一种取代PID调节的闭环收敛系统技术方案

本发明专利技术公开了一种取代PID调节的闭环收敛系统，可以应用于内燃机车的内燃机转速控制，包括：控制部分和被控部分，控制部分用于接受指令信号和被控部分的反馈信号，并对被控部分发出控制信号；被控部分用于接受控制信号，发出反馈信号，并在控制信号的作用下实现被控运动；所述控制部分包括包络线二阶微分环节，所述包络线二阶微分环节等效于PID控制环节。本发明专利技术通过对PID调节系统原理精研和模型分析，独创性将闭环收敛系统的整定参数数量减少为一个，仅用一个参数整定的闭环收敛系统就可以实现以往PID调节系统的效果。实现以往PID调节系统的效果。实现以往PID调节系统的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种取代PID调节的闭环收敛系统


[0001]本申请涉及工程控制
，特别是涉及一种取代PID调节的闭环收敛系统。

技术介绍

[0002]工程控制领域内的闭环收敛系统中，被控对象理想的输出应该是可控收敛或者至少在容差范围内稳定不发散，因此闭环收敛系统的传递函数一般包含比例环节(简称P)、积分环节(简称I)和微分环节(简称D)，从而实现控制系统维持在稳定状态。这种闭环收敛系统就被简称为PID调节系统。
[0003]对于PID调节系统来说，快速、准确、合理的确定P、I、D参数至关重要，在传递函数已经确定的情况下，P、I、D三个参数的确定对PID调节系统的效果起决定性作用。但是，由于是P、I、D三个参数共同作用于一个传递函数，对传递函数的效果影响相互牵连，互相羁绊，调节整定这三个参数中的任何一个时都可能对另外两个的效果产生影响，所以实际上针对PID调节系统的优化应该是对P、I、D三个参数为坐标的空间内一个最适合的三维数值点的选择和确定，这一过程专业上称之为PID调节系统的参数整定。
[0004]传统的PID调节系统参数整定就是逐一的调整P、I、D三个参数，不断权衡和修正，逐渐找到适合的三维数值点；理论上PID调节系统的参数整定可以通过直接理论计算来确定，但实践中误差太大。目前，PID调节系统的参数整定应用最多的还是工程整定法：如经验法、衰减曲线法、临界比例法、反应曲线法等：
[0005]经验法。又叫现场凑试法，即先确定一个PID调节系统的P、I、D参数值，通过改变给定值对控制系统施加一个扰动，现场观察判断控制曲线形状。若曲线不够理想，可改变P、I、D参数值，再画控制过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合动态过程品质要求为止。
[0006]衰减曲线法。衰减曲线法是以4：1衰减(即输出信号的收敛程度为前周期与后周期震荡幅度比为4:1)作为整定要求的，先切除调节系统的积分和微分参数作用，用凑试法整定纯比例控制作用参数P使之符合4：1衰减比例的要求。再逐一加入I和D参数，同样以4：1衰减比例调试，直到加入全部参数合格为止。
[0007]临界比例法。先切除调节系统的积分和微分作用，仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期。然后将该比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。最后根据系统实际反馈情况加入微分环节。
[0008]反应曲线法。用阶跃响应曲线来整定控制器的参数，设想对被控对象(开环系统)施加一个阶跃信号，通过实验方法，测出其响应信号，根据这条阶跃响应曲线定出一些能反映控制对象动态特性的参数。在此基础上，通过实际反馈试验测定P、I、D参数。
[0009]上述所有的工程整定法其共同特点是通过实验手段，整定P、I、D参数，使PID调节系统可以有效地工作在由这三个参数确定的一个三维数值点上，实现有效地收敛闭环控制。
[0010]从数学原理上看，传统PID调节系统的整定相当于对三元柯西收敛方程的求解，对P、I、D任何一个参数的改变必然引起方程整体的收敛效果变化，实际整定过程中往往难以找到最优解组，甚至使方程收敛特性恶化，这就是现有技术方案缺点的理论依据。
[0011]因此，现有技术方案的缺点可以简单概括为：
[0012]整定成功率低。由于P、I、D三个参数共同作用于一个传递函数，对传递函数的效果影响相互牵连，互相羁绊，调节整定这三个参数中的任何一个时都可能对另外两个的效果产生影响。所以实际整定过程中，往往难以找到最优组合，实现成功整定的概率并不高。
[0013]整定的效率低。由于上述原因整定的成功概率不高，因此需要较长时间的整定工作才能找到一个可容忍解，因此PID调节系统的参数整定往往耗时较长，工作效率很低。事实上，PID调节系统的参数整定一般都是整个闭环系统调试工作中耗时最长的部分。
[0014]整定的效果差别大。由于P、I、D三个参数共同作用于一个传递函数，当需要对传递函数进行调整时，往往无法确定该对哪个参数进行操作，不同参数的操作效果对传递函数整体的影响也不相同。这就造成在整定工作中，不同操作者或者同一操作者在不同操作方法情况下，对PID调节系统的整定效果差别可能很大。
[0015]整定承接性差、团队交流困难。同样基于第3点缺点带来的附加缺点是如果整定工作由不同人员承接进行，由于对P、I、D三个参数的选择不同、操作顺序不同，整定工作承接性往往很差；同时团队间合作和交流时也会由于参数选择和顺序问题无法得到结果契合点，无法进行有效讨论，造成团队交流困难。

技术实现思路

[0016]针对上述现有技术方案的缺点，本专利技术的专利技术目的是提供一套更为优化的取代PID调节的闭环收敛系统。本专利技术中通过对PID调节系统原理精研和模型分析，独创性将闭环收敛系统的整定参数数量减少为一个，仅用一个参数整定的闭环收敛系统就可以实现以往PID调节系统的效果。
[0017]为此，本专利技术提供了以下技术方案：
[0018]本专利技术提供了一种取代PID调节的闭环收敛系统，包括：控制部分和被控部分，控制部分用于接受指令信号和被控部分的反馈信号，并对被控部分发出控制信号；被控部分用于接受控制信号，发出反馈信号，并在控制信号的作用下实现被控运动；所述控制部分包括包络线二阶微分环节，所述包络线二阶微分环节等效于PID控制环节。
[0019]进一步地，所述包络线二阶微分环节通过收敛曲线包络线斜率的微分控制闭环收敛系统的输出曲线收敛。
[0020]进一步地，所述包络线二阶微分环节通过收敛曲线包络线斜率的微分控制闭环收敛系统的输出曲线收敛，包括：
[0021]将收敛曲线包络线斜率的微分定义为参数W，当W增大时，收敛曲线收敛快速，静态容差带小；当W减小时，收敛曲线收敛减慢，静态容差带大。
[0022]进一步地，所述控制部分的参数整定包括：整定收敛曲线包络线斜率的微分。
[0023]进一步地，所述被控部分中的控制对象为内燃机车的内燃机转速。
[0024]实际证明，本专利技术是更为优化的取代PID调节的闭环收敛系统。其有益效果包括：
[0025](1)、由于本专利技术中闭环收敛系统传递函数的收缩性质只由一个参数确定，所以相
对于PID调节系统三个相互关联参数整定方式，难度降低，从理论上保证整定工作成功率大幅提高。且相对于PID调节系统也大幅提高了整定工作的工作效率，缩短耗时。
[0026](2)、由于本专利技术中闭环收敛系统的参数整定只涉及一个参数，因此无论是不同操作者还是同一操作者在不同场合情况下，对该闭环收敛系统的整定效果保持一致，保证了整定工作单线进行，工作承接性更好；团队交互点唯一也保证了团队合作和交流顺畅。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种取代PID调节的闭环收敛系统，其特征在于，包括：控制部分和被控部分，控制部分用于接受指令信号和被控部分的反馈信号，并对被控部分发出控制信号；被控部分用于接受控制信号，发出反馈信号，并在控制信号的作用下实现被控运动；所述控制部分包括包络线二阶微分环节，所述包络线二阶微分环节等效于PID控制环节。2.根据权利要求1所述的一种取代PID调节的闭环收敛系统，其特征在于，所述包络线二阶微分环节通过收敛曲线包络线斜率的微分控制闭环收敛系统的输出曲线收敛。3.根据权利要求2所述的一种取代PID调节的闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏春光，王良彬，代振威，苏宇婷，王孝峰，
申请(专利权)人：大连中车柴油机有限公司，
类型：发明
国别省市：