一種可提高pid控制速度和精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其是一種可提高PID控制速度和精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PID控制器是最常用的控制器。PID控制器根據(jù)給定值與反饋值構(gòu)成偏差值，將偏差值的比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。
[0003]現(xiàn)在的PID控制方法存在以下的不足之處:對(duì)于比例增益系數(shù)來說，在普通的PID數(shù)字控制器中比例增益系數(shù)起到的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。比例增益系數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定；比例增益系數(shù)取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，是系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特征變壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是一種提供響應(yīng)速度快且超調(diào)小的可提高PID控制速度和精度的方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步驟:
A、PID控制器開始工作時(shí)，每隔100毫秒對(duì)PID控制器中的比例增益系數(shù)(GAIN)調(diào)整一次;
B、比例增益系數(shù)(GAIN)的調(diào)整過程，是將比例增益系數(shù)(GAIN)由大到小遞減的規(guī)律調(diào)整；
C、在對(duì)比例增益系數(shù)(GAIN)進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)也要分別對(duì)輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值(LMN_LLM)進(jìn)行調(diào)整；
D、輸出上限值(LMN_HLM)與輸出下限值(LMN_LLM)的調(diào)整過程，是輸出上限值與輸出下限值的差值由大到小遞減。
[0006]進(jìn)一步的是，所述步驟B中比例增益系數(shù)(GAIN)的調(diào)整輸入值通過以下步驟得到:
1)首先給定值(SP_INT)與反饋值(PV_IN)的偏差絕對(duì)值除以120得到中間變量；
2)然后對(duì)中間變量進(jìn)行判定，當(dāng)中間變量大于6.0時(shí)取6.0，否則就保持不變；
3)最后將判定后的中間變量加上1.45得到PID控制器中此調(diào)整周期內(nèi)比例增益系數(shù)(GAIN)。
[0007]進(jìn)一步的是，所述步驟C中輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值(LMN_LLM)調(diào)整輸入值通過以下步驟得到:
(1)首先給定值(SP_INT)與反饋值(PV_IN)的偏差絕對(duì)值除以120得到中間變量；
(2)然后對(duì)中間變量進(jìn)行判定，當(dāng)中間變量大于6.0時(shí)取6.0，否則就保持不變； (3)將判定后的中間變量加上50.0得到PID控制器的輸出上限值(LMN_HLM)，中間變量減去50.0得到PID控制器的輸出下限值(LMN_LLM)。
[0008]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):在提高了響應(yīng)速度的同時(shí)也提高了精度作用，且減少了超調(diào)量；也避免輸出值長時(shí)間停留在飽和區(qū)，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響，一定程度地消除了外部干擾，以及消除由于頻繁動(dòng)作引起的震蕩。
【附圖說明】
[0009]圖1是現(xiàn)有PID控制器的控制原理示意圖；
圖2是本發(fā)明所提供的PID控制器調(diào)整流程示意圖。
[0010]圖中所示:r(t)表示設(shè)定值，c(t)表示實(shí)際值，e(t)表示偏差值，u(t)表示輸出值。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0012]如圖1所示，PID控制器根據(jù)給定值與反饋值之差構(gòu)成偏差值，將偏差值經(jīng)比例、積分和微分運(yùn)算后通過線性組合構(gòu)成輸出值，并對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。PID控制器，由比例單元P、積分單元1、和微分單元D組成，通過比例增益系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)這三個(gè)參數(shù)的設(shè)定來調(diào)整PID控制器的輸出值。
[0013]而比例增益系數(shù)的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，比例增益系數(shù)越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但容易產(chǎn)生超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定；比例增益系數(shù)取值過小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)，動(dòng)態(tài)特性變壞。積分系數(shù)的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，積分系數(shù)越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但若過大，在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。若積分系數(shù)過小，將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，系統(tǒng)偏差大時(shí)積分作用應(yīng)減弱甚至全無，而在偏差小時(shí)則應(yīng)加強(qiáng)(積分分離，梯形積分，變速積分，抗積分飽和)；積分系數(shù)取大了會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。微分系數(shù)作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前預(yù)報(bào)；但微分系數(shù)過大，會(huì)使響應(yīng)過程提前制動(dòng)，從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間，而且會(huì)降低系統(tǒng)的抗干擾性能，微分信號(hào)的引入容易引進(jìn)高頻干擾，在誤差擾動(dòng)突變時(shí)尤其顯出微分項(xiàng)的不足。
[0014]實(shí)施例1
一種可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步驟:
A、PID控制器開始工作時(shí)，每隔100毫秒對(duì)PID控制器中的比例增益系數(shù)(GAIN)調(diào)整一次;
B、比例增益系數(shù)(GAIN)的調(diào)整過程，是將比例增益系數(shù)(GAIN)由大到小遞減的規(guī)律調(diào)整；
C、在對(duì)比例增益系數(shù)(GAIN)進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)也要分別對(duì)輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值(LMN_LLM)進(jìn)行調(diào)整；
D、輸出上限值(LMN_HLM)與輸出下限值(LMN_LLM)的調(diào)整過程，是輸出上限值與輸出下限值的差值由大到小遞減。
[0015]如圖2所示，其中GAIN表示比例增益系數(shù)，LMN_HLM表示輸出上限值、LMN_LLM表示輸出下限值，SP_INT表示給定值，PV_IN表示反饋值。
[0016]PID控制器開始工作之前都會(huì)輸入給定值，而實(shí)際值為反饋值，將給定值減去反饋值得到誤差值，誤差值取絕對(duì)值得到誤差絕對(duì)值。上述方法中不同的地方是每隔100毫秒都對(duì)比例增益系數(shù)、輸出上限值、輸出下限值進(jìn)行調(diào)整，且比例增益系數(shù)剛開始是升大的，這樣直接減少過程變量值到達(dá)設(shè)定值時(shí)的響應(yīng)時(shí)間；且后比例增益系數(shù)減少，可以提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度并使得系統(tǒng)約穩(wěn)定。
[0017]實(shí)施例2
一種可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步驟:
A、PID控制器開始工作時(shí)，每隔100毫秒對(duì)PID控制器中的比例增益系數(shù)調(diào)整一次；
B、在比例增益系數(shù)的調(diào)整過程中，需要通過計(jì)算得到比例增益系數(shù)的輸入值；
C、首先給定值(SP_INT)與反饋值(PV_IN)的偏差絕對(duì)值除以120得到中間變量；
D、然后對(duì)中間變量進(jìn)行判定，當(dāng)DIV_Data大于6.0時(shí)取6.0，否則就保持不變；
E、最后將判定后的中間變量加上1.45得到PID控制器中此調(diào)整周期內(nèi)比例增益系數(shù)(GAIN)；
F、在對(duì)比例增益系數(shù)(GAIN)進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)也要分別對(duì)輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值(LMN_LLM)進(jìn)行調(diào)整；
G、輸出上限值(LMN_HLM)與輸出下限值(LMN_LLM)的調(diào)整過程，是輸出上限值與輸出下限值的差值由大到小遞減。
[0018]上述方法中即提高了響應(yīng)速度且確保了精度，也根據(jù)誤差絕對(duì)值的大小來確定比例增益系數(shù)的大小，更加精確的提高響應(yīng)速度。如圖2所示，圖中GAIN為比例增益系數(shù)輸入，QLMN_HLM為輸出上限值，QLMN_LLM為輸出下限值。
[0019]實(shí)施例3
一種可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步驟:
A、PID控制器開始工作時(shí)，每隔100毫秒對(duì)PID控制器中的比例增益系數(shù)調(diào)整一次；
B、在比例增益系數(shù)的調(diào)整過程中，需要通過計(jì)算得到比例增益系數(shù)的輸入值；
C、首先給定值(SP_INT)與反饋值(PV_IN)的偏差絕對(duì)值除以120得到中間變量；
D、然后對(duì)中間變量進(jìn)行判定，當(dāng)中間變量大于6.0時(shí)取6.0，否則就保持不變；
E、最后將判定后的中間變量加上1.45得到PID控制器中此調(diào)整周期內(nèi)比例增益系數(shù)(GAIN)；
F、在對(duì)比例增益系數(shù)(GAIN)進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)也要分別對(duì)輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值(LMN_LLM)進(jìn)行調(diào)整，將判定后的中間變量加上50.0得到PID控制器的輸出上限值(LMN_HLM)，中間變量減去50.0得到PID控制器的輸出下限值(LMN_LLM)；
G、將上述計(jì)算得到的比例增益系數(shù)(GAIN)、輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值輸入(LMN_LLM)。
[0020]該方法不僅對(duì)比例增益系數(shù)(GAIN)進(jìn)行調(diào)整，還對(duì)輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值輸入(LMN_LLM) —起進(jìn)行調(diào)整，可以進(jìn)一步的確保調(diào)整精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可提高PID控制速度和精度的方法，其特征在于:包括以下步驟； A、PID控制器開始工作時(shí)，每隔100毫秒對(duì)PID控制器中的比例增益系數(shù)(GAIN)調(diào)整一次; B、比例增益系數(shù)(GAIN)的調(diào)整過程，是將比例增益系數(shù)(GAIN)由大到小遞減的規(guī)律調(diào)整； C、在對(duì)比例增益系數(shù)(GAIN)進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)也要分別對(duì)輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值(LMN_LLM)進(jìn)行調(diào)整； D、輸出上限值(LMN_HLM)與輸出下限值(LMN_LLM)的調(diào)整過程，是輸出上限值與輸出下限值的差值由大到小遞減。2.如權(quán)利要求1所述的一種可提高PID控制速度和精度的方法，其特征在于:所述步驟B中比例增益系數(shù)(GAIN)的調(diào)整輸入值通過以下步驟得到: 1)首先給定值(SP_INT)與反饋值(PV_IN)的偏差絕對(duì)值除以120得到中間變量； 2)然后對(duì)中間變量進(jìn)行判定，當(dāng)中間變量大于6.0時(shí)取6.0，否則就保持不變； 3)最后將判定后的中間變量加上1.45得到PID控制器中此調(diào)整周期內(nèi)比例增益系數(shù)(GAIN)。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種可提高PID控制速度和精度的方法，其特征在于:所述步驟C中輸出上限值(LMN_HLM)、輸出下限值(LMN_LLM)調(diào)整輸入值通過以下步驟得到: (1)首先給定值(SP_INT)與反饋值(PV_IN)的偏差絕對(duì)值除以120得到中間變量； (2)然后對(duì)中間變量進(jìn)行判定，當(dāng)中間變量大于6.0時(shí)取6.0，否則就保持不變； (3)將判定后的中間變量加上50.0得到PID控制器的輸出上限值(LMN_HLM)，中間變量減去50.0得到PID控制器的輸出下限值(LMN_LLM)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其是一種可提高PID控制速度和精度的方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種響應(yīng)速度快且超調(diào)小的可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步驟：A、PID控制器開始工作時(shí)，每隔1100毫秒對(duì)PID控制器中的比例增益系數(shù)調(diào)整一次；B、比例增益系數(shù)的調(diào)整過程，是將比例增益系數(shù)由大到小遞減的規(guī)律調(diào)整；C、在對(duì)比例增益系數(shù)進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)也要分別對(duì)輸出上限值、輸出下限值進(jìn)行調(diào)整；D、輸出上限值與輸出下限值的調(diào)整過程，是輸出上限值與輸出下限值的差值由大到小遞減。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：在提高控制響應(yīng)速度的同時(shí)也提高了控制精度，減少了超調(diào)量；改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，消除由于頻繁動(dòng)作引起的震蕩。
【IPC分類】G05B11/32
【公開號(hào)】CN104950666
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510375511
【發(fā)明人】王其軍
【申請(qǐng)人】西南石油大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月1日