【技术实现步骤摘要】
基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法
本专利技术属于自动控制系统
,具体地说是一种基于被控对象阶跃响应试验数据和临界比例度法的PID参数整定方法。
技术介绍
比例-积分-微分(Proportion-integral-derivative,PID)控制器具有结构简单、容易实现、鲁棒性好等诸多优点,在工业过程自动控制系统中得到了广泛应用。在工程应用中,当PID参数不合理时,不仅系统的动态性能较差,而且还可能需要操作人员频繁干预,甚至导致系统退出自动控制状态。PID控制器只有三个可调参数,但要获得最佳参数组合并不容易,目前工程人员主要利用经验或理论方法整定PID参数。临界比例度法是常用的PID参数整定经验方法之一。用该方法整定PID参数时,要在纯比例控制作用下,由小到大逐渐改变控制器的比例增益,使反馈控制系统产生等幅振荡,以得到临界比例增益和临界周期的数值;然后根据经验公式,计算出PID参数值。该方法在实际应用时,需要工程人员由小到大不断地改变比例增益,每次改变增益后,都需要进行设定值阶跃扰动试验,工作量大,整定时间长,还影响自动控系统的投运;而且,由于临界比例度法需要使系统达到等幅振荡后,才能确定临界比例增益和临界周期,因此,对于无法通过设定值阶跃扰动试验产生等幅振荡的系统,该方法则不适用,例如对参数有严格要求的生产场合,如果被控量出现等幅振荡,可能影响安全常生产,或者当比例增益调整至工程上限时,系统也不会出现等幅振荡的场合。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克 ...
【技术保护点】
1.基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,包括:/n步骤1,自动控制系统稳定运行时,断开PID控制器连接,切换至手动控制状态;手动使控制量产生改变量;待被控对象恢复为稳态后,得到被控对象的开环阶跃响应试验数据;/n步骤2,按设定的周期对开环阶跃响应试验数据采样,得到各个采样时刻的被控量采样值;经计算后得到被控对象的单位阶跃响应序列;/n步骤3,将被控对象与比例控制器构成一个反馈控制系统,设置比例控制器比例增益的初值,以及比例增益变化步长的初值;/n步骤4,对所述的反馈控制系统进行设定值扰动模拟试验,根据控制量改变量计算公式和被控量改变量预测公式递推得到未来M个周期的被控量改变量的预测值;/n步骤5,分析被控量改变量的预测值序列随时间变化的趋势,如还未达到临界振荡状态,按设定规则改变比例增益后,回到步骤4执行,如已达到临界振荡状态,则计算临界增益和临界周期的数值;/n步骤6,利用临界比例度法公式计算得到PID参数。/n
【技术特征摘要】
1.基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,包括:
步骤1,自动控制系统稳定运行时,断开PID控制器连接,切换至手动控制状态;手动使控制量产生改变量;待被控对象恢复为稳态后,得到被控对象的开环阶跃响应试验数据;
步骤2,按设定的周期对开环阶跃响应试验数据采样,得到各个采样时刻的被控量采样值;经计算后得到被控对象的单位阶跃响应序列;
步骤3,将被控对象与比例控制器构成一个反馈控制系统,设置比例控制器比例增益的初值,以及比例增益变化步长的初值;
步骤4,对所述的反馈控制系统进行设定值扰动模拟试验,根据控制量改变量计算公式和被控量改变量预测公式递推得到未来M个周期的被控量改变量的预测值;
步骤5,分析被控量改变量的预测值序列随时间变化的趋势,如还未达到临界振荡状态,按设定规则改变比例增益后,回到步骤4执行,如已达到临界振荡状态,则计算临界增益和临界周期的数值;
步骤6,利用临界比例度法公式计算得到PID参数。
2.根据权利要求1所述的基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,步骤1中,在稳态运行时,断开自动控制系统的PID控制器连接,将自动控制系统由自动控制状态切换至手动控制状态;手动使控制量U在原稳态控制量U0的基础上产生改变量u;
U=U0+u(1)
待被控对象恢复为稳态后,得到被控对象的开环阶跃响应试验数据。
3.根据权利要求1或2所述的基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,步骤2中,对于在步骤1中得到的开环阶跃响应试验数据,按设定的周期T采样,得到各个采样时刻的被控量采样值Yi=Y(iT),i=0,1、2、…、N、…、M,其中N为被控对象的模型长度,M为被控量改变量的预测时域长度。
4.根据权利要求3所述的基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,步骤2中,对于各个被控量采样值Yi,分别减去阶跃响应试验开始前的被控量稳态值Y0,并除以控制量改变量u,确定被控对象的单位阶跃响应序列ai=a(iT),
ai=a(iT)=(Yi-Y0)/u(2)
i=1、2、…、N、…、M。
5.根据权利要求3所述的基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,步骤2中,对于渐近稳定对象,经过N个采样周期后,被控量可视为保持稳态值不变;对于非渐近稳定对象,先采用适当的比例控制器与被控对象构成广义渐近稳定对象,再按照渐近稳定对象方式的处理即可。
6.根据权利要求1或2所述的基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,步骤3中,设比例控制器的比例增益KP的初值为KP0,设比例增益KP变化步长ΔKP的初值为ΔKP0,即:
7.根据权利要求1或2所述的基于阶跃响应数据和临界比例度法的PID参数整定方法,其特征在于,步骤4中,假设上述反馈控制系统在kT时刻前一直处于稳态,其中设定值为C0、被控量为稳态值Y0、控制量为稳态值U0;在kT时刻,对该反馈控制系统进行设定值阶跃扰动试验,即设定值在原C0基础上产生阶跃改变量c,则在kT以及kT以后的各个采样时刻,比例控制器将根据比例增益KP...
【专利技术属性】
技术研发人员:苏烨,孙坚栋,丁宁,张江丰,李泉,陈巍文,戴航丹,
申请(专利权)人:国网浙江省电力有限公司电力科学研究院,杭州意能电力技术有限公司,
类型:发明
国别省市:浙江;33
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