PV的軌跡寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中，作為理想控制響應(yīng)特性。
同樣可以從圖7D中看到的是，在第一仿真期間，過(guò)沖量OS_sim隨著時(shí)間T的過(guò)去發(fā)生改變。最終，使用其絕對(duì)值最大的過(guò)沖量OS_sim數(shù)值。盡管在步驟204中計(jì)算出的第一評(píng)價(jià)函數(shù)值G也隨著時(shí)間T的過(guò)去發(fā)生改變，最終，使用過(guò)沖量OS_sim的絕對(duì)值最大時(shí)的評(píng)價(jià)函數(shù)值G。為了獲得評(píng)價(jià)函數(shù)值G的最終值，只有所計(jì)算出的數(shù)值超過(guò)評(píng)價(jià)函數(shù)值G的先前使用值時(shí)，才將步驟204中計(jì)算出的數(shù)值用作新的評(píng)價(jià)函數(shù)值G，而在其等于或小于先前使用的評(píng)價(jià)函數(shù)值G時(shí)，丟棄所計(jì)算出的數(shù)值。
然后，PID參數(shù)搜索計(jì)算單元28執(zhí)行第一實(shí)施例中描述的PID參數(shù)創(chuàng)建處理(步驟209)，以及第二仿真計(jì)算單元25執(zhí)行第二初始化處理(步驟210)。第二初始化處理與第一實(shí)施例中所描述的初始化處理相同。
隨后，第二仿真計(jì)算單元25執(zhí)行所過(guò)去的時(shí)間T＝0時(shí)的第二仿真處理(步驟211)。所過(guò)去的時(shí)間T＝0時(shí)的第二仿真處理與第一實(shí)施例中所描述的所過(guò)去的時(shí)間T＝0時(shí)的仿真處理相同。
在執(zhí)行第二仿真處理之后，仿真計(jì)算單元25確定所過(guò)去的時(shí)間T已經(jīng)達(dá)到Tsim(步驟215)。如果所過(guò)去的時(shí)間T并未達(dá)到Tsim，則確定第二仿真處理并未完成。然后，流程返回到步驟211，以執(zhí)行所過(guò)去的時(shí)間T＞0時(shí)的第二仿真處理(步驟103)。所過(guò)去的時(shí)間T＞0時(shí)的第二仿真處理中與第一實(shí)施例中所描述的所過(guò)去的時(shí)間T＞0時(shí)的仿真處理相同。然后，第二評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元27執(zhí)行計(jì)算第二評(píng)價(jià)函數(shù)值F的第二評(píng)價(jià)函數(shù)處理(步驟212)。第二評(píng)價(jià)函數(shù)處理與第一實(shí)施例中所描述的評(píng)價(jià)函數(shù)處理相同。
如果在步驟213中確定T≥Tsim成立，則第二仿真計(jì)算單元25確定第二仿真處理完成，并確定對(duì)于PID參數(shù)的所有組合，步驟209到213中的處理是否完成(步驟214)。如果對(duì)于PID參數(shù)的所有組合，步驟209到213中的處理完成，則流程前進(jìn)到步驟215。如果處理未完成，則流程返回到步驟209，使PID參數(shù)搜索計(jì)算單元28創(chuàng)建比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的新組合。
如果針對(duì)PID參數(shù)的所有組合，步驟209到213中的處理完成，則PID參數(shù)搜索計(jì)算單元28執(zhí)行第二評(píng)價(jià)函數(shù)值比較處理，并提取出提供了最小評(píng)價(jià)函數(shù)值F_min的比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的組合(步驟215)，并使用所提取出的比例區(qū)Pb、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td的組合，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果(步驟216)。
利用上述操作，終止PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的處理。
根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)在受操控的變量維持時(shí)間dTmv內(nèi)、將定義為響應(yīng)條件變量的受操控的變量上限值MVH或受操控的變量下限值MVL施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)進(jìn)行第一仿真，以仿真受控系統(tǒng)的過(guò)渡狀態(tài)，并提供第一仿真結(jié)果與理想響應(yīng)結(jié)果之間的差異，作為第一評(píng)價(jià)函數(shù)值G。通過(guò)重復(fù)第一仿真，從而使第一評(píng)價(jià)函數(shù)值G接近最優(yōu)值，來(lái)獲得理想控制響應(yīng)特性。然后，將此理想控制響應(yīng)特性寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元26中，由此搜索第一實(shí)施例中所描述的PID參數(shù)。這樣做能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)PID參數(shù)調(diào)整，而無(wú)需用戶精通控制。
應(yīng)當(dāng)注意，本實(shí)施例基于OS不會(huì)變?yōu)?或更小的假設(shè)，以及可以將響應(yīng)時(shí)間添加到第一評(píng)價(jià)函數(shù)中。在OS_sim＝OS的單獨(dú)仿真中，即使在如圖7B所示的、受控變量PV緩慢靠近設(shè)置點(diǎn)SP2的情況下，第一評(píng)價(jià)函數(shù)值G也可以變?yōu)樽顑?yōu)值。因此，出現(xiàn)了提供最優(yōu)評(píng)價(jià)函數(shù)值G的多個(gè)第一仿真結(jié)果，因而不能將理想控制響應(yīng)特性縮減到一個(gè)特性。因此，通過(guò)將基于響應(yīng)時(shí)間是否最小的評(píng)價(jià)添加到第一評(píng)價(jià)函數(shù)中，可以從提供了最優(yōu)評(píng)價(jià)函數(shù)值G的第一仿真結(jié)果中提取出真正的最優(yōu)結(jié)果，從而將理想控制響應(yīng)特性縮減到一個(gè)。這可以防止錯(cuò)誤的優(yōu)化，即使用其中受控變量PV緩慢靠近設(shè)置點(diǎn)SP2的情況作為理想控制響應(yīng)特性。
接下來(lái)，將對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施例進(jìn)行描述。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖9是示出了圖8所示的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備的操作的流程圖。
通過(guò)將以下單元添加到第一實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備上，獲得本實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9，通過(guò)將具有預(yù)定幅度的受操控的變量施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)執(zhí)行根據(jù)來(lái)自由模型存儲(chǔ)單元1中的數(shù)學(xué)模型表示的受控系統(tǒng)的響應(yīng)、計(jì)算PID參數(shù)的估計(jì)值的自動(dòng)調(diào)諧仿真處理；以及PID參數(shù)搜索范圍設(shè)置單元10，根據(jù)PID參數(shù)的估計(jì)值，確定PID參數(shù)搜索范圍，并設(shè)置PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8中的范圍。
例如，PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備根據(jù)來(lái)自用戶的請(qǐng)求，開(kāi)始圖9所示的處理。首先，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9執(zhí)行自動(dòng)調(diào)諧仿真處理，包括受操控的變量輸出處理、偏差極限值檢測(cè)處理、轉(zhuǎn)換用時(shí)檢測(cè)處理、和PID參數(shù)估計(jì)值計(jì)算處理。
在圖9中的步驟301中的受操控的變量輸出處理中，如果Kp＞0，則自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9執(zhí)行由表達(dá)式(13)表示的處理，以及如果Kp＜0，則執(zhí)行由表達(dá)式(14)表示的處理如果SP-PV＞0，則MV＝MVH，否則MV＝MVL…(13)如果SP-PV＞0，則MV＝MVL，否則MV＝MVH…(13)表達(dá)式(13)表示如果設(shè)置點(diǎn)SP大于受控變量PV，則將受操控的變量MV設(shè)置為受操控的變量上限值MVH，以及如果設(shè)置點(diǎn)SP等于或小于受控變量PV，則將受操控的變量MV設(shè)置為受操控的變量下限值MVL。表達(dá)式(14)表示如果設(shè)置點(diǎn)SP大于受控變量PV，則將受操控的變量MV設(shè)置為受操控的變量下限值MVL，以及如果設(shè)置點(diǎn)SP等于或小于受控變量PV，則將受操控的變量MV設(shè)置為受操控的變量上限值MVH。
圖10是示出了自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9的偏差極限值檢測(cè)處理和轉(zhuǎn)換用時(shí)檢測(cè)處理(步驟302)的細(xì)節(jié)的流程圖。圖11是用于解釋偏差極限值檢測(cè)處理和轉(zhuǎn)換用時(shí)檢測(cè)處理的視圖。
首先，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9根據(jù)等式(8)計(jì)算受控變量PV。然后，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9將SP-PV設(shè)置為偏差Er(圖10中的步驟501)，并確定以下不等式是否成立(步驟502)|Er|＞|Ermax| …(15)其中Ermax是偏差的最大值。偏差的初始值是0。當(dāng)不等式(15)成立時(shí)，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9設(shè)置Ermax＝Er，即將當(dāng)前偏差Er設(shè)置為最大偏差Ermax(步驟503)。
自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9根據(jù)以下不等式確定是否轉(zhuǎn)換偏差Er的極性(步驟504)ErErO＜0其中ErO是一個(gè)周期前的偏差。如果不等式(16)不成立，則確定偏差極限值檢測(cè)未完成，并且流程返回到步驟301。
當(dāng)在每個(gè)循環(huán)中重復(fù)圖9中的步驟301和302中的處理(步驟501到504)時(shí)，隨著偏差Er的增加，更新最大偏差Ermax。在圖11中的時(shí)刻t1，不等式(16)成立。
當(dāng)不等式(16)成立時(shí)，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9設(shè)置Er1＝Ermax，即將最大偏差Ermax設(shè)置為第一極限偏差Er1。自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9將不等式(16)成立的時(shí)刻與最后一次更新最大偏差Ermax的時(shí)刻之間的時(shí)間設(shè)置為第一受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th1(步驟505)。應(yīng)當(dāng)注意，如果針對(duì)第一次操作，不等式(16)成立，則將第一受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th1設(shè)置為0。
然后，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9確定偏差極限值檢測(cè)完成條件是否成立(步驟506)。在本實(shí)施例中，偏差極限值檢測(cè)完成條件是檢測(cè)到受控變量PV的四個(gè)極限值。在這種情況下，由于只檢測(cè)到受控變量PV的一個(gè)極限值，確定偏差極限值檢測(cè)未完成。將最大偏差Ermax初始化為0(步驟507)，并且流程返回到步驟301。
在每個(gè)循環(huán)中重復(fù)步驟301和302中的處理(步驟501到504)，并且不等式(16)在圖11中的時(shí)刻t3再次成立。當(dāng)不等式(16)成立時(shí)，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9設(shè)置Er2＝Er1、Er1＝Ermax以及Th2＝Th1，即將第一極限偏差Er1的數(shù)值代入第二極限偏差Er2，將最大偏差Ermax設(shè)置為第一極限偏差Er1，以及將第一受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th1的數(shù)值代入第二受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th2。此外，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9將從不等式(16)成立的時(shí)刻t1開(kāi)始到最后一次更新最大偏差Ermax的時(shí)刻t2為止的時(shí)間設(shè)置為新的第一受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th1(步驟505)。
自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9確定偏差極限值檢測(cè)完成條件是否成立(步驟506)。在這種情況下，由于只檢測(cè)到受控變量PV的兩個(gè)極限值，確定偏差極限值檢測(cè)未完成，并將最大偏差Ermax初始化為0(步驟507)。流程返回到步驟301。
在每個(gè)循環(huán)中重復(fù)步驟301和302中的處理(步驟501到504)，并且不等式(16)在圖11中的時(shí)刻t5再次成立。當(dāng)不等式(16)成立時(shí)，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9設(shè)置Er3＝Er2、Er2＝Er1、Er1＝Ermax以及Th2＝Th1，即將第二極限偏差Er2的數(shù)值代入第三極限偏差Er3，將第一極限偏差Er1的數(shù)值代入第二極限偏差Er2，將最大偏差Ermax設(shè)置為第一極限偏差Er1，以及將第一受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th1的數(shù)值代入第二受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th2。此外，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9將從不等式(16)成立的時(shí)刻t3開(kāi)始到最后一次更新最大偏差Ermax的時(shí)刻t4為止的時(shí)間設(shè)置為新的第一受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th1(步驟505)。
自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9確定偏差極限值檢測(cè)完成條件是否成立(步驟506)。在這種情況下，由于只檢測(cè)到受控變量PV的三個(gè)極限值，確定偏差極限值檢測(cè)未完成，并將最大偏差Ermax初始化為0(步驟507)。流程返回到步驟301。
在每個(gè)循環(huán)中重復(fù)步驟301和302中的處理(步驟501到504)，并且不等式(16)在圖11中的時(shí)刻t7再次成立。當(dāng)不等式(16)成立時(shí)，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9設(shè)置Er3＝Er2、Er2＝Er1、Er1＝Ermax以及Th2＝Th1，以及將從不等式(16)成立的時(shí)刻t 5開(kāi)始到最后一次更新最大偏差Ermax的時(shí)刻t6為止的時(shí)間設(shè)置為新的第一受操控的變量轉(zhuǎn)換用時(shí)Th1(步驟505)。
自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9確定偏差極限值檢測(cè)完成條件是否成立(步驟506)。在這種情況下，由于檢測(cè)到受控變量PV的四個(gè)極限值，確定偏差極限值檢測(cè)完成，并將最大偏差Ermax初始化為0(步驟507)。然后，流程前進(jìn)到步驟303。
當(dāng)按照上述方式、以預(yù)定的循環(huán)重復(fù)執(zhí)行受操控的變量輸出處理、偏差極限值檢測(cè)處理和轉(zhuǎn)換用時(shí)檢測(cè)處理，并偏差極限值檢測(cè)完成條件成立時(shí)，終止自動(dòng)調(diào)諧仿真。同樣可以從圖11中看到的是，盡管計(jì)算PID參數(shù)所需的受控變量PV的極限值的數(shù)量實(shí)質(zhì)上是三個(gè)，由于第一個(gè)極限值可能不適合用于參數(shù)的計(jì)算，檢測(cè)受控變量PV的四個(gè)極限值。
在自動(dòng)調(diào)諧仿真終止之后，自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9根據(jù)以下等式，計(jì)算PID參數(shù)的估計(jì)值，即比例區(qū)的估計(jì)值Pbx、積分時(shí)間的估計(jì)值Tix和微分時(shí)間的估計(jì)值Tdx(步驟303)Pbx＝100|Er1-Er2|/(0.9|MVH-MVL|) …(17)
Tix＝Th1+Th2…(18)T＝0.21(Th1+Th2)…(19)PID參數(shù)搜索范圍設(shè)置單元10根據(jù)所計(jì)算出的比例區(qū)的估計(jì)值Pbx、所計(jì)算出的積分時(shí)間的估計(jì)值Tix和所計(jì)算出的微分時(shí)間的估計(jì)值Tdx，如下設(shè)置針對(duì)PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8的PID參數(shù)搜索范圍(步驟304)0.5Pbx＜Pb＜2Pbx …(20)0.5Tix＜Ti＜2Tix …(21)0＜Td＜4Tdx …(22)針對(duì)PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8的設(shè)置表示將上述比例區(qū)Pb可能選取的范圍0＜Pb＜Pb_max重新設(shè)置為不等式(20)，將上述積分時(shí)間Ti可能選取的范圍0＜Ti＜Ti_max重新設(shè)置為不等式(21)，以及將上述微分時(shí)間Td可能選取的范圍0＜Td＜Td_max重新設(shè)置為不等式(22)。
在設(shè)置了PID參數(shù)搜索范圍之后，模型存儲(chǔ)單元1、PID控制器存儲(chǔ)單元2、約束條件存儲(chǔ)單元3、仿真說(shuō)明存儲(chǔ)單元4、仿真計(jì)算單元5、評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元7和PID參數(shù)搜索計(jì)算單元8執(zhí)行第一實(shí)施例中所描述的處理。圖9中的步驟305到312中的處理與圖2中的步驟101到108中的處理相同。
在本實(shí)施例中，通過(guò)估計(jì)PID參數(shù)調(diào)整結(jié)果的仿真，來(lái)執(zhí)行有限循環(huán)自動(dòng)調(diào)諧方法，產(chǎn)生具有預(yù)定受操控的變量寬度的有限循環(huán)，并調(diào)整PID參數(shù)，并在將搜索范圍縮減到所估計(jì)出的PID參數(shù)值附近的同時(shí)，執(zhí)行第一實(shí)施例中的處理。將本實(shí)施例與第一實(shí)施例相比，這樣做能夠縮短搜索最優(yōu)PID參數(shù)所需的時(shí)間。
在本實(shí)施例中，將自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元9和PID參數(shù)搜索范圍設(shè)置單元10添加到第一實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備中。但是，也可以將這些單元添加到第二實(shí)施例的PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備中，以設(shè)置PID參數(shù)搜索計(jì)算單元28的PID參數(shù)搜索范圍。
此外，可以通過(guò)包括算術(shù)單元、存儲(chǔ)設(shè)備和接口以及用于控制這些硬件資源的程序的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)第一到第三實(shí)施例中所描述的每一種PID參數(shù)調(diào)整設(shè)備。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明可以應(yīng)用于進(jìn)行PID控制等的控制器的參數(shù)調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種參數(shù)調(diào)整設(shè)備，用于調(diào)整控制器的控制參數(shù)，所述控制器通過(guò)執(zhí)行基于控制參數(shù)的計(jì)算，來(lái)計(jì)算受操控的變量，所述參數(shù)調(diào)整設(shè)備包括模型存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；控制器存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)控制器用其控制受控系統(tǒng)的控制器算法；約束條件存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)針對(duì)控制器操作的約束條件；仿真計(jì)算單元，根據(jù)約束條件進(jìn)行仿真，以仿真包括由數(shù)學(xué)模型表示的受控系統(tǒng)和由控制器算法表示的控制器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)；理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)控制系統(tǒng)的理想控制響應(yīng)特性；評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元，計(jì)算表示仿真結(jié)果與理想控制響應(yīng)特性之間的近似性的評(píng)價(jià)函數(shù)值；以及參數(shù)搜索計(jì)算單元，在順序改變控制器算法的控制參數(shù)的同時(shí)，使仿真計(jì)算單元進(jìn)行仿真，并使用使評(píng)價(jià)函數(shù)值變?yōu)樽顑?yōu)值的控制參數(shù)，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果。
2.一種參數(shù)調(diào)整設(shè)備，用于調(diào)整控制器的控制參數(shù)，所述控制器通過(guò)執(zhí)行基于控制參數(shù)的計(jì)算，來(lái)計(jì)算受操控的變量，所述參數(shù)調(diào)整設(shè)備包括模型存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；控制器存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)控制器用其控制受控系統(tǒng)的控制器算法；約束條件存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)針對(duì)控制器操作的約束條件；理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)與包括由數(shù)學(xué)模型表示的受控系統(tǒng)和由控制器算法表示的控制器在內(nèi)的控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的理想控制響應(yīng)特性；第一仿真計(jì)算單元，通過(guò)在受操控的變量維持時(shí)間內(nèi)，將由約束條件定義的上限受操控的變量或下限受操控的變量施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)進(jìn)行仿真受控系統(tǒng)的過(guò)渡狀態(tài)的第一仿真；理想響應(yīng)結(jié)果存儲(chǔ)單元，預(yù)先存儲(chǔ)作為第一仿真的理想結(jié)果的理想響應(yīng)結(jié)果；第一評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元，計(jì)算表示第一仿真的結(jié)果與理想響應(yīng)結(jié)果之間的近似性的第一評(píng)價(jià)函數(shù)值；受操控的變量維持時(shí)間搜索計(jì)算單元，通過(guò)在順序改變受操控的變量維持時(shí)間的同時(shí)，使第一仿真計(jì)算單元進(jìn)行第一仿真，提取出使第一評(píng)價(jià)函數(shù)值變?yōu)樽顑?yōu)值的受操控的變量維持時(shí)間；理想響應(yīng)波形寄存處理單元，將與所提取出的、受操控的變量維持時(shí)間相對(duì)應(yīng)的第一仿真結(jié)果寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元中，作為理想控制響應(yīng)特性；第二仿真計(jì)算單元，根據(jù)約束條件，進(jìn)行仿真控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)的第二仿真；第二評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元，計(jì)算表示第二仿真結(jié)果與寄存在理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元中的理想控制響應(yīng)特性之間的近似性的第二評(píng)價(jià)函數(shù)值；以及參數(shù)搜索計(jì)算單元，在順序改變控制器算法的控制參數(shù)的同時(shí)，使第二仿真計(jì)算單元進(jìn)行第二仿真，并使用使第二評(píng)價(jià)函數(shù)值變?yōu)樽顑?yōu)值的控制參數(shù)，作為參數(shù)調(diào)整結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的參數(shù)調(diào)整設(shè)備，還包括自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元，通過(guò)將具有預(yù)定幅度的受操控的變量施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)執(zhí)行根據(jù)受控系統(tǒng)的響應(yīng)、計(jì)算控制參數(shù)的估計(jì)值的自動(dòng)調(diào)諧仿真處理；以及參數(shù)搜索范圍設(shè)置單元，根據(jù)控制參數(shù)的估計(jì)值，確定控制參數(shù)的搜索范圍，并設(shè)置參數(shù)搜索計(jì)算單元中的搜索范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的參數(shù)調(diào)整設(shè)備，還包括自動(dòng)調(diào)諧計(jì)算單元，通過(guò)將具有預(yù)定幅度的受操控的變量施加到受控系統(tǒng)上，來(lái)執(zhí)行根據(jù)受控系統(tǒng)的響應(yīng)、計(jì)算控制參數(shù)的估計(jì)值的自動(dòng)調(diào)諧仿真處理；以及參數(shù)搜索范圍設(shè)置單元，根據(jù)控制參數(shù)的估計(jì)值，確定控制參數(shù)的搜索范圍，并設(shè)置參數(shù)搜索計(jì)算單元中的搜索范圍。
全文摘要
一種參數(shù)調(diào)整設(shè)備，包括模型存儲(chǔ)單元(1)，預(yù)先存儲(chǔ)受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；PID控制器存儲(chǔ)單元(2)，預(yù)先存儲(chǔ)控制器算法；約束條件存儲(chǔ)單元(3)，預(yù)先存儲(chǔ)針對(duì)操作的約束條件；仿真計(jì)算單元(5)，根據(jù)約束條件執(zhí)行對(duì)控制系統(tǒng)的仿真；理想控制結(jié)果存儲(chǔ)單元(6)，預(yù)先存儲(chǔ)理想控制響應(yīng)特性；評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算單元(7)，計(jì)算表示仿真結(jié)果與理想控制響應(yīng)特性之間的近似性的評(píng)價(jià)函數(shù)值；以及PID參數(shù)搜索計(jì)算單元(8)，通過(guò)在改變PID參數(shù)的同時(shí)，執(zhí)行仿真，來(lái)搜索使評(píng)價(jià)函數(shù)值最優(yōu)的PID參數(shù)。
文檔編號(hào)G05B11/36GK1839356SQ20048002402
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2004年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者田中雅人, 加藤誠(chéng)司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武