基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法技术

技术编号:19743858 阅读:24 留言:0更新日期:2018-12-12 04:29
一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,所述方法首先采集待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据;然后进行设定值扰动和负载扰动检测,若仅检测到了负载扰动,则采集并存储待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据,待控制回路进入稳态后判断负载扰动是否有效,若有效则利用所存储的数据计算性能指标,最后根据计算结果给出控制回路PI控制器参数的优化建议。本发明专利技术通过构造基于负载扰动的无量纲的性能评价指标实现对PI控制器的评价和优化,该方法无需控制回路的精确模型,也不依赖于设定值扰动工况,可帮助操作人员及时把握系统优劣程度,并根据优化建议来改善回路的运行性能。

【技术实现步骤摘要】
基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法
本专利技术涉及一种基于负载扰动的控制回路的PI控制器优化方法,属于控制

技术介绍
复杂工业过程一般包含诸多控制回路。随着时间的推移,常常出现被控对象特性发生变化以及执行机构老化等现象,造成控制器性能下降,影响经济效益甚至带来安全隐患。因此,对控制回路的控制器进行性能评价和调整优化,具有非常重要的实际意义。目前,分散控制系统(DCS)已广泛应用于工业控制领域,为实时获取控制回路的运行数据提供了平台。相应地,对控制器进行在线评价和调整优化成为了当前的研究热点。对控制器进行在线评价的指标可分为随机性指标和确定性指标。常用的随机性指标为最小方差基准(MA基准),该方法需要获取控制回路的精确时间延迟信息,因而在实际应用时面临较大困难。常用的确定性指标包括上升时间、调节时间、衰减率、最大动态偏差、稳态误差等,应用时存在以下缺点:(1)指标的计算需依赖设定值扰动工况,而工业现场通常不允许进行设定值的扰动;(2)指标大多数有量纲,导致评价结论及优化建议与具体控制回路的被控对象模型相关而缺乏通用性。因此,构造无需控制回路模型信息且无量纲的性能评价指标以用于控制器的调整优化,具有重要的理论意义和工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,所述方法不依赖于控制回路的模型信息,通用性强。本专利技术所述问题是以下述技术方案解决的:一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,所述方法首先采集待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据;然后进行设定值扰动检测和负载扰动检测,若仅检测到了负载扰动,则采集并存储待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据,待控制回路进入稳态后判断负载扰动是否有效,若有效则利用所存储的数据计算性能指标II和AI,最后根据计算结果给出控制回路PI控制器参数的优化建议,其中,II指标是描述被控变量(PV)和控制器输出变量(OP)相关性关系的性能指标,所述指标主要适用于检测只受负载扰动影响且响应较迟缓的回路;AI指标是描述控制器输出(OP)信号的振荡衰减情况的性能指标,用于检测受负载扰动后回路响应的过激性或缓慢性。上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,所述方法包括以下步骤:A、采集待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的当前时刻数据;B、进行设定值扰动检测,若未检测到发生设定值扰动,则转至步骤C,否则等待设定值扰动结束后返回步骤A;C、进行负载扰动检测,若检测到发生负载扰动,则转至步骤D,否则返回步骤A;D、采集并存储待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的当前时刻数据,并判断控制回路是否进入稳态;若控制回路未达到稳态则继续采集和存储数据,若回路已经进入稳态,则判断负载扰动是否有效,若负载扰动有效则转至步骤E,若负载扰动无效则返回步骤A;E、利用所存储的待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的时间序列数据,计算性能指标II和AI;F、根据计算出的性能指标II和AI,给出控制回路PI控制器参数的优化建议。上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,进行设定值扰动检测的方法为:设上一时刻k-1采集的设定值数据为SP(k-1),当前时刻k采集的设定值数据为SP(k),若有|SP(k)-SP(k-1)|>ΔSP,则判断为发生了设定值扰动,否则,判断为未发生设定值扰动,其中,ΔSP是设定值扰动阈值。上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,进行负载扰动检测的方法为:设上一时刻k-1采集的被控变量数据为PV(k-1),控制器输出数据为CO(k-1),当前时刻k采集的被控变量数据为PV(k),控制器输出数据为CO(k),若|PV(k)-PV(k-1)|和|CO(k)-CO(k-1)|有任何一个不为零,则判断为发生了负载扰动。上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,判断控制回路是否进入稳态的方法为:对于最近5个时刻,即k-4,k-3,k-2,k-1,k所采集的被控变量数据与控制器输出数据,若均满足|PV(i)-PV(i-1)|<Dy且|CO(i)-CO(i-1)|<Du(i=k-4,k-3,k-2,k-1,k),则判断为进入稳态,否则判断为未进入稳态,其中,PV(i)为时刻i采集的被控变量数据,CO(i)为时刻i采集的控制器输出数据,Dy和Du分别是被控变量和控制器输出的判稳死区。上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,判断控制回路负载扰动是否有效的方法为:设PVmax为当前负载扰动过程存储的PV时间序列数据的最大值,SteadyValuePV为当前负载扰动过程存储的PV时间序列数据的稳态值,令ΔD=|PVmax-SteadyValuePV|;设SteadyValueCO为当前负载扰动过程存储的CO时间序列数据的稳态值,COinit为上次负载扰动过程存储的CO时间序列数据的稳态值;令Ad=|SteadyValueCO-COinit|;设td为当前负载扰动过程的稳态时间,令如果满足则判断负载扰动有效,否则负载扰动无效,其中ADIinit为一阈值。上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,性能指标II和AI的计算方法为:计算II指标:令Δy(k)=|PV(k)-PV(k-1)|Δu(k)=|CO(k)-CO(k-1)|且其中k=2,3,…,M,M为所存储的时间序列数据的长度,Δt为数据采集的时间间隔;则II指标为计算AI指标:计算控制器输出变量CO的稳态值SteadyValueCO计算控制器输出变量CO与稳态值SteadyValueCO的交叉区域面积Ai:其中,r1,r2,r3,…,rN为CO与SteadyValueCO的交点,N为交点个数,i=1,2,…,N-1,计算出所有交叉区域面积中的最大值Am及面积之和Atot:Am=max{A1,A2,L,AN-1}则AI指标为上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,控制回路PI控制器参数的优化建议如下:若0<AI<0.35,-1<II<-0.6,则比例增益Kp偏高或/且积分时间Ti偏低,需要计算输出指标OI,并根据输出指标OI对PI控制器进行调节;若0<AI<0.35,-0.6≤II≤1,则Ti偏高,需要减小Ti的值;若0.35≤AI<0.7,-1<II<-0.6,则Kp和Ti的值合适,无需进行调整;若0.35≤AI<0.7,-0.6≤II≤0,则Kp和Ti均偏低,需增大二者的值;若0.35≤AI<0.7,0<II≤1,则Kp偏低而Ti偏高,需增大Kp,减小Ti;若0.7<AI≤1,-1<II<-0.6,则Kp偏低,需增大Kp的值;若0.7<AI≤1,-0.6≤II≤0,则Kp和Ti均偏低,需增大二者的值;若0.7<AI≤1,0<II≤1,则Kp偏低而Ti偏高,需增大Kp,减小Ti。上述基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,计算输出指标OI,并根据输出指标OI对PI控制器进行调节的具体方法如下:输出指标OI的计算:求被控变量PV的稳态值SteadyV本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,其特征是,所述方法首先采集待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据;然后进行设定值扰动检测和负载扰动检测,若仅检测到了负载扰动,则采集并存储待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据,待控制回路进入稳态后判断负载扰动是否有效,若有效则利用所存储的数据计算性能指标II和AI,最后根据计算结果给出控制回路PI控制器参数的优化建议。

【技术特征摘要】
1.一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,其特征是,所述方法首先采集待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据;然后进行设定值扰动检测和负载扰动检测,若仅检测到了负载扰动,则采集并存储待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据,待控制回路进入稳态后判断负载扰动是否有效,若有效则利用所存储的数据计算性能指标II和AI,最后根据计算结果给出控制回路PI控制器参数的优化建议。2.根据权利要求1所述的一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,其特征是,所述方法包括以下步骤:A、采集待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的当前时刻数据;B、进行设定值扰动检测,若未检测到发生设定值扰动,则转至步骤C,否则等待设定值扰动结束后返回步骤A;C、进行负载扰动检测,若检测到发生负载扰动,则转至步骤D,否则返回步骤A;D、采集并存储待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的当前时刻数据,并判断控制回路是否进入稳态;若控制回路未达到稳态则继续采集和存储数据,若回路已经进入稳态,则判断负载扰动是否有效,若负载扰动有效则转至步骤E,若负载扰动无效则返回步骤A;E、利用所存储的待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的时间序列数据,计算性能指标II和AI;F、根据计算出的性能指标II和AI,给出控制回路PI控制器参数的优化建议。3.根据权利要求2所述的一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,其特征是,进行设定值扰动检测的方法为:设上一时刻k-1采集的设定值数据为SP(k-1),当前时刻k采集的设定值数据为SP(k),若有|SP(k)-SP(k-1)|>ΔSP,则判断为发生了设定值扰动,否则,判断为未发生设定值扰动,其中,ΔSP是设定值扰动阈值。4.根据权利要求3所述的一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,其特征是,进行负载扰动检测的方法为:设上一时刻k-1采集的被控变量数据为PV(k-1),控制器输出数据为CO(k-1),当前时刻k采集的被控变量数据为PV(k),控制器输出数据为CO(k),若|PV(k)-PV(k-1)|和|CO(k)-CO(k-1)|有任何一个不为零,则判断为发生了负载扰动。5.根据权利要求4所述的一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,其特征是,判断控制回路是否进入稳态的方法为:对于最近5个时刻,即k-4,k-3,k-2,k-1,k所采集的被控变量数据与控制器输出数据,若均满足|PV(i)-PV(i-1)|<Dy且|CO(i)-CO(i-1)|<Du(i=k-4,k-3,k-2,k-1,k),则判断为进入稳态,否则判断为未进入稳态,其中,PV(i)为时刻i采集的被控变量数据,CO(i)为时刻i采集的控制器输出数据,Dy和Du分别是被控变量和控制器输出的判稳死区。6.根据权利要求5所述的一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法,其特征是,判断控制回路负载扰动是否有效的方法为:设PVmax为当前负载扰动过程存储的PV时间序列数据的最大值,SteadyValuePV为当前负载扰动过程存储的PV时间序列数据的稳态值,令ΔD=|PVmax-SteadyValuePV|;设SteadyValueCO为当前负载扰动过程存储的CO...

【专利技术属性】
技术研发人员:王印松高颖孙天舒蒋雄杰胡翔高建强刘卫亮
申请(专利权)人:华北电力大学保定浙江浙能嘉华发电有限公司
类型:发明
国别省市:河北,13

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