一种阀门定位器控制参数寻优方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种阀门定位器控制参数寻优方法与系统，该方法包括：设置

【技术实现步骤摘要】
一种阀门定位器控制参数寻优方法与系统


[0001]本专利技术涉及阀门
，尤其涉及一种阀门定位器控制参数寻优方法与系统
。

技术介绍

[0002]阀门定位器能够极大地改善气动阀门系统的动态响应和稳态特性，因此在工业控制中有着广泛的应用
。
其中，控制算法作为阀门定位器的核心技术部分，直接关系到工业生产过程中的效率和安全问题
。
由于阀门定位器多使用
PID
控制器，因此，针对各类阀门定位器如何找到合适的
PID
控制参数具有非常重要的意义
。
[0003]目前现有的
PID
控制参数选取方法多为使用数学模型计算，此类方法适用于能用数学模型精确描述的控制对象，而气动阀门系统由于涉及到电气
、
磁场
、
流体等多学科的交叉，因此具有很强的非线性，难以用数学模型准确地描述
。
因此，使用数学模型计算得到的
PID
控制参数使控制器整定不良，控制效果不理想且不能适用于各种不同类型的阀门系统
。
[0004]现有技术主要存在以下缺陷，一是现有的
PID
控制参数选取方法不能很好地适应非线性气动阀门系统，导致控制器整定不良
、
控制效果不理想；二是现有的
PID
控制参数选取方法不能适用于各种不同类型的阀门系统，通用性差；三是现有的
PID
控制参数选取方法不能适应实际生产过程中存在的老化
、
磨损
、
填料不同等变量的差异，对实际生产过程的适应性差；四是现有的
PID
控制参数选取方法往往计算复杂，可行性
、
实用性不高
。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种阀门定位器控制参数寻优方法与系统，用以解决现有
PID
控制参数选取方法不能很好地适应非线性阀门系统
、
控制效果不理想
、
通用性差
、
对实际生产过程的适应性差
、
实用性不高的问题
。
[0006]本专利技术提供了一种阀门定位器控制参数寻优方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]设置对阀门定位器进行控制的
PID
控制参数的初始值和寻优序列，基于所述初始值和寻优序列得到
N
组
PID
控制参数；
[0008]在每一组
PID
控制参数的控制下，对阀门定位器进行一轮测试，测试中根据所述
PID
控制参数控制阀门从初始位置运动至最终目标位置并实时采集阀位传感器的阀位信息，根据阀位信息得到阀门定位器的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标的评分，当完成当前组
PID
参数测试或达到测试跳过条件时则停止当前组
PID
参数的测试，继续进行下一组
PID
参数的测试，直至遍历完
N
组
PID
控制参数；基于无测试跳过条件的各组
PID
控制参数对应的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标的评分，选出最优的控制参数
。
[0009]进一步地，所述每一组
PID
控制参数为三个，每个参数有对应的初始值与寻优序列，每个控制参数的初始值与其相应的寻优序列中的各元素的乘积作为每个控制参数的扩展参数，各个控制参数的扩展参数进行组合得到
N
组
PID
控制参数
。
[0010]进一步地，所述测试跳过条件包括：测试过程中发生大幅度的振荡
、
发生多次小幅
度的振荡
、
任一指标低于阈值
、
测试者中止测试任务
。
[0011]进一步地，根据所述
PID
控制参数控制阀门从初始位置运动至最终目标位置并实时采集阀位传感器的阀位信息，根据阀位信息得到阀门定位器的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标的评分，包括：基于阀门的最终目标位置将测试过程划分为若干测试段，每个测试段有各自的初始位置和目标位置；
[0012]在每个测试段，基于对应
PID
控制参数控制阀门从初始位置运动到目标位置，从阀位指令改变时起到阀门到达目标位置并进入稳态后一段时间为止，实时采集阀位传感器的阀位信息；
[0013]对每个测试段，根据阀位信息得到阀门定位器的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标；
[0014]对所有测试段的所述四种指标分别进行汇总，得到四种指标的评分
。
[0015]进一步地，所述根据阀门位置信息得到阀门定位器的快速性指标包括：
[0016]根据阀门位置信息得到延迟时间和调节时间，所述延迟时间为从初始位置开始到达目标位置与初始位置距离的
50
％时经过的时间，所述调节时间为从初始位置开始到达目标位置与初始位置距离的
95
％时经过的时间；
[0017]基于延迟时间和调节时间得到快速性指标
。
[0018]进一步地，采用如下方式得到快速性指标：
[0019][0020]其中，
fast
performance
为快速性指标，
F1为延迟时间的权重，
C1为延迟时间的阈值，
t
50
为延迟时间，
F2为调节时间的权重，
C2为调节时间的阈值，
t
95
为调节时间，
F1+F2＝1，
fast
performance
∈[0,100]。
[0021]进一步地，所述根据阀门位置信息得到阀门定位器的超调特性指标包括：
[0022]根据阀门位置信息得到超调量，所述超调量为第一次到达目标位置时起至其后第一次小于目标位置时止阀门位置与目标位置距离的最大值；
[0023]基于超调量得到超调特性指标，其公式为：
[0024][0025]其中，
overshoot
performance
为超调特性指标，
D
为超调量的阈值，
overshoot
为超调量，
overshoot
performance
∈[0,100]。
[0026]进一步地，所述根据阀门位置信息得到阀门定位器的稳定性指标包括：
[0027]根据阀门位置信息得到阀门响应进入稳态的时间点，所述阀门本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种阀门定位器控制参数寻优方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：设置对阀门定位器进行控制的
PID
控制参数的初始值和寻优序列，基于所述初始值和寻优序列得到
N
组
PID
控制参数；在每一组
PID
控制参数的控制下，对阀门定位器进行一轮测试，测试中根据所述
PID
控制参数控制阀门从初始位置运动至最终目标位置并实时采集阀位传感器的阀位信息，根据阀位信息得到阀门定位器的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标的评分，当完成当前组
PID
参数测试或达到测试跳过条件时则停止当前组
PID
参数的测试，继续进行下一组
PID
参数的测试，直至遍历完
N
组
PID
控制参数；基于无测试跳过条件的各组
PID
控制参数对应的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标的评分，选出最优的控制参数
。2.
根据权利要求1所述的阀门定位器控制参数寻优方法，其特征在于，所述每一组
PID
控制参数为三个，每个参数有对应的初始值与寻优序列，每个控制参数的初始值与其相应的寻优序列中的各元素的乘积作为每个控制参数的扩展参数，各个控制参数的扩展参数进行组合得到
N
组
PID
控制参数
。3.
根据权利要求1所述的阀门定位器控制参数寻优方法，其特征在于，所述测试跳过条件包括：测试过程中发生大幅度的振荡
、
发生多次小幅度的振荡
、
任一指标低于阈值
、
测试者中止测试任务
。4.
根据权利要求1所述的阀门定位器控制参数寻优方法，其特征在于，根据所述
PID
控制参数控制阀门从初始位置运动至最终目标位置并实时采集阀位传感器的阀位信息，根据阀位信息得到阀门定位器的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标的评分，包括：基于阀门的最终目标位置将测试过程划分为若干测试段，每个测试段有各自的初始位置和目标位置；在每个测试段，基于对应
PID
控制参数控制阀门从初始位置运动到目标位置，从阀位指令改变时起到阀门到达目标位置并进入稳态后一段时间为止，实时采集阀位传感器的阀位信息；对每个测试段，根据阀位信息得到阀门定位器的快速性指标
、
超调特性指标
、
稳定性指标和稳态精度指标；对所有测试段的所述四种指标分别进行汇总，得到四种指标的评分
。5.
根据权利要求1所述的阀门定位器控制参数寻优方法，其特征在于，所述根据阀门位置信息得到阀门定位器的快速性指标包括：根据阀门位置信息得到延迟时间和调节时间，所述延迟时间为从初始位置开始到达目标位置与初始位置距离的
50
％时经过的时间，所述调节时间为从初始位置开始到达目标位置与初始位置距离的
95
％时经过的时间；基于延迟时间和调节时间得到快速性指标
。6.
根据权利要求5所述的阀门定位器控制参数寻优方法，其特征在于，采用如下方式得到快速性指标：
其中，
fast
performance
为快速性指标，
F1为延迟时间的权重，
C1为延迟时间的阈值，
t
50
为延迟时间，
F2为调节时间的权重，
C2为调节时间的阈值，
t
95
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭红军，万明，汪时云，赵昀陇，谭伊雅，甘典志，杨柯，
申请(专利权)人：衡阳北方光电信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：