电子负载PID自整定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电子负载PID自整定方法及系统，包括：自整定控制周期T、自整定PID参数和参数校验三个步骤。首先触发开环状态下的阶跃响应，从阶跃响应速度换算得到控制周期T，然后触发闭环状态下的振荡曲线，通过振荡曲线计算得出PID参数；控制周期T和PID参数都整定完毕后通过参数校验来验证和提高参数的准确性。本方法灵活适配各种被测电源，同时无需人工整定，能够规避人工整定存在的耗时长、精度差、一致性差、依赖人工经验的缺陷，提高电子负载的便捷性和适应性。便捷性和适应性。便捷性和适应性。

【技术实现步骤摘要】
电子负载PID自整定方法及系统


[0001]本专利技术涉及电源测试领域，特别涉及一种电子负载PID自整定方法及系统。

技术介绍

[0002]电子负载是用来测试电源性能的专用仪器设备，具备恒流、恒压、恒阻、恒功率以及组合拉载等测试功能，通常使用PID动态调整功率管的开度或开断，从而达到良好的响应速度和控制精度，这就带来了PID参数整定的问题。目前电子负载的PID参数整定包括两种方式，第一种方式采用人工整定，整定结果在出厂前预设进电子负载设备的非易失存储器当中，每次开机就能使用。第二种方式是在出厂前整定出多套参数预设到设备当中，不同的参数用来匹配不同种类或型号的电源，由使用人员选定使用，使电子负载设备能够适配多种被测电源，在一定程度上提高了电子负载的灵活性。
[0003]针对第一种方式：人工整定的方式虽然有效，但缺点在于耗时长，依赖经验，不同的人员整定出的参数差异较大，难以保证产品质量的一致性；此外在设备使用过程中，如果更换了其他品牌或型号的被测电源，或随着电子负载仪器设备的老化，又或因温度、湿度和海拔等工作环境的变化，导致先前整定的PID参数不能继续适用，往往需要人工进行再次的整定才能恢复较好的控制效果，非常麻烦。
[0004]针对第二种方式：出厂前预设多套参数虽然可以提高电子负载应对被测电源和测试环境变化的灵活性，但这仍然属于人工整定的方式，而且只能应对已知品牌和型号的被测电源，如果出现预设范围外的被测电源，预设参数将不再匹配适用。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电子负载PID自整定方法及系统，能够自动整定出最佳的PID参数，避免人工整定存在的耗时长、依赖经验、精度差的问题。
[0006]根据本专利技术第一方面实施例的电子负载PID自整定方法，包括以下步骤：自整定控制周期T：打开电子负载的控制环路，触发阶跃响应，测量被控量幅值的上升时间，然后根据幅值的上升时间计算出控制周期T；自整定PID参数：闭合控制环路让PID控制生效，然后将积分系数Ki和微分系数Kd设置为0，设置比例系数Kp的试验值Kp1和阶跃给定值，随后加载并监测电子负载的拉载情况，如果出现了预期的振荡波形，则根记录任意两个连续波峰的幅值以及时间间隔，然后根据PID计算公式计算出比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，否则退载并按照调整规则调整比例系数Kp后重新加载并监测电子负载的拉载情况；参数校验：闭合控制环路，在闭环状态下首先触发电子负载的阶跃响应，然后进行控制效果的测量核算，如果控制效果在预期范围内，则认为控制周期T和PID参数整定合适，如果控制效果不在预期范围内，则对PID参数进行调整后再次进行校验，直至控制效果在预期范围内。
[0007]根据本专利技术实施例的电子负载PID自整定方法，至少具有如下有益效果：本专利技术实施方式首先触发开环状态下的阶跃响应，从阶跃响应速度换算得控制周期T，然后触发闭环状态下的振荡曲线，通过振荡曲线计算得出PID参数；控制周期T和PID参数都整定完毕后通过参数校验来验证和提高参数的准确性。本方法灵活适配各种被测电源，同时无需人工整定，能够规避人工整定存在的耗时长、精度差、一致性差、依赖人工经验的缺陷，提高电子负载的便捷性和适应性。
[0008]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤自整定控制周期T中测量被控量从10%至90%幅值的上升时间。
[0009]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤自整定控制周期T中控制周期T的计算公式为：被控量幅值的上升时间*换算比例值，换算比例值为0.2~0.5。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤自整定PID参数中调整规则具体为:若输出无响应，则增大比例系数Kp的试验值Kp1，若振荡波形出现削顶或削底，则减小比例系数Kp的试验值Kp1。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤自整定PID参数中比例系数Kp的初始试验值为0.001~0.1，阶跃给定值为被测电源电压满量程的20%~80%。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤自整定PID参数中PID计算公式为Kp = 5*(振荡波形前一个波峰幅值/振荡波形后一个波峰幅值)3/Kp1；Ki = 20/(两个连续波峰的时间间隔*Kp1)；Kd = 0.1Kp。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述步骤参数校验中控制效果包括响应曲线的超调比例、稳态时间和稳态误差。
[0014]根据本专利技术第二方面实施例的电子负载PID自整定系统，包括电子负载，所述电子负载通过上述的电子负载PID自整定方法实现PID的自整定。
[0015]根据本专利技术实施例的电子负载PID自整定系统，至少具有如下有益效果：本专利技术实施方式首先触发开环状态下的阶跃响应，从阶跃响应速度换算得控制周期T，然后触发闭环状态下的振荡曲线，通过振荡曲线计算得出PID参数；控制周期T和PID参数都整定完毕后通过参数校验来验证和提高参数的准确性。本专利技术灵活适配各种被测电源，同时无需人工整定，能够规避人工整定存在的耗时长、精度差、一致性差、依赖人工经验的缺陷，提高电子负载的便捷性和适应性。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述电子负载包括功率模块、控制模块、通讯模块和存储模块，所述控制模块连接所述功率模块的控制端，所述功率模块的输出端用于连接被测电源，所述通讯模块与所述控制模块相连以用于连接上位机，所述存储模块连接所述控制模块以用于存储PID参数。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，还包括上位机，所述上位机与所述电子负载相连。
[0018]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
图1为本专利技术一种实施例的电子负载PID自整定方法流程图；图2为本专利技术一种实施例的整定控制周期T流程图；图3为本专利技术一种实施例的整定PID参数流程图；图4为本专利技术一种实施例的参数校验流程图；图5为本专利技术一种实施例的振荡曲线图；图6为本专利技术一种实施例的电子负载PID自整定系统的原理框图。
具体实施方式
[0020]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0021]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0022]在本专利技术的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子负载PID自整定方法，其特征在于，包括以下步骤：自整定控制周期T：打开电子负载的控制环路，触发阶跃响应，测量被控量幅值的上升时间，然后根据幅值的上升时间计算出控制周期T；自整定PID参数：闭合控制环路让PID控制生效，然后将积分系数Ki和微分系数Kd设置为0，设置比例系数Kp的试验值Kp1和阶跃给定值，随后加载并监测电子负载的拉载情况，如果出现了预期的振荡波形，则根记录任意两个连续波峰的幅值以及时间间隔，然后根据PID计算公式计算出比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，否则退载并按照调整规则调整比例系数Kp后重新加载并监测电子负载的拉载情况；参数校验：闭合控制环路，在闭环状态下首先触发电子负载的阶跃响应，然后进行控制效果的测量核算，如果控制效果在预期范围内，则认为控制周期T和PID参数整定合适，如果控制效果不在预期范围内，则对PID参数进行调整后再次进行校验，直至控制效果在预期范围内。2.根据权利要求1所述的电子负载PID自整定方法，其特征在于：所述步骤自整定控制周期T中测量被控量从10%至90%幅值的上升时间。3.根据权利要求1所述的电子负载PID自整定方法，其特征在于：所述步骤自整定控制周期T中控制周期T的计算公式为：被控量幅值的上升时间*换算比例值，换算比例值为0.2~0.5。4.根据权利要求1所述的电子负载PID自整定方法，其特征在于：所述步骤自整定PID参数中调整规则具体为:若输出无...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏，付强，杨细芳，丁志龙，黄星艳，
申请(专利权)人：湖南恩智测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：