ε為控制死區(qū)邊界，則y* ± ε為控制死區(qū)范圍。定義控制偏差en為控制變量值y與控制變量的目標(biāo)值y*之差，即控制偏差en = y*_y。定義離散PID控制器在積分控制模式下控制變量y與控制死區(qū)邊界相交時(shí)刻的控制器輸出增量△ 11?為穿越輸出 ，即 A Un — ki6n —14 ο
[0034]如果需要離散PID控制器的偏差回調(diào)能力強(qiáng)，則增大穿越輸出μ;如果需要離散PID控制器的偏差回調(diào)能力弱，則減小穿越輸出μ。
[0035]定義控制變量y與死區(qū)邊界相交時(shí)刻的相對(duì)穿越斜率，該相對(duì)穿越斜率α表示離散PID控制器在積分-比例控制模式下，控制變量y穿越死區(qū)邊界時(shí)刻的斜率設(shè)定值。式中en-1為上一個(gè)時(shí)間周期的控制偏差，en-2為上兩個(gè)時(shí)間周期的控制偏差。
[0036]當(dāng)控制變量的實(shí)際穿越斜率等于相對(duì)穿越斜率時(shí)，控制器輸出增量為零，即Δun= kP(en_en—i)+kien = ki( (en_en—i)/a+en) = 0，控制器輸出維持不變；否貝lj，控制器輸出增量不為零(Δ un#0)，調(diào)整控制器輸出，使控制變量y的穿越斜率等于相對(duì)穿越斜率a。
[0037]定義控制變量y與死區(qū)邊界相交時(shí)刻的相對(duì)穿越曲率0=-(en+en-2_2en-1)/en，該相對(duì)穿越曲率β表示離散PID控制器在積分-微分模式下，控制變量y穿越死區(qū)邊界時(shí)刻的曲率設(shè)定值。
[0038]當(dāng)控制變量的實(shí)際穿越曲率等于相對(duì)穿越曲率時(shí)，控制器輸出增量為零，即AUn= kien+kd(en+en—2_2en—2) = ki(en+(en+en—i_2en—2)/β) = 0，控制器輸出維持不變；否貝丨J，控制器輸出增量不為零(A Un#0)，調(diào)整控制器輸出，使控制變量y的穿越曲率等于相對(duì)穿越曲輒
[0039]相對(duì)穿越斜率α和相對(duì)穿越曲率β可根據(jù)控制變量的響應(yīng)情況及受控對(duì)象的特性進(jìn)行設(shè)定。
[0040]參見(jiàn)圖4所示，設(shè)定控制系統(tǒng)的穿越輸出Δ?!η= μ，計(jì)算離散PID控制器的積分系數(shù)h，計(jì)算公式為1^ = μ/ε;設(shè)定控制系統(tǒng)的相對(duì)穿越斜率α，計(jì)算離散PID控制器的比例系數(shù)kP,計(jì)算公式為kP = ki/a;設(shè)定控制系統(tǒng)的相對(duì)穿越曲率β，計(jì)算離散PID控制器的微分系數(shù)kd，計(jì)算公式為1^ = 1α/β;經(jīng)過(guò)計(jì)算得到一組積分系數(shù)lu、比例系數(shù)kP、微分系數(shù)kd。
[0041]若得到的積分系數(shù)h、比例系數(shù)kP、微分系數(shù)kd的整定效果不滿足要求，重新設(shè)定μ、α、β，計(jì)算積分系數(shù)h、比例系數(shù)kP、微分系數(shù)kd，直至積分系數(shù)lu、比例系數(shù)kP、微分系數(shù)kd的整定效果滿足要求。積分系數(shù)k1、比例系數(shù)kp、微分系數(shù)kd的整定效果滿足要求是指得到的積分系數(shù)h、比例系數(shù)kP、微分系數(shù)kd能使離散PID控制器滿足實(shí)際生產(chǎn)中的生產(chǎn)工藝要求，如調(diào)整的快速性，超調(diào)量等。
[0042]參見(jiàn)圖5所示，提供了一個(gè)本方案的具體實(shí)施例。其中，控制變量的目標(biāo)值y*=0.05，死區(qū)邊界ε = 0.005，設(shè)定控制系統(tǒng)的穿越輸出Δ un=y = 0.01，則控制器的積分系數(shù)ki=μ/ε = 2，積分控制效果如圖5所示。
[0043]設(shè)定控制系統(tǒng)的相對(duì)穿越斜率α = 1/10，則控制器的比例系數(shù)匕二匕如二〗。，實(shí)際穿越斜率大于相對(duì)穿越斜率α，在穿越點(diǎn)控制器的輸出增量減小，用來(lái)減小實(shí)際穿越斜率，比例-積分控制效果如圖5所示。
[0044]設(shè)定控制系統(tǒng)的相對(duì)穿越曲率β= 1/100，則控制器的微分系數(shù)1^ = 1^/0 = 200，實(shí)際穿越曲率小于相對(duì)穿越曲率β，在穿越點(diǎn)控制器的輸出增量增加，用來(lái)增加實(shí)際穿越斜率，比例-積分-微分控制效果如圖5所示?？刂菩Ч麧M足要求，則終止參數(shù)整定過(guò)程。
[0045]本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種離散PID控制器參數(shù)整定方法，其特征在于:通過(guò)調(diào)整積分系數(shù)k1、比例系數(shù)kP、微分系數(shù)kd使控制變量y在死區(qū)范圍內(nèi)，其步驟如下: 步驟一:確定控制變量的目標(biāo)值y*及其死區(qū)邊界± ε，死區(qū)范圍為y*土 ε; 步驟二:設(shè)定控制變量y與死區(qū)邊界相交時(shí)刻的控制器輸出增量為A Un，控制器輸出增量的設(shè)定值為穿越輸出μ，即Δ un = μ，計(jì)算離散PID控制器的積分系數(shù)ki，計(jì)算公式為ki = μ/ε； 步驟三:設(shè)定離散PID控制器在積分-比例控制模式下，控制變量y穿越死區(qū)邊界時(shí)刻的斜率設(shè)定值為相對(duì)穿越斜率α，計(jì)算離散PID控制器的比例系數(shù)kP，計(jì)算公式為kP = ki/a; 步驟四:設(shè)定離散PID控制器在積分-微分控制模式下，控制變量y穿越死區(qū)邊界時(shí)刻的曲率設(shè)定值為相對(duì)穿越曲率β，計(jì)算離散PID控制器的微分系數(shù)kd，計(jì)算公式為kd = ki/i3; 步驟五:若得到的積分系數(shù)h、比例系數(shù)匕、微分系數(shù)kd的整定效果不滿足要求，重新設(shè)定μ、α、β，循環(huán)步驟二至步驟四，直至積分系數(shù)1^、比例系數(shù)kP、微分系數(shù)kd的整定效果滿足要求。2.如權(quán)利要求1所述的一種離散PID控制器參數(shù)整定方法，其特征在于:在所述步驟二中，Δ un=kien=y，其中en為控制偏差，且en = y*-y。3.如權(quán)利要求1所述的一種離散PID控制器參數(shù)整定方法，其特征在于:在所述步驟三中，在積分-比例控制模式下，當(dāng)控制變量y的穿越斜率等于相對(duì)穿越斜率a時(shí)，控制器輸出增量Δι1η等于零，穿越輸出μ維持不變，否則，控制器輸出增量Δι1η不等于零，調(diào)整穿越輸出μ，使控制變量y的穿越斜率等于相對(duì)穿越斜率a。4.如權(quán)利要求1所述的一種離散PID控制器參數(shù)整定方法，其特征在于:在所述步驟四中，在積分-微分控制模式下，當(dāng)控制變量y的穿越曲率等于相對(duì)穿越曲率β時(shí)，控制器輸出增量Δι1η等于零，穿越輸出μ維持不變，否則，控制器輸出增量Δι1η不等于零，調(diào)整穿越輸出μ，使控制變量y的穿越曲率等于相對(duì)穿越曲率β。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種離散PID控制器參數(shù)整定方法，涉及工業(yè)控制領(lǐng)域。確定控制變量的目標(biāo)值及其死區(qū)邊界，設(shè)定控制系統(tǒng)的控制器輸出增量，計(jì)算離散PID控制器的積分系數(shù)；設(shè)定控制系統(tǒng)的相對(duì)穿越斜率，計(jì)算離散PID控制器的比例系數(shù)；設(shè)定控制系統(tǒng)的相對(duì)穿越曲率，計(jì)算離散PID控制器的微分系數(shù)，進(jìn)而確定一組整定參數(shù)。本方案克服了現(xiàn)有技術(shù)中依靠技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)整定效率低下且效果不佳的缺陷，并且將整定過(guò)程轉(zhuǎn)化為具有實(shí)際物理意義的參數(shù)設(shè)定，易于進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，并且對(duì)激勵(lì)信號(hào)不作要求，適用于各種控制對(duì)象。
【IPC分類】G05B11/42
【公開(kāi)號(hào)】CN105487375
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511026971
【發(fā)明人】李良, 萬(wàn)華慶, 饒文培, 鄒海
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所
【公開(kāi)日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日