一种基于关键指标的PID回路参数智能整定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于关键指标的PID回路参数智能整定方法及系统，涉及自动化PID控制领域，包括采集运行参数；设定反映控制性能的关键指标；计算关键指标的实际值并设置阈值；判断PID回路是否满足控制性能下降要求，若是：筛选建模数据段；对PID回路进行模型辨识；对PID回路进行参数整定，将PID参数的建议值输入集散控制系统DCS中；继续采集运行参数，计算关键指标的实际值；若否：直接继续采集运行参数，计算关键指标的实际值。本发明专利技术根据实际值与阈值的大小关系判断PID回路的控制性能，从而能够在PID回路的控制性能下降或控制效果较差时，及时进行参数智能整定，使得控制回路一直保持在最佳状态下工作。在最佳状态下工作。在最佳状态下工作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于关键指标的PID回路参数智能整定方法及系统


[0001]本专利技术涉及自动化PID控制领域，具体而言，涉及一种基于关键指标的PID回路参数智能整定方法及系统。

技术介绍

[0002]PID控制(Proportional Integral Derivative，比例
‑
积分
‑
微分控制)策略，由于具有结构简单、参数调整方便、适用面广、鲁棒性强的特点，是工业控制器中应用最为普遍的控制策略。PID回路控制性能对企业提高生产效率、安全平稳操作、降本增效等方面具有重要的作用，直接影响企业的经济效益。
[0003]PID控制回路最大难点在于PID参数的整定，目前PID参数多依靠工程师的人工经验整定，具有很多缺陷，例如，其一，人工经验整定很大程度上依赖于工程师们的经验，且效率较低，即便是经验丰富的人员，也需要花大量时间进行工程测试和参数调优。其二，PID参数的优劣，工程师只能简单地通过DCS(Distributed Control System，集散控制系统)画面曲线进行定性的判断，无法准确的进行定量的衡量。其三，一套PID参数的适应范围有限，当负荷等生产条件发生变化导致工作状态迁移时，原有PID参数可能不再适用，导致PID控制器的控制性能下降，而工程师很难准确发现这种工作状态的迁移而及时调整PID参数，导致PID控制器实际没有一直都处于最佳工作状态。
[0004]因此，设计一种智能化自动整定PID参数，使PID控制器的控制效果达到最佳的方法是业内亟待解决的技术问题。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于关键指标的PID回路参数智能整定方法及系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供一种基于关键指标的PID回路参数智能整定方法，包括：
[0007]从集散控制系统DCS中采集PID回路的运行参数；
[0008]设定反映所述PID回路的控制性能的关键指标；
[0009]根据所述PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值；
[0010]根据所述PID回路特点，设置所述关键指标的阈值；
[0011]根据所述实际值与所述阈值的大小关系判断所述PID回路是否满足控制性能下降要求，若是：发送控制性能下降通知，启动PID参数智能整定功能；从所述运行参数中筛选能反映所述PID回路特点并适合建模的数据段；根据所述数据段对所述PID回路进行模型辨识，得到回路模型；根据所述回路模型以及所述集散控制系统DCS的类型，对所述PID回路进行参数整定，得到PID参数的建议值；将所述PID参数的建议值输入所述集散控制系统DCS中；继续采集PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值；若否：直接继续采集PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值。
[0012]可选地，所述PID回路的运行参数至少包括设定时段内的n个测量值PV
i
和n个设定值SV
i
，所述关键指标包括变异系数Cov和准确率系数Accu；所述关键指标的实际值包括所述变异系数Cov的计算值和所述准确率系数Accu的计算值；
[0013]根据所述PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值，具体为：
[0014]根据公式计算所述变异系数Cov，其中，Ave表示n个所述测量值PV
i
的均值，Std表示标准偏差；所述均值Ave为所述标准偏差Std为
[0015]根据公式计算所述准确率系数Accu。
[0016]可选地，所述阈值包括变异系数Cov的阈值和准确率系数Accu的阈值；
[0017]根据所述实际值与所述阈值的大小关系判断所述PID回路是否满足控制性能下降要求，具体为：
[0018]分别比较所述变异系数Cov的计算值和阈值、以及所述准确率系数Accu的计算值和阈值，当所述变异系数Cov的计算值大于所述变异系数Cov的阈值、且所述准确率系数Accu的计算值小于所述准确率系数Accu的阈值时，则表示满足控制性能下降要求；否则，不满足控制性能下降要求。
[0019]可选地，所述变异系数Cov的阈值为2，所述准确率系数Accu的阈值为0.8。
[0020]可选地，所述PID回路的运行参数包括设定时段内的设定值、测量值和控制器输出值；
[0021]从所述运行参数中筛选能反映所述PID回路特点并适合建模的数据段，具体为：
[0022]对所述测量值和所述控制器输出值进行趋势提取，得到趋势提取结果；
[0023]根据所述趋势提取结果，对每个数据点进行合理度分析，得到每个数据点的合理度；
[0024]采用滑动窗口的方法，对所述设定值、所述测量值和所述控制器输出值进行划分，得到多个滑动数据段；
[0025]根据每个所述数据点的合理度和所述滑动数据段，得到所述滑动数据段中所有数据点的合理度的平均值，记作滑动数据段合理度；
[0026]当所述滑动数据段内的自动状态是自动、且所述设定值无变化时，设置所述滑动数据段合理度为零；
[0027]将所述滑动数据段合理度为第一数值的所述滑动数据段，作为适合建模的数据段。
[0028]可选地，根据所述拟合结果，对每个数据点进行合理度分析，得到每个数据点的合理度，具体为：
[0029]当系统增益为正时，在预定范围内，若所述控制器输出值或所述测量值不变，则所述合理度为零；若所述测量值的趋势提取结果和所述控制器输出值的趋势提取结果变化趋
势一致，则所述合理度为正；否则，所述合理度为负；当系统增益为负时，在预定范围内，若所述控制器输出值或所述测量值不变，则所述合理度为零；若所述测量值的趋势提取结果和所述控制器输出值的趋势提取结果变化趋势一致，则所述合理度为负；否则，所述合理度为正。
[0030]可选地，对所述PID回路进行模型辨识，得到回路模型，具体为：
[0031]采用最小二乘原理对所述PID回路进行模型辨识，得到回路模型为其中，K表示所述PID回路的增益，T为时间常数，τ表示纯时延。
[0032]可选地，对所述PID回路进行参数整定，具体为：
[0033]采用Z
‑
N法，对所述PID回路进行参数整定。
[0034]另一方面，本专利技术还提供一种基于关键指标的PID回路参数智能整定系统，包括：
[0035]采集模块，用于从集散控制系统DCS中采集PID回路的运行参数；
[0036]设定模块，用于设定反映所述PID回路的控制性能的关键指标；
[0037]第一计算模块，用于根据所述PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值；
[0038]设置模块，用于根据所述PID回路特点，设置所述关键指标的阈值；
[0039]判断模块，用于根据所述实际值与所述阈值的大小关系判断所述PID回路是否满足控制性能下降要求，若是：发送控制性能下降通知，启动PID参数智能整定功能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于关键指标的PID回路参数智能整定方法，其特征在于，包括：从集散控制系统DCS中采集PID回路的运行参数；设定反映所述PID回路的控制性能的关键指标；根据所述PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值；根据所述PID回路特点，设置所述关键指标的阈值；根据所述实际值与所述阈值的大小关系判断所述PID回路是否满足控制性能下降要求，若是：发送控制性能下降通知，启动PID参数智能整定功能；从所述运行参数中筛选能反映所述PID回路特点并适合建模的数据段；根据所述数据段对所述PID回路进行模型辨识，得到回路模型；根据所述回路模型以及所述集散控制系统DCS的类型，对所述PID回路进行参数整定，得到PID参数的建议值；将所述PID参数的建议值输入所述集散控制系统DCS中；继续采集PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值；若否：直接继续采集PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值。2.根据权利要求1所述的基于关键指标的PID回路参数智能整定方法，其特征在于，所述PID回路的运行参数至少包括设定时段内的n个测量值PV
i
和n个设定值SV
i
，所述关键指标包括变异系数Cov和准确率系数Accu；所述关键指标的实际值包括所述变异系数Cov的计算值和所述准确率系数Accu的计算值；根据所述PID回路的运行参数，计算所述关键指标的实际值，具体为：根据公式计算所述变异系数Cov，其中，Ave表示n个所述测量值PV
i
的均值，Std表示标准偏差；所述均值Ave为所述标准偏差Std为根据公式计算所述准确率系数Accu。3.根据权利要求2所述的基于关键指标的PID回路参数智能整定方法，其特征在于，所述阈值包括变异系数Cov的阈值和准确率系数Accu的阈值；根据所述实际值与所述阈值的大小关系判断所述PID回路是否满足控制性能下降要求，具体为：分别比较所述变异系数Cov的计算值和阈值、以及所述准确率系数Accu的计算值和阈值，当所述变异系数Cov的计算值大于所述变异系数Cov的阈值、且所述准确率系数Accu的计算值小于所述准确率系数Accu的阈值时，则表示满足控制性能下降要求；否则，不满足控制性能下降要求。4.根据权利要求3所述的基于关键指标的PID回路参数智能整定方法，其特征在于，所述变异系数Cov的阈值为2，所述准确率系数Accu的阈值为0.8。5.根据权利要求1所述的基于关键指标的PID回路参数智能整定方法，其特征在于，所述PID回路的运行参数包括设定时段内的设定值、测量值和控制器输出值；
从所述运行参数中筛选能反映所述PID回路特点并适合建模的数据段，具体为：对所述测量值和所述控制器输出值进行趋势提取，得到趋势提取结果；根据所述趋势提取结果，对每个数据点进行合理度分析，得到每个数据点的合理度；采用滑动窗口的方法，对所述设定值、所述测量值和所述控制器输出值进行划分，得到多个滑动数据段；根据每个所述数据点的合理度和所述滑动数据段，得到所述滑动数据段中所有数据点的合理度的平均值，记作滑动数据段合理度；当所述滑动数据段内的自动状态是自动、且所述设定值无变化时，设置所述滑动数据段合理度为零；将所述滑动数据段合...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁洋洋，曾娜，张伟勇，张天琦，张志强，王健，刘愉快，王行健，常磊，
申请(专利权)人：清云智通北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：