本發(fā)明涉及數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整方法和優(yōu)選數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。

背景技術(shù)：

數(shù)字PI調(diào)節(jié)器廣泛用于各種工業(yè)控制中。作為線性控制器，PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例(P)和積分(I)值通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)(比例系數(shù)、積分系數(shù))通常由調(diào)試人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完成。如果對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)都現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，不僅工作量大、效率低，還存在著調(diào)試周期長(zhǎng)的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作量的參數(shù)調(diào)整方法和優(yōu)選數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案為數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，算法邏輯表達(dá)式為，

U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]

式中：Kx：優(yōu)選系數(shù)，根據(jù)e(kT)選??；T：采樣周期；k：采樣、運(yùn)算次數(shù)；U(kT)：第k次數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸出；Kp：比例系數(shù)；e(kT)：第k次輸入數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的偏差；Ki：積分系數(shù)；Σ：(0-k)次求和；

所述e(kT)大于0時(shí)，所述Kx取C；所述e(kT)小于0時(shí)，所述Kx取-C，所述C為大于0，小于1的常數(shù)。

第二技術(shù)方案為數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整方法，其特征在于，算法邏輯表達(dá)式為，

U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]

式中：Kx：優(yōu)選系數(shù)，根據(jù)e(kT)選??；T：采樣周期；k：采樣、運(yùn)算次數(shù)；U(kT)：第k次數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸出；Kp：比例系數(shù)；e(kT)：第k次輸入數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的偏差；Ki：積分系數(shù)；Σ：(0-k)次求和；

所述e(kT)大于e[k(T-1)]時(shí)，所述Kx取上次的Kx加C1的值；所述e(kT)小于e[k(T-1)]時(shí)，所述Kx取上次的Kx減C2的值，所述C1與所述C2為常數(shù)。

第三技術(shù)方案基于第二技術(shù)方案，其特征在于，所述C1與所述C2是相同的常數(shù)。

第四技術(shù)方案為優(yōu)選數(shù)字PI調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括計(jì)算Kx的步驟和根據(jù)Kx計(jì)算輸出U(kT)的步驟，

計(jì)算Kx的步驟包括以下步驟，

步驟1(S30)，判斷當(dāng)前的偏差e是否大于上次的偏差e0，e＞e0時(shí)，進(jìn)入步驟2(S40)，e≯e0時(shí)，進(jìn)入步驟3(S55)

步驟2(S40)，計(jì)算Kx＝Kx+C1，當(dāng)前的Kx由上次的Kx加C1得到，

步驟3(S55)，計(jì)算Kx＝Kx-C2，當(dāng)前的Kx由上次的Kx減C2得到，

C1、C2為相同或不同的常數(shù)，

步驟4(S90)，調(diào)用數(shù)字PI調(diào)節(jié)器，

步驟5(S100)，計(jì)算A＝A+Kx*Ki*e，得到Kx*Ki*e的累加值，

步驟6(S130)，計(jì)算B＝Kx*Kp*e，

步驟7(S140)，計(jì)算C＝A+B，得到Kx*Ki*e的累加值與Kx*Kp*e的和，

步驟8(S210)，C作為數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸出U。

5第五技術(shù)方案基于第四技術(shù)方案，其特征在于，計(jì)算Kx的步驟中，在步驟2(S40)之后還包括以下步驟，

步驟2a(S50)，判斷本次偏差e的絕對(duì)值是否大于最大值Max，|e|＞Max時(shí),使e＝Max，進(jìn)入步驟4(S90)，|e|≯Max時(shí)，進(jìn)入步驟2b(S60)，判斷本次偏差e的絕對(duì)值是否小于Min，

步驟2b(S60)，|e|≮Min時(shí)，進(jìn)入步驟4(S90)，|e|＜Min時(shí)，使e＝Min后，進(jìn)入步驟4(S90)。

第六技術(shù)方案基于第五技術(shù)方案，其特征在于，計(jì)算Kx的步驟中，在步驟3(S55)之后還包括所述步驟2a(S50)、所述步驟2b(S60)。

第七技術(shù)方案基于第五或第六技術(shù)方案，其特征在于，在所述步驟5(S100)之后還包括，

步驟5a(S110)，判斷A是否大于Max，A＞Max時(shí)，使A＝Max后，進(jìn)入所述步驟6(S130)，A≯Max時(shí)，進(jìn)入步驟5c(S120)，判斷A是否小于Min，

步驟5b(S120)，判斷A是否小于Min，A≮Min時(shí)，進(jìn)入步驟6(S130)，A小于Min時(shí)，使A＝Min后，進(jìn)入步驟6(s130)。

第八技術(shù)方案基于第七技術(shù)方案，其特征在于，在所述步驟7(S140)之后還包括，

步驟7a(S150)，判斷C是否大于Max，C＞Max時(shí)，使C＝Max后，進(jìn)入步驟8(S210)，C≯Max時(shí)，進(jìn)入步驟7b(S160)，

步驟7b(S160)，判斷C是否小于Min，C≮Min時(shí)，進(jìn)入步驟8(S210)，C＜Min時(shí)，使C＝Min后，進(jìn)入步驟8(S210)。

9第九技術(shù)方案基于第八技術(shù)方案，其特征在于，還具有步驟9(S10)、步驟10(S20)，

步驟9(S20)，選擇是否對(duì)參數(shù)Kx進(jìn)行優(yōu)選，選擇優(yōu)選時(shí)，進(jìn)入步驟1(S30)，用所述C1和C2計(jì)算所述Kx，不選擇優(yōu)選時(shí)，進(jìn)入步驟10(S20)，用常數(shù)C計(jì)算所述Kx。

效果

由上可知，本發(fā)明的方法，比例系數(shù)和積分系數(shù)只要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試一次，在其他調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)輸入調(diào)試得到的比例系數(shù)和積分系數(shù)，即可自動(dòng)整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，降低了工作強(qiáng)度、提高了調(diào)試效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的優(yōu)選數(shù)字PI控制器的原理說(shuō)明圖；

圖2為初始化的流程圖；

圖3為計(jì)算優(yōu)選參數(shù)kx的流程圖；

圖4為優(yōu)選數(shù)字PI控制器的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在下述實(shí)施方式中描述的具體實(shí)施例僅作為示例性說(shuō)明，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。

圖1為本發(fā)明的優(yōu)選數(shù)字PI控制器的原理說(shuō)明圖；

如圖1所示，本發(fā)明的優(yōu)選數(shù)字PI控制器10具有優(yōu)選參數(shù)計(jì)算模塊1、比例計(jì)算模塊2、積分計(jì)算模塊3、加法模塊4。

其算法邏輯表達(dá)式為：

U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]

式中：Kx：優(yōu)選系數(shù)，根據(jù)e(kT)選??；T：采樣周期；k：采樣、運(yùn)算次數(shù)；U(kT)：第k次數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的輸出；Kp：比例系數(shù)；e(kT)：第k次輸入數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的偏差；Ki：積分系數(shù)；Σ：(0-k)次求和；

Kx有兩種取值方式，一種為：e(kT)大于0時(shí)，Kx取C；e(kT)小于0時(shí)，Kx取-C，C為大于0，小于1的常數(shù)。C可根據(jù)負(fù)載的大小或控制對(duì)象的輸出功率，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的方式確定，如C＝0.5。C＝1時(shí)，就是通常的沒(méi)有參數(shù)優(yōu)選功能的PI控制器。

首先，根據(jù)偏差e(kT)是否大于0，選取優(yōu)選系數(shù)Kx，Kx為固定值C，在本實(shí)施方式中C為0.5。

如果e(kT)>0：Kx＝0.5；

U(kT)＝0.5*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]

如果e(kT)<0：Kx＝-0.5；

U(kT)＝-0.5*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]

實(shí)際使用時(shí)，如有N個(gè)現(xiàn)場(chǎng)；每一個(gè)負(fù)載都不一樣，但是線性的，線性度是已知。在第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試出一套(Kp、Ki)參數(shù)，此時(shí)如果負(fù)載的線性度是1.0；在第二個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，已知負(fù)載的線性度是0.5，這樣就可以調(diào)用優(yōu)選PI調(diào)節(jié)器：第一現(xiàn)場(chǎng)時(shí)使Kx＝1.0，輸入Kp、Ki即可；第二現(xiàn)場(chǎng)時(shí)Kx＝0.5，輸入Kp、Ki即可。其他現(xiàn)場(chǎng)依次類推。沒(méi)必要每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)都調(diào)整一套Kp、Ki參數(shù)；大大提高了效率。

另一種為：e(kT)大于e[k(T-1)]時(shí)，Kx取上次的Kx加C1的值；e(kT)小于e[k(T-1)]時(shí)，Kx取上次的Kx減C2的值，C1與所述C2為常數(shù)，由于每個(gè)采樣周期，Kx會(huì)發(fā)生變化，逐漸逼近理想值，C1、C2取較小的值，有利于調(diào)整精度，如0.001。具體可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。

有一些機(jī)械機(jī)構(gòu)，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器后，仍有震動(dòng)；宏觀上的震動(dòng)在微觀上是加速度有時(shí)大于零、有時(shí)小于零所致。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)用優(yōu)選PI調(diào)節(jié)器：使(優(yōu)選Kx)＝Y(jié)，當(dāng)e>e0時(shí)減少Kx；當(dāng)e<e0時(shí)加大Kx；能夠使該機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定。

使用時(shí)，根據(jù)偏差e(kT)是否大于上次的偏差e(k(T-1))，選取優(yōu)選系數(shù)Kx，e(kT)>e(kT-T)時(shí)的增量C1為0.001，e(kT)＜e(kT-T)時(shí)的增量為C2為0.001，這樣與上次的e(kT-T)相比，e(kT)增加時(shí)，Kx的值不斷變大，而e(kT)減小時(shí)，Kx的值不斷變小達(dá)到調(diào)整的目的。

以下通過(guò)流程圖對(duì)本發(fā)明的流程進(jìn)行說(shuō)明。

圖2為初始化的流程圖。

步驟S1，對(duì)輸入變量Kx、e、e0、Kp、Ki進(jìn)行初始化，初始化的結(jié)果，Kx＝1.0；e＝0；e0＝0；Kp＝C1；Ki＝C2。

其中，Kx：優(yōu)選系數(shù)；e：當(dāng)前偏差；e0：上次偏差；Kp：比例系數(shù)；Ki：積分系數(shù)；C1，C2：常數(shù)。

步驟S2，對(duì)輸出變量U進(jìn)行初始化，使U＝0。

初始化結(jié)束后，進(jìn)入確定Kx的流程。

圖3為計(jì)算優(yōu)選參數(shù)kx的流程圖；

步驟S10，選擇是否優(yōu)選Kx。如果選擇優(yōu)選，進(jìn)入步驟S30，如果選擇不優(yōu)選，進(jìn)入步驟20，使Kx＝C后，調(diào)用優(yōu)選數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。

步驟S30，判斷當(dāng)前的偏差e是否大于上次的偏差e0，如果e＞e0，進(jìn)入步驟S40，如果e≯e0，進(jìn)入步驟S45。

步驟S40，計(jì)算Kx＝Kx+C1，得到當(dāng)前的Kx。

步驟S50，判斷本次偏差e的絕對(duì)值是否大于最大值Max。如果|e|＞Max,進(jìn)入步驟S70，使e＝Max后，進(jìn)入步驟S90，調(diào)用優(yōu)化數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。由Max賦值的e用于優(yōu)化數(shù)字PI調(diào)節(jié)器計(jì)算時(shí)的偏差值。

如果步驟S50的判斷為|e|≯Max，進(jìn)入步驟S60。

步驟S60，判斷本次偏差e的絕對(duì)值是否小于Min，如果|e|≮Min，進(jìn)入步驟S90，調(diào)用優(yōu)化數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。如果|e|＜Min，進(jìn)入步驟S85，使e＝Min后，進(jìn)入步驟S90，調(diào)用優(yōu)化數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。由Min賦值的e用于優(yōu)化數(shù)字PI調(diào)節(jié)器計(jì)算時(shí)的偏差值。

在步驟S45，判斷當(dāng)前的偏差e是否小于上次的偏差e0，如果e≮e0，進(jìn)入步驟S90，調(diào)用優(yōu)化數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。如果e＜e0，進(jìn)入步驟S55，計(jì)算Kx＝Kx+C2，得到當(dāng)前的Kx后，進(jìn)入步驟S50。

通過(guò)以上的處理，得到優(yōu)選Kx。即，如果不優(yōu)選Kx，使用固定值C，選擇優(yōu)選Kx，根據(jù)偏差e，計(jì)算Kx。

圖4為優(yōu)選數(shù)字PI控制器的流程圖。

步驟S100,計(jì)算A＝A+Kx*Ki*e，并更新累加器A。

步驟S110，判斷累加器A的值A(chǔ)是否大于Max，如果A＞Max，將累加器的值A(chǔ)設(shè)定為Max后，進(jìn)入步驟S130。如果A≯Max，進(jìn)入步驟S120。

步驟S120，判斷累加器A的值A(chǔ)是否小于Min，如果A＜Min，將累加器A的值A(chǔ)設(shè)定為Min后，進(jìn)入步驟S130。如果A≯Max，進(jìn)入步驟S130。

步驟S130，計(jì)算Kx*Kp*e，并更新累加器B。

步驟140，計(jì)算C＝A+B，更新累加器C。

步驟S150，判斷累加器C的值C是否大于Max，如果C＞Max，將累加器C的值C設(shè)定為Max后，進(jìn)入步驟S210，結(jié)束本次的計(jì)算。

如果C≯Max，進(jìn)入步驟S160，判斷累加器C的值C是否小于Min，如果C≮Min，進(jìn)入步驟S210，結(jié)束本次的計(jì)算。如果C＜Min，進(jìn)入步驟S170，將累加器C的值設(shè)定為Min后，進(jìn)入步驟S210，結(jié)束本次的計(jì)算。

步驟S210，將累加器C的值C作為PI控制其10的輸出U輸出到圖1中的控制對(duì)象，進(jìn)行PI控制。