一種智能化控制器及自整定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能化控制器的自整定方法，在控制目標(biāo)值SV的下方設(shè)置偏差值（SV?m），以防止自整定過程中系統(tǒng)輸出波在目標(biāo)值SV或偏差值（SV?m）附近的震蕩，且系統(tǒng)采樣值PV大于目標(biāo)值SV，才停止對控制對象的激勵(lì)施加，保證系統(tǒng)輸出波始終可達(dá)到控制目標(biāo)值SV，控制器計(jì)算的PID控制參數(shù)更準(zhǔn)確，另該自整定方法，不論系統(tǒng)初始狀態(tài)如何，均是先采集工況信號(hào)，再根據(jù)采集值PV與偏差值（SV?m）的比較，判斷確定是否對控制對象施加激勵(lì)，即其工況判斷優(yōu)先于控制輸出，有效防止超調(diào)情況的出現(xiàn)，避免工業(yè)事故的發(fā)生。
【專利說明】
一種智能化控制器及自整定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)過程的自動(dòng)化控制領(lǐng)域，特別是指一種智能化控制器及自整定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常用工業(yè)控制器主要用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)信號(hào)如溫度、壓力、液位、流量等的控制?？刂茣r(shí)，控制器通過將采集值與設(shè)定的目標(biāo)值的偏差大小代入控制參數(shù)如比例帶(P)、積分時(shí)間
(I)、微分時(shí)間(D)，以計(jì)算得到輸出控制信號(hào)，并實(shí)時(shí)地輸送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終使工業(yè)信號(hào)恒定在控制目標(biāo)值上。工業(yè)控制中，因控制對象多樣，工況復(fù)雜，其控制參數(shù)難以得到急時(shí)、準(zhǔn)確的調(diào)整，傳統(tǒng)作法常需操作工在良好了解控制參數(shù)含義基礎(chǔ)上，以其足夠的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)不斷地調(diào)節(jié)測試，才可使采集信號(hào)恒定在控制目標(biāo)值上，其對人工的要求門檻高，調(diào)試復(fù)雜O
[0003]現(xiàn)有少數(shù)工業(yè)控制采用具有自整定功能的工業(yè)控制器，該種控制器自整定方法基本上為，在控制目標(biāo)值的上下方設(shè)置上下邊界，即設(shè)置一采樣值的可接受范圍，之后對控制對象施加激勵(lì)，并將采集值與可接受范圍的下邊界值進(jìn)行比較判斷，當(dāng)采集值大于可接受范圍的下邊界值時(shí)，停止對控制對象的激勵(lì)施加，待系統(tǒng)因慣性向目標(biāo)值靠近并最終回落，當(dāng)采集值小于可接受范圍的下邊界值時(shí)，再對控制對象施加激勵(lì)，如此再重復(fù)一個(gè)循環(huán)后，根據(jù)前述施加的激勵(lì)與其相應(yīng)的輸出特征，計(jì)算出相應(yīng)的PID控制參數(shù)。上述工業(yè)控制器的自整定方法，設(shè)置了采樣值的可接受范圍，控制器判定激勵(lì)施加與否的界點(diǎn)為可接受范圍的下邊界值，采樣值小于可接受范圍的下邊界值，對控制對象施加激勵(lì)，采樣值大于可接受范圍的下邊界值，停止對控制對象的激勵(lì)施加，如此，系統(tǒng)輸出波易在可接受范圍的下邊界值處來回震蕩，而無法捕捉系統(tǒng)正常的特性，且在快速反應(yīng)系統(tǒng)(如快速升溫系統(tǒng))中，依系統(tǒng)慣性其輸出波波峰易無法達(dá)到控制目標(biāo)值，該種情況下，根據(jù)激勵(lì)與其相應(yīng)的輸出特征計(jì)算的PID控制參數(shù)不夠準(zhǔn)確，另該自整定方法中，先對控制對象施加激勵(lì)后再判斷，控制輸出優(yōu)先于工況判斷，在系統(tǒng)初始狀態(tài)值已經(jīng)超過目標(biāo)值時(shí)，這不僅會(huì)使自整定過程的周期加長，而且很多工況不允許超調(diào)過多，易發(fā)生工業(yè)事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的一在于提供一種智能化控制器的自整定方法。
[0005]—種智能化控制器的自整定方法，包括如下步驟:
I)確定系統(tǒng)輸出目標(biāo)值SV以及位于目標(biāo)值SV下方的偏差值(SV-m)，整定開始，將采集值PV與偏差值(SV-m)進(jìn)行比較判斷:若采集值PV小于偏差值(SV-m)，則發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第一步，等待系統(tǒng)輸出波上升;若采集值PV大于偏差值(SV-m)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，待系統(tǒng)輸出波下降，采集值PV小于偏差值(SV-m)時(shí)，再發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第一步，等待系統(tǒng)輸出波上升； 2)當(dāng)采集值PV大于目標(biāo)值SV時(shí)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第二步，等待系統(tǒng)輸出波達(dá)到一次波峰后下降；
3)當(dāng)采集值PV小于偏差值(SV-m)時(shí)，則發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第三步，等待系統(tǒng)輸出波達(dá)到一次波谷后上升；
4)當(dāng)采集值PV大于目標(biāo)值SV時(shí)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第四步，等待系統(tǒng)輸出波再一次達(dá)到波峰后下降至偏差值(SV-m);
5)根據(jù)施加的激勵(lì)與其相應(yīng)的輸出特征，依式計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)，自整定結(jié)束。
[0006]進(jìn)一步地，偏差值(SV-m)中的m為單位采集值。如在溫控系統(tǒng)中，111為1°(:，該整定方法中，m用作控制回差，以防止自整定過程中系統(tǒng)輸出波在目標(biāo)值附近回來震蕩，m過大，計(jì)算的PID控制參數(shù)不夠準(zhǔn)確，m過小，系統(tǒng)輸出波震蕩厲害，故，m為單位采集值為較佳。
[0007]進(jìn)一步地，記錄整定期相鄰兩步內(nèi)系統(tǒng)輸出波相對應(yīng)的谷值PVmin和峰值PVmax、以及對應(yīng)該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2，計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)時(shí)所依據(jù)的公式^P=(PVmax-PVmin)/A,I=BXtlX t2/(tl+ t2),D=CX tl X t2/(tl+ t2)，其中A、B、C分別為受控系統(tǒng)固定系數(shù)。該式參數(shù)少且計(jì)算簡單，另其計(jì)算準(zhǔn)確度高。
[0008]進(jìn)一步地，記錄的谷值PVmin和峰值PVmax分別為整定第三步與整定第四步的采集值，對應(yīng)地，時(shí)間tl和t2分別為整定第三步與整定第四步整個(gè)過程的時(shí)間。由于系統(tǒng)輸出波震幅通常在整定第三步與第四步的跨度最大，采用該兩步的谷值PVmin和峰值PVmax計(jì)算PID控制參數(shù)更為精確。
[0009]本發(fā)明的目的二在于提供一種智能化控制器。
[0010]一種智能化控制器，包括控制器電路及其供電電源，所述控制器電路包括控制處理模塊、以及分別與控制處理模塊電連接的按鍵模塊、采集模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)器、控制輸出模塊、第一計(jì)時(shí)器、第二計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器，所述采集模塊采集工業(yè)信號(hào)并將該工業(yè)信號(hào)發(fā)送至控制處理模塊，控制處理模塊將該采集值PV發(fā)送至顯示模塊進(jìn)行顯示，并將該采集值PV與由按鍵模塊輸入的系統(tǒng)輸入目標(biāo)值SV以及偏差值(SV-m)進(jìn)比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制處理模塊發(fā)送相關(guān)指令給控制輸出模塊，整定過程中，計(jì)數(shù)器記錄整定步數(shù)，所述控制處理模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器記錄的整定步數(shù)，依次向所述第一計(jì)時(shí)器和第二計(jì)時(shí)發(fā)送控制指令，所述第一計(jì)時(shí)器和第二計(jì)時(shí)分別記錄整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2，控制處理模塊將采集模塊于上述整定期相鄰兩步內(nèi)采集到的系統(tǒng)輸出波的谷值PVmin和峰值PVmax、以及對應(yīng)該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2分別存入存儲(chǔ)器，控制處理模塊由存儲(chǔ)器內(nèi)讀取相鄰兩步內(nèi)采集到的谷值PVmiη和峰值PVmax、以及該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間11和12，計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)。
[0011]本發(fā)明智能化控制器的自整定方法，在控制目標(biāo)值SV的下方設(shè)置了偏差值(SV-m)，其中m用作控制回差，控制器斷定激勵(lì)施加與否的界點(diǎn)分別為目標(biāo)值SV和偏差值(SV-m)，而并非單單為目標(biāo)值SV或偏差值(SV-m)，這有效地防止了自整定過程中系統(tǒng)輸出波在目標(biāo)值SV或偏差值(SV-m)附近的震蕩，且系統(tǒng)采樣值PV大于目標(biāo)值SV，才停止對控制對象的激勵(lì)施加，保證了系統(tǒng)輸出波始終可達(dá)到控制目標(biāo)值SV，控制器計(jì)算的PID控制參數(shù)更準(zhǔn)確，另該自整定方法，不論系統(tǒng)初始狀態(tài)如何，均是先采集工況信號(hào)，再根據(jù)采集值PV與偏差值(SV-m)的比較，判斷確定是否對控制對象施加激勵(lì)，即其工況判斷優(yōu)先于控制輸出，有效防止超調(diào)情況的出現(xiàn)，避免工業(yè)事故的發(fā)生。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明智能化控制器的自整定方法的較佳實(shí)施方式的流程圖；
圖2為本發(fā)明智能化控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明智能化控制器及自整定方法的較佳實(shí)施方式作詳細(xì)的說明:
如圖1所示，本發(fā)明智能化控制器的自整定方法，包括如下步驟:
1)確定工業(yè)溫度的控制系統(tǒng)中系統(tǒng)輸出目標(biāo)值SV以及位于目標(biāo)值SV下方的偏差值(SV-1)，整定開始，將采集值PV與偏差值(SV-1)進(jìn)行比較判斷:若采集值PV小于偏差值(SV-
1)，則發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第一步，等待系統(tǒng)輸出波上升;若采集值PV大于偏差值(SV-1 )，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，待系統(tǒng)輸出波下降，采集值PV小于偏差值(SV-1)時(shí)，再發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第一步，等待系統(tǒng)輸出波上升；
2)當(dāng)采集值PV大于目標(biāo)值SV時(shí)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第二步，等待系統(tǒng)輸出波達(dá)到一次波峰后下降；
3)當(dāng)采集值PV小于偏差值(SV-1)時(shí)，則發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第三步，等待系統(tǒng)輸出波達(dá)到一次波谷后上升，并記錄整定第三步系統(tǒng)輸出波的谷值PVmin以及該步所使用的時(shí)間11;
4)當(dāng)采集值PV大于目標(biāo)值SV時(shí)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第四步，等待系統(tǒng)輸出波再一次達(dá)到波峰后下降至偏差值(SV-1)，并記錄整定第四步系統(tǒng)輸出波的峰值PVmax以及該步所使用的時(shí)間t2;
5)根據(jù)施加的激勵(lì)與其相應(yīng)的輸出特征，依式P=(PVmax-PVmin)/A，I=BX tl X t2八tl+t2),D=CXtlXt2/(tl+ t2)計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)，自整定結(jié)束，其中式中A、B、C分別為受控系統(tǒng)固定系數(shù)。
[0014]本發(fā)明智能化控制器的自整定方法，在控制目標(biāo)值SV的下方設(shè)置了偏差值(SV-m)，優(yōu)取地，m取單位采集值(S卩m為1)，用作控制回差，控制器斷定激勵(lì)施加與否的界點(diǎn)分別為目標(biāo)值SV和偏差值(SV-m)，而并非單單為目標(biāo)值SV或偏差值(SV-m)，這有效地防止了自整定過程中系統(tǒng)輸出波在目標(biāo)值SV或偏差值(SV-m)附近的震蕩，且系統(tǒng)采樣值PV大于目標(biāo)值SV，才停止對控制對象的激勵(lì)施加，保證了系統(tǒng)輸出波始終可達(dá)到控制目標(biāo)值SV，控制器計(jì)算的PID控制參數(shù)更準(zhǔn)確，另該自整定方法，不論系統(tǒng)初始狀態(tài)如何，均是先采集工況信號(hào)，再根據(jù)采集值PV與偏差值(SV-m)的比較，判斷確定是否對控制對象施加激勵(lì)，即其工況判斷優(yōu)先于控制輸出，有效防止超調(diào)情況的出現(xiàn)，避免工業(yè)事故的發(fā)生。
[0015]本發(fā)明智能化控制器的自整定方法，用于工業(yè)溫度的控制系統(tǒng)時(shí)，對于快速升溫系統(tǒng)，系統(tǒng)固定系數(shù)A=0.33，B=3.2，C=0.8，對于慢速升溫系統(tǒng)，系統(tǒng)固定系數(shù)A=0.25，B=2，C
=2 ο
[0016]本發(fā)明還提供了一種智能化控制器。
[0017]如圖2所示，本發(fā)明智能化控制器，包括控制器電路10及其供電電源20，所述控制器電路1包括控制處理模塊1、以及分別與控制處理模塊I電連接的按鍵模塊2、采集模塊3、顯示模塊4、存儲(chǔ)器5、控制輸出模塊6、第一計(jì)時(shí)器7、第二計(jì)時(shí)器8和計(jì)數(shù)器9，所述采集模塊3采集工業(yè)信號(hào)并將該工業(yè)信號(hào)發(fā)送至控制處理模塊I，控制處理模塊I將該采集值PV發(fā)送至顯示模塊4進(jìn)行顯示，并將該采集值PV與由按鍵模塊2輸入的系統(tǒng)輸入目標(biāo)值SV以及偏差值(SV-1)進(jìn)比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制處理模塊I發(fā)送相關(guān)指令給控制輸出模塊6，整定過程中，計(jì)數(shù)器9記錄整定步數(shù)，所述控制處理模塊I根據(jù)計(jì)數(shù)器9記錄的整定步數(shù)，依次向所述第一計(jì)時(shí)器7和第二計(jì)時(shí)8發(fā)送控制指令，所述第一計(jì)時(shí)器7和第二計(jì)時(shí)8分別記錄整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2，控制處理模塊I將采集模塊3于上述整定期相鄰兩步內(nèi)采集到的系統(tǒng)輸出波的谷值P Vmin和峰值PVmax、以及對應(yīng)該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間11和t2分別存入存儲(chǔ)器5，控制處理模塊I由存儲(chǔ)器5內(nèi)讀取相鄰兩步內(nèi)采集到的谷值PVmin和峰值PVmax、以及該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2，計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)。
[0018]本發(fā)明智能化控制器，采用各基本且成熟模塊，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，自動(dòng)獲取工業(yè)控制參數(shù)PID，控制精度高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能化控制器的自整定方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)確定系統(tǒng)輸出目標(biāo)值SV以及位于目標(biāo)值SV下方的偏差值(sv-m)，整定開始，將采集值PV與偏差值(SV-m)進(jìn)行比較判斷:若采集值PV小于偏差值(SV-m)，則發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第一步，等待系統(tǒng)輸出波上升;若采集值PV大于偏差值(SVn)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，待系統(tǒng)輸出波下降，采集值PV小于偏差值(SV-m)時(shí)，再發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第一步，等待系統(tǒng)輸出波上升； 2)當(dāng)采集值PV大于目標(biāo)值SV時(shí)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第二步，等待系統(tǒng)輸出波達(dá)到一次波峰后下降； 3)當(dāng)采集值PV小于偏差值(SV-m)時(shí)，則發(fā)送開通控制輸出信號(hào)，對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第三步，等待系統(tǒng)輸出波達(dá)到一次波谷后上升； 4)當(dāng)采集值PV大于目標(biāo)值SV時(shí)，則發(fā)送關(guān)閉控制輸出信號(hào)，不對控制對象施加激勵(lì)，進(jìn)入整定第四步，等待系統(tǒng)輸出波再一次達(dá)到波峰后下降至偏差值(SV-m); 5)根據(jù)施加的激勵(lì)與其相應(yīng)的輸出特征，依式計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)，自整定結(jié)束。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化控制器的自整定方法，其特征在于:偏差值(SV-m)中的m為單位采集值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化控制器的自整定方法，其特征在于:記錄整定期相鄰兩步內(nèi)系統(tǒng)輸出波相對應(yīng)的谷值PVmin和峰值PVmax、以及對應(yīng)該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2，計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)時(shí)所依據(jù)的公式為P=(PVmax-PVmin)/A，I=B X tl X t2八tl+ t2),D=CXtlXt2/(tl+ t2)，其中A、B、C分別為受控系統(tǒng)固定系數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能化控制器的自整定方法，其特征在于:記錄的谷值PVmin和峰值PVmax分別為整定第三步與整定第四步的采集值，對應(yīng)地，時(shí)間tl和t2分別為整定第三步與整定第四步整個(gè)過程的時(shí)間。5.—種智能化控制器，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的智能化控制器的自整定方法，包括控制器電路及其供電電源，其特征在于:所述控制器電路包括控制處理模塊、以及分別與控制處理模塊電連接的按鍵模塊、采集模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)器、控制輸出模塊、第一計(jì)時(shí)器、第二計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器，所述采集模塊采集工業(yè)信號(hào)并將該工業(yè)信號(hào)發(fā)送至控制處理模塊，控制處理模塊將該采集值PV發(fā)送至顯示模塊進(jìn)行顯示，并將該采集值PV與由按鍵模塊輸入的系統(tǒng)輸入目標(biāo)值SV以及偏差值(SV-m)進(jìn)比較，根據(jù)比較結(jié)果，控制處理模塊發(fā)送相關(guān)指令給控制輸出模塊，整定過程中，計(jì)數(shù)器記錄整定步數(shù)，所述控制處理模塊根據(jù)計(jì)數(shù)器記錄的整定步數(shù)，依次向所述第一計(jì)時(shí)器和第二計(jì)時(shí)發(fā)送控制指令，所述第一計(jì)時(shí)器和第二計(jì)時(shí)分別記錄整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2，控制處理模塊將采集模塊于上述整定期相鄰兩步內(nèi)采集到的系統(tǒng)輸出波的谷值PVmin和峰值PVmax、以及對應(yīng)該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間tl和t2分別存入存儲(chǔ)器，控制處理模塊由存儲(chǔ)器內(nèi)讀取相鄰兩步內(nèi)采集到的谷值PVmiη和峰值PVmax、以及該整定期相鄰兩步所使用的時(shí)間11和12，計(jì)算系統(tǒng)PID控制參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G05B19/04GK105892322SQ201610315546
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】林善平, 連建亮, 林善安
【申請人】福建順昌虹潤精密儀器有限公司