一種定位器pid自整定參數獲取方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能控制領域，特別涉及一種定位器PID自整定參數獲取方法及系統(tǒng)。本發(fā)明通過設置一電平輸出電路，并讓其根據檢測到的調節(jié)閥的實際開度輸出不同的電平，通過檢測電平的輸出時間記錄調節(jié)閥的開度震蕩周期，從而能夠更加精確的記錄、計算調節(jié)閥震蕩臨界周期，從而使得定位器PID參數計算更加精準，快速。
【專利說明】
-種定位器PID自整定參數獲取方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及智能控制領域，特別設及一種定位器PID自整定參數獲取方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 氣動調節(jié)閥是一種工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的常用裝置，尤其是在電廠、石化、冶金等 工業(yè)流體流量控制中發(fā)揮著不可替代的作用。而調節(jié)閥定位器是氣動調節(jié)閥的主要部件之 一，通過改進定位器的性能，可W起到改善調節(jié)閥特性、提高調節(jié)閥控制精度、增加調節(jié)閥 控制靈活性的重要作用，大多數的調節(jié)閥定位器都是采用PID控制算法對調節(jié)閥進行控制， 但是眾所周知的是，PID控制方式易受到受控器件所處環(huán)境因素(如溫度、濕度）的影響，通 常同一套PID參數不能應用在不同的環(huán)境因素下，運就需要當受控器件(如調節(jié)閥）的環(huán)境 因素改變后(如季節(jié)的變化），對調節(jié)閥定位器的PID參數重新進行整定，而運一過程通常稱 為定位器的自整定過程?，F(xiàn)有的定位器自整定方式通常過于復雜且大多需要耗費過多的時 間，嚴重了影響受控器件的正常工作。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中所存在的上述不足，提供一種過程簡單，耗費 時間短的定位器PID自整定參數獲取方法。
[0004] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了 W下技術方案：
[0005] -種定位器PID自整定參數獲取方法，包含如下步驟，
[0006] 將調節(jié)閥調節(jié)至預設開度的步驟；
[0007] 將調節(jié)閥在預設開度上下按照預設振幅進行震蕩調節(jié)的步驟；
[0008] 檢測調節(jié)閥實際開度的步驟；
[0009] 記錄每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度〉預設開度的時間t高n，及每個震蕩周期中調 節(jié)閥實際開度 < 預設開度時間tffin;
[0010] 記錄調節(jié)閥的震蕩次數n，直至達到預設次數N，N為大于1的自然數；
[0011] 按照公式
計算臨界周期Tu;
[0012] 將調節(jié)閥腳欠震蕩過程中的實際最大振幅設為臨界增益Ku;
[OOU]依據Z-N法則第二法得出PID參數。
[0014] 進一步的，所述檢測調節(jié)閥實際開度的步驟中，包含將采集的調節(jié)閥開度信息進 行濾波放大W及AD轉換的步驟。
[0015] 進一步的，所述記錄每個震蕩周期中調節(jié)閥自預設開度-〉最大開度-〉預設開度的 時間t高n，及每個震蕩周期中調節(jié)閥自預設開度-〉最小開度-〉預設開度的時間tffin的步驟中，
[0016] 包含通過一檢測比較模塊接收調節(jié)閥的實際開度信息的步驟；
[0017] 包含判斷調節(jié)閥的實際開度是否等于預設開度的步驟；
[0018] 包含當調節(jié)閥的實際開度等于預設開度時，控制電平輸出電路改變電平的步驟；
[0019] 包含一計時器記錄所述電平輸出電路當前電平輸出時間的步驟。
[0020] 進一步的，調節(jié)閥開始震蕩調節(jié)后的前Μ個周期的參數放棄不用，Μ的取值為：1 < Μ <5。
[0021] 本發(fā)明同時提供一種定位器PID自整定參數獲取系統(tǒng)，包括依次連接的給定控制 模塊、調節(jié)閥、反饋模塊、檢測比較模塊、電平輸出電路W及計時器;所述檢測比較模塊和所 述計時器還同時與一計算模塊連接；
[0022] 所述給定控制模塊用于控制所述調節(jié)閥在一預設開度上下按預設振幅震蕩調節(jié)；
[0023] 所述反饋模塊用于采集調節(jié)閥的實際開度；
[0024] 所述檢測比較模塊用于接收所述反饋模塊反饋的調節(jié)閥實際開度，并判斷該實際 開度等于預設開度時控制所述電平輸出電路改變輸出電平；同時，所述檢測比較模塊還記 錄調節(jié)閥每個震蕩周期中的實際最大開度及實際最小開度；
[0025] 所述計時器根據電平輸出電路輸出的電平記錄每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度〉 預設開度的時間t高η，及每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度 < 預設開度時間tffin;
[00%]所述計算模塊根據公式
計算臨界周期Tu，W及將調節(jié)閥N次震 蕩過程中的實際最大振幅設為臨界增益Ku;所述計算模塊還根據化、KuW及Z-N法則第二法 得出PID參數。
[0027] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過設置一電平輸出電路，并讓其根 據檢測到的調節(jié)閥的實際開度輸出不同的電平，通過檢測電平的輸出時間記錄調節(jié)閥的開 度震蕩周期，從而能夠更加精確的記錄、計算調節(jié)閥震蕩臨界周期，從而使得定位器PID參 數計算更加精準，快速。
【附圖說明】：
[0028] 圖1為本發(fā)明提供的定位器PID自整定參數獲取系統(tǒng)結構框圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明電平輸出電路輸出電平與調節(jié)閥實際開度的關系示例圖。
[0030]圖3是本發(fā)明實施例中義用的忍片不例圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本 發(fā)明上述主題的范圍僅限于W下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內容】
所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明 的范圍。
[0032] 實施例1: 一種定位器PID自整定參數獲取方法，包含如下步驟，
[0033] S100:將調節(jié)閥調節(jié)至預設開度的步驟；
[0034] S200:將調節(jié)閥在預設開度上下按照預設振幅a進行震蕩調節(jié)的步驟；
[0035] S300:檢測調節(jié)閥實際開度的步驟;所述檢測調節(jié)閥實際開度的步驟中，包含將采 集的調節(jié)閥開度信息進行濾波放大W及AD轉換的步驟。
[0036] S400:調節(jié)閥開始震蕩調節(jié)后，拋棄前Ξ個震蕩周期的參數不予記錄，運樣可W讓 調節(jié)閥的震蕩更加穩(wěn)定，從而讓自整定獲得的參數更加精確；自第四個周期開始，記錄每個 震蕩周期中調節(jié)閥實際開度〉預設開度的時間t高n，及每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度 <預 設開度時間tffin;
[0037] 具體的，本步驟中，包含，
[0038] S401:通過一檢測比較模塊接收調節(jié)閥的實際開度信息的步驟；
[0039] S402:包含判斷調節(jié)閥的實際開度是否等于預設開度的步驟；
[0040] S403:包含當調節(jié)閥的實際開度等于預設開度時，控制電平輸出電路改變電平的 步驟，具體如圖2所示，圖2中的豎坐標表示調節(jié)閥相對于預設開度的相對開度振幅，當調節(jié) 閥開度大于預設開度時（即圖2中振幅位于橫坐標上方時），電平輸出電路輸出高電平，當調 節(jié)閥實際開度等于預設開度時（即圖2中曲線與橫坐標交叉點，如圖中的①②處），控制電平 輸出電路改變電平，如圖2所示的，在①時刻，曲線與橫坐標交匯，此時調節(jié)閥實際開度等于 預設開度，電平輸出電路輸出的電平由高電平變?yōu)榈碗娖?；同樣的，在②時刻，曲線再次與 橫坐標交匯，即調節(jié)閥實際開度再次等于預設開度，此時，電平輸出電路再次將輸出電平由 低電平改為高電平;應注意的是，實際運用當中，調節(jié)閥的實際開度最大值及實際開度最小 值通常不等于預設開度±預設振幅a,而是在預設開度±預設振幅a的上下浮動，圖2中并未 體現(xiàn)運一特點。
[0041] 另外，也可根據需要設置當調節(jié)閥實際開度大于預設開度時輸出低電平，而當調 節(jié)閥實際開度變?yōu)樾∮陬A設開度時輸出高電平。
[0042] S404:包含一計時器記錄所述電平輸出電路當前電平輸出時間的步驟，即計時器 會檢測電平輸出電路的電平變化，同時記錄電平輸出電路每個高電平和低電平的輸出時 間，如圖2中的①時刻，計時器檢測到電平輸出電路由高電平變?yōu)榈碗娖?，則開始對低電平 的輸出時間進行計時，直到②時刻檢測到電平再次發(fā)生變化，計時器會將②-①記錄并儲存 至計算模塊，②-①即為調節(jié)閥的一個半震蕩時間tffin。
[0043] S500:記錄調節(jié)閥的震蕩次數n，直至達到預設次數N，N為大于1的自然數;N的數值 越到，則最后獲得的參數越精確，但同時自整定所耗費的時間也越久，因此通常將N的取值 范圍設定為5<N< 15。
[0044] S600:按照公式
十算臨界周期化;將調節(jié)閥N次震蕩過程中的實 際最大振幅設為臨界增益Ku;
[0045] S700:依據Z-N法則第二法得出PID參數，具體的，根據化、Ku獲取PID參數方式參見 下表一：
[0046] 表一
[0047]
[0048] 實施例2:如圖1所示，本實施例提供一種定位器PID自整定參數獲取系統(tǒng)，包括依 次連接的給定控制模塊1、調節(jié)閥2、反饋模塊3、檢測比較模塊4、電平輸出電路5W及計時器 6;所述檢測比較模塊4和所述計時器6還同時與一計算模塊7連接；
[0049] 所述給定控制模塊1用于控制所述調節(jié)閥2在一預設開度上下按預設振幅震蕩調 T ;
[0050] 所述反饋模塊3用于采集調節(jié)閥2的實際開度；
[0051] 所述檢測比較模塊4用于接收所述反饋模塊反饋的調節(jié)閥2實際開度，并判斷該實 際開度等于預設開度時控制所述電平輸出電路5改變輸出電平；同時，所述檢測比較模塊4 還記錄調節(jié)閥2每個震蕩周期中的實際最大開度及實際最小開度；
[0052] 所述計時器6根據電平輸出電路5輸出的電平記錄每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開 度〉預設開度的時間t高n，及每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度 <預設開度的時間tffin;
[0053] 所述計算模塊7根據公式
計算臨界周期化，W及將調節(jié)閥2N次 震蕩過程中的實際最大振幅設為臨界增益Ku;所述計算模塊7還根據得出Tu、KuW及Z-N法 則第二法得出PID參數，具體的參加表一。
[0054] 實際應用中，所述給定控制模塊1、調節(jié)閥2、反饋模塊3、檢測比較模塊4、電平輸出 電路5W及計時器6及計算模塊7的功能可由分離電路構成，也可由一集成忍片集成完成，如 圖3所示的STM32L152CBT6忍片即可同時集成有定控制模塊1、檢測比較模塊4、電平輸出電 路5、計時器6及計算模塊7等功能；圖3中的PA2即調節(jié)閥反饋信號輸入端口、PB3為電平輸出 電路的輸出端口，STM32L152CBT6忍片中內置計時器計數頻率為lus，即每計一個數為lus， 運也是我們采用他可W達到的計時精度。
【主權項】
1. 一種定位器PID自整定參數獲取方法，其特征在于，包含如下步驟， 將調節(jié)閥調節(jié)至預設開度的步驟； 將調節(jié)閥在預設開度上下按照預設振幅進行震蕩調節(jié)的步驟； 檢測調節(jié)閥實際開度的步驟； 記錄每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度〉預設開度的時間tSn，及每個震蕩周期中調節(jié)閥 實際開度〈預設開度時間tffin; 記錄調節(jié)閥的震蕩次數n，直至達到預設次數N，N為大于1的自然數；將調節(jié)閥N次震蕩過程中的實際最大振幅設為臨界增益Ku; 依據Z-N法則第二法得出PID參數。2. 如權利要求1所述的定位器PID自整定參數獲取方法，其特征在于，所述檢測調節(jié)閥 實際開度的步驟中，包含將采集的調節(jié)閥開度信息進行濾波放大以及AD轉換的步驟。3. 如權利要求2所述的定位器PID自整定參數獲取方法，其特征在于，記錄每個震蕩周 期中調節(jié)閥實際開度〉預設開度的時間tSn，及每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度〈預設開度 時間tffo的步驟中， 包含通過一檢測比較模塊接收調節(jié)閥的實際開度信息的步驟； 包含判斷調節(jié)閥的實際開度是否等于預設開度的步驟； 包含當調節(jié)閥的實際開度等于預設開度時，控制電平輸出電路改變電平的步驟； 包含一計時器記錄所述電平輸出電路當前電平輸出時間的步驟。4. 如權利要求1至3任一項所述的定位器PID自整定參數獲取方法，其特征在于，調節(jié)閥 開始震蕩調節(jié)后的前Μ個周期的參數放棄不用，Μ的取值為:1 < Μ < 5。5. -種定位器PID自整定參數獲取系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的給定控制模塊、 調節(jié)閥、反饋模塊、檢測比較模塊、電平輸出電路以及計時器;所述檢測比較模塊和所述計 時器還同時與一計算模塊連接； 所述給定控制模塊用于控制所述調節(jié)閥在一預設開度上下按預設振幅震蕩調節(jié)； 所述反饋模塊用于采集調節(jié)閥的實際開度； 所述檢測比較模塊用于接收所述反饋模塊反饋的調節(jié)閥實際開度，并判斷該實際開度 等于預設開度時控制所述電平輸出電路改變輸出電平；同時，所述檢測比較模塊還記錄調 節(jié)閥每個震蕩周期中的實際最大開度及實際最小開度； 所述計時器根據電平輸出電路輸出的電平記錄每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度〉預設 開度的時間tSn，及每個震蕩周期中調節(jié)閥實際開度〈預設開度時間計算臨界周期TU，以及將調節(jié)閥N次震蕩過程 中的實際最大振幅設為臨界臨界增益Ku;所述計算模塊還根據Tu、Ku以及Z-N法則第二法得 出PID參數。
【文檔編號】F16K31/02GK105824781SQ201610209001
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】鮑鶴, 虎恩典, 周朋, 趙文賢, 劉甘霖
【申請人】北方民族大學