PID控制器参数整定方法、冷却水回流管路控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种PID控制器参数整定方法、冷却水回流管路控制方法和装置，参数整定方法包括：获取被控对象的传递函数和PID控制器的传递函数，并获取PID控制器的预设微分参数，以及构造比例参数与积分参数的参数空间；根据被控对象的传递函数、PID控制器的传递函数和预设的微分参数确定稳定界线；根据增益裕度和相位裕度分别确定增益裕度界线和相位裕度界线；根据预设的抗干扰比值范围确定抗干扰界线；根据预设的阻尼比范围确定阻尼比界线；根据稳定界线、增益裕度界线、相位裕度界线、抗干扰界线和阻尼比界线确定参数取值区域，并在参数取值区域中选择比例参数与积分参数，从而使参数能够同时符合多目标例如跟踪性能、鲁棒性能及抗干扰性能等要求。

【技术实现步骤摘要】
PID控制器参数整定方法、冷却水回流管路控制方法和装置
本专利技术涉及自动控制
，特别涉及一种PID控制器的参数整定方法、一种PID控制器的参数整定装置、一种蒸馏塔冷却水回流管路的控制方法以及一种蒸馏塔冷却水回流管路的控制系统。
技术介绍
自全球变暖以来，能源和环保是全球瞩目的重要话题，节能并且提高生产效率能够有效地在节省能源和环境保护方面缓解全球变暖的危机，并且也是化工生产中能否降低成本提高收益的重要问题。蒸馏过程是化工过程一个重要的工艺，其流程非常复杂，且在整个化工过程中占有很大比例，因此对蒸馏过程进行节能及提效是非常有意义的课题。在过程控制领域，从20世纪40年代开始一直到现在，约有80％到90％的控制回路都采用的是PID控制的方式。例如，相关技术中提出了在参数空间中稳定区域界线的画法及相关分析，其结合鲁棒性，在对参数空间中的上部边界不断缩小的同时，能尽量使动态过程达到最优化。但是，相关技术存在的问题是，整定好的PID参数仅仅能使系统动态性能良好，而抗干扰性能较差，从而难以及时抑制外界干扰，导致意外情况发生。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种PID控制器的参数整定方法，整定好的PID参数能够同时符合多目标例如跟踪性能、鲁棒性能及抗干扰性能等要求。本专利技术的第二个目的在于提出一种蒸馏塔冷却水回流管路的控制方法。本专利技术的第三个目的在于提出一种PID控制器的参数整定装置。本专利技术的第四个目的在于提出一种蒸馏塔冷却水回流管路的控制系统。为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种PID控制器的参数整定方法，包括以下步骤：获取被控对象的传递函数和PID控制器的传递函数，并获取所述PID控制器的预设微分参数，以及构造比例参数与积分参数的参数空间(Kp，Ki)；根据所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设的微分参数确定所述参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线；获取增益裕度和相位裕度，根据所述增益裕度和相位裕度并结合所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设微分参数分别确定所述参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线；获取预设的抗干扰比值范围，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的抗干扰比值范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线；获取预设的阻尼比范围，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的阻尼比范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的阻尼比界线；根据所述稳定界线、所述增益裕度界线、所述相位裕度界线、所述抗干扰界线和所述阻尼比界线确定所述参数空间(Kp，Ki)中的参数取值区域，并在所述参数取值区域中选择所述PID控制器的比例参数与积分参数。根据本专利技术实施例提出的PID控制器的参数整定方法，获取被控对象的传递函数和PID控制器的传递函数，并获取PID控制器的预设微分参数，以及构造比例参数与积分参数的参数空间(Kp，Ki)，再根据被控对象的传递函数、PID控制器的传递函数和预设的微分参数确定参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线，并获取增益裕度和相位裕度，根据增益裕度和相位裕度并结合被控对象的传递函数、PID控制器的传递函数和预设微分参数分别确定参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线，并获取预设的抗干扰比值范围，根据被控对象的传递函数和PID控制器的传递函数、预设微分参数和预设的抗干扰比值范围确定参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线，并获取预设的阻尼比范围，根据被控对象的传递函数和PID控制器的传递函数、预设微分参数和预设的阻尼比范围确定参数空间(Kp，Ki)中的阻尼比界线，最后根据稳定界线、增益裕度界线、相位裕度界线、抗干扰界线和阻尼比界线确定参数空间(Kp，Ki)中的参数取值区域，并在参数取值区域中选择PID控制器的比例参数与积分参数，从而通过图形化方法，在参数空间上对PID控制器的参数进行区域搜索，以找到一定参数取值区域，使该参数取值区域内的参数能够同时符合多目标例如跟踪性能、鲁棒性能及抗干扰性能等要求，不仅能使系统动态性能良好，还能具有较好的抗干扰性能，进而及时抑制外界干扰例如外界温度、湿度等的变化以及工艺流程本身的一些问题，避免意外情况发生。另外，根据本专利技术上述实施例的PID控制器的参数整定方法还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的一个实施例，根据所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设的微分参数确定所述参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线，包括：根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数获取所述被控对象的特征方程；在复频域对所述被控对象的特征方程进行分析以获取第一分析结果；根据克莱姆法则对所述第一分析结果进行处理以确定所述参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线。根据本专利技术的一个实施例，根据所述增益裕度和相位裕度并结合所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设微分参数分别确定所述参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线，包括：根据所述增益裕度和相位裕度获取增益相位裕度模型，并根据所述增益相位裕度模型对所述被控对象的特征方程进行调整以获取调整后的特征方程；在复频域对所述调整后的被控对象的特征方程进行分析以获取第二分析结果；根据克莱姆法则对所述第二分析结果进行处理以分别确定所述参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线。根据本专利技术的一个实施例，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的抗干扰比值范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线，包括：根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数获取前向通道的闭环传递函数和干扰通道的闭环传递函数；在复频域对所述前向通道的传递函数与所述干扰通道的传递函数之比进行分析以获取第三分析结果；根据所述第三分析结果、所述预设的微分参数和预设的抗干扰比值范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线。为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出的蒸馏塔冷却水回流管路的控制方法，包括以下步骤：测量所述冷却水回流管路入口的水流量以获取流量数据；测量所述冷却水回流管路出口的水温以获取温度数据；根据所述流量数据和所述温度数据进行系统辨识以获取所述冷却水回流管路的传递函数；将所述冷却水回流管路的传递函数作为被控对象的传递函数，并根据前述第一方面实施例的PID控制器的参数整定方法获取所述PID控制器的比例参数与积分参数；根据所述PID控制器的比例参数与积分参数以及预设微分参数对所述冷却水回流管路进行控制。根据本专利技术实施例提出的蒸馏塔冷却水回流管路的控制方法，测量冷却水回流管路入口的水流量以获取流量数据，并测量冷却水回流管路出口的水温以获取温度数据，并根据流量数据和温度数据进行系统辨识以获取冷却水回流管路的传递函数，以及将冷却水回流管路的传递函数作为被控对象的传递函数，并根据前述第一方面实施例的PID控制器的参数整定方法获取PID控制器的比例参数与积分参数，最后根据PID控制器的比例参数与积分参数以及预设微分参数对冷却水回流管路进行控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PID控制器的参数整定方法，其特征在于，包括以下步骤：获取被控对象的传递函数和PID控制器的传递函数，并获取所述PID控制器的预设微分参数，以及构造比例参数与积分参数的参数空间(Kp，Ki)；根据所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设的微分参数确定所述参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线；获取增益裕度和相位裕度，根据所述增益裕度和相位裕度并结合所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设微分参数分别确定所述参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线；获取预设的抗干扰比值范围，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的抗干扰比值范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线；获取预设的阻尼比范围，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的阻尼比范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的阻尼比界线；根据所述稳定界线、所述增益裕度界线、所述相位裕度界线、所述抗干扰界线和所述阻尼比界线确定所述参数空间(Kp，Ki)中的参数取值区域，并在所述参数取值区域中选择所述PID控制器的比例参数与积分参数。...

【技术特征摘要】
1.一种PID控制器的参数整定方法，其特征在于，包括以下步骤：获取被控对象的传递函数和PID控制器的传递函数，并获取所述PID控制器的预设微分参数，以及构造比例参数与积分参数的参数空间(Kp，Ki)；根据所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设的微分参数确定所述参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线；获取增益裕度和相位裕度，根据所述增益裕度和相位裕度并结合所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设微分参数分别确定所述参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线；获取预设的抗干扰比值范围，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的抗干扰比值范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线；获取预设的阻尼比范围，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的阻尼比范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的阻尼比界线；根据所述稳定界线、所述增益裕度界线、所述相位裕度界线、所述抗干扰界线和所述阻尼比界线确定所述参数空间(Kp，Ki)中的参数取值区域，并在所述参数取值区域中选择所述PID控制器的比例参数与积分参数。2.根据权利要求1所述的PID控制器的参数整定方法，其特征在于，根据所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设的微分参数确定所述参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线，包括：根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数获取所述被控对象的特征方程；在复频域对所述被控对象的特征方程进行分析以获取第一分析结果；根据克莱姆法则对所述第一分析结果进行处理以确定所述参数空间(Kp，Ki)中的稳定界线。3.根据权利要求1所述的PID控制器的参数整定方法，其特征在于，根据所述增益裕度和相位裕度并结合所述被控对象的传递函数、所述PID控制器的传递函数和所述预设微分参数分别确定所述参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线，包括：根据所述增益裕度和相位裕度获取增益相位裕度模型，并根据所述增益相位裕度模型对所述被控对象的特征方程进行调整以获取调整后的特征方程；在复频域对所述调整后的被控对象的特征方程进行分析以获取第二分析结果；根据克莱姆法则对所述第二分析结果进行处理以分别确定所述参数空间(Kp，Ki)中的增益裕度界线和相位裕度界线。4.根据权利要求1所述的PID控制器的参数整定方法，其特征在于，根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数、所述预设微分参数和所述预设的抗干扰比值范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线，包括：根据所述被控对象的传递函数和所述PID控制器的传递函数获取前向通道的闭环传递函数和干扰通道的闭环传递函数；在复频域对所述前向通道的传递函数与所述干扰通道的传递函数之比进行分析以获取第三分析结果；根据所述第三分析结果、所述预设的微分参数和预设的抗干扰比值范围确定所述参数空间(Kp，Ki)中的抗干扰界线。5.一种蒸馏塔冷却水回流管路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：测量所述冷却水回流管路入口的水流量以获取流量数据；测量所述冷却水回流管路出口的水温以获取温度数据；根据所述流量数据和所述温度数据进行系统辨识以获取所述冷却水回流管路的传递函数；将所述冷却水回流管路的传递函数作为被控对象的传递函数，并根据权利要求1-4中任一项所述的PID控制器的参数整定方法获取所述PID控制器的比例参数与积分参数；根据所述PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳其兵，石雅倩，蒋北艳，周星，
申请(专利权)人：北京化工大学，北京国控天成科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11