【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及pid控制，具体涉及一种基于回路状态自动检测的pid向导整定方法及系统。
技术介绍
1、在工业流程控制中，pid(比例积分微分)控制策略是目前最常见且广泛应用的方法。由于其具有结构简单、易于实施和稳定性好的特点，大约90％以上的自动控制回路均采用了该种控制策略。在pid控制过程当中，pid控制参数的选择对系统性能有着至关重要的影响。选择适当的参数可以确保工业流程平稳运行，而不当的参数选择可能导致系统波动，甚至发生振荡，对工业生产过程造成不良影响。因此，在流程控制中，pid参数整定是不可或缺的。
2、现有技术中关于pid参数整定方法众多，但是所有的整定方法的使用都是有条件的，例如内模整定方法需要基于辨识模型计算得到，同时辨识模型依赖于具有阶跃(有激励)的数据，而扰动大数据会影响辨识结果的准确性，因此其整定效果的受制因素较多，无法适用各种场景下的回路。从而使得各个厂家整定软件的整定效果从整体来看并不理想，且集合多种整定方法的软件一般操作复杂性高，如果用户对其中各种整定方法的应用场景不熟悉的情况下，难以选择合适的整定方法去应用，软件的使用门槛高。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于现有技术中单一回路整定方法限制多，普适性差，从而使得集合多种整定方法的软件一般操作复杂性高，如果用户对其中各种整定方法的应用场景不熟悉，则难以选择合适的整定方法去应用，软件的使用门槛高；本专利技术旨在提供一种基于数据的多维度回路状态检测的状态检测方法，提升参数整定的有效性
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案。
3、第一方面，本专利技术提供一种基于回路状态自动检测的pid向导整定方法，包括，
4、获取回路趋势数据和参数数据，并进行有效性校验；
5、进行回路状态检测，获取回路的状态指标；
6、根据回路状态检测结果，按照预设定的分配规则分配对应的参数整定方法；
7、根据回路状态检测中的激励指数计算并输出调节建议；
8、使用对应的整定方法对分发的参数进行整定，得到pid控制器参数。
9、进一步的，所述有效性校验包括进行实时参数的有效性验证和关系数据参数的范围校验；所述实时数据是指和时间戳相关的数据，包括回路趋势数据和部分回路参数数据；所述关系数据是指回路属性的数据，包含在回路参数数据中；所述回路趋势数据指pid控制回路的设定值sv、测量值pv、阀位值mv的波形数据；回路参数数据指描述pid控制回路属性的参数数据，包括pid控制回路的回路类型、控制模式、当前pid参数、测量值量程上下限和/或阀位值量程上下限。
10、进一步的，所述回路状态检测包括回路初始状态的检测、数据激励程度检测、阀门饱和率检测、回路自控率检测、回路平稳率检测和/或回路振荡指数检测。
11、进一步的，所述根据回路状态检测结果，按照预设定的分配规则分配对应的参数整定方法包括，
12、判断回路是否处于初始状态，当回路处于初始状态时，判断激励指数是否大于阈值，若是，说明该回路适合用基于模型的整定方法，则自动选择基于模型辨识的pid参数整定方法；若否，说明该回路不适合用基于模型的整定方法，则自动选择基于专家经验的pid参数整定方法；
13、当回路不为初始状态时，判断阀门饱和率是否高于阈值，若阀门饱和率超过阈值，则说明由于阀门的原因当前回路不适合整定，则不分配整定方法并提供相关指导建议；若阀门饱和率未达到阈值，说明阀门工作状态正常，进入下一步判定；
14、判断激励指数是否低于阈值，若低于阈值，说明回路数据激励程度不足，则不分配整定方法并提供相关指导建议；若高于阈值，说明激励充分，则进入下一步判定；
15、判断回路自控率是否低于阈值，若是，说明手动状态占比较高，则自动选择基于模型辨识的pid参数整定方法；若否，说明自动状态占比较高，则进入下一步判定；
16、判断回路平稳率是否低于阈值，若是，说明回路有波动，则自动选择基于趋势判断的交互式参数整定方法；若否，说明回路较平稳，则进入下一步判定；
17、判断回路振荡指数是否高于阈值，若是，说明回路振荡较大，则自动选择基于趋势判断的交互式参数整定方法，若否，视为回路性能较好，不自动分配整定方法，建议保持现状。
18、进一步的，所述根据回路状态检测中的激励指数计算并输出调节建议为根据模糊理论规则计算结果判断调整输入的回路趋势数据的方向，指导用户做相应的测试。
19、进一步的，所述根据模糊理论规则计算的模糊输入量为激励指数α和有效部分超出面积占比β，激励指数α和有效部分超出面积占比β根据回路的控制模式并结合设定值sv、测量值pv的趋势曲线，通过面积法进行计算得到：
20、激励指数α＝(在阶跃矩形范围内的测量值pv包围的面积-超出阶跃矩形范围外的测量值pv包围的面积)/选取设定值sv开始变化和变化结束的点作为边界的阶跃矩形面积；其模糊论域为[0,1]，模糊子集为{远小(rs)，小(s)，适中(n)，大(b)，远大(rb)}；
21、有效部分超出面积占比β＝超出阶跃矩形范围外的测量值pv包围的面积/阶跃矩形范围内的测量值pv包围的面积；其模糊论域为[0，∞)，模糊子集为{远小(rs)，小(s)，适中(n)，大(b)，远大(rb)}。
22、进一步的，所述根据模糊理论规则计算还包括构建输入激励指数α和有效部分超出面积占比β与输出模糊量k之间的模糊关系映射，将激励指数α和有效部分超出面积占比β经过模糊化、模糊推理和清晰化，计算得到模糊量k值；
23、获得模糊量k值后，根据有效部分超出面积占比β的数值大小进行判断调节方向，输出用户操作向导；
24、当β>0.1时，建议调节激励幅值a’＝a+2ka，其中a为输入数据激励的幅值；
25、当β≤0.1时，建议调节激励周期t’＝t+kt，其中t为输入数据激励的周期。
26、进一步的，所述整定方法包括基于模型辨识的pid参数整定方法，基于专家经验的pid参数整定方法和/或基于趋势判断的交互式整定方法。
27、进一步的，所述基于模型辨识的pid参数整定方法包括但不限于采用子空间辨识方法进行模型辨识，再使用内模整定方法计算pid参数；基于专家经验的pid参数整定方法包括但不限于基于迁移学习的pid参数整定方法；基于趋势判断的交互式整定方法包括但不限于基于特征参数判断的趋势线调节参数方法。
28、第二方面，本专利技术提供一种基于回路状态自动检测的pid向导整定系统，，用于执行上述基于回路状态自动检测的pid向导整定方法，包括
29、数据获取模块，用于获取回路运行的回路趋势数据和回路参数数据；
30、数据校验模块，用于对实时参数进行有效性验证和关系数据参数的范围校验；其中，所述实时数据是指和时间戳相关的数据，包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，所述有效性校验包括进行实时参数的有效性验证和关系数据参数的范围校验；所述实时数据是指和时间戳相关的数据，包括回路趋势数据和部分回路参数数据；所述关系数据是指回路属性的数据，包含在回路参数数据中；所述回路趋势数据指PID控制回路的设定值SV、测量值PV、阀位值MV的波形数据；回路参数数据指描述PID控制回路属性的参数数据，包括PID控制回路的回路类型、控制模式、当前PID参数、测量值量程上下限和/或阀位值量程上下限。
3.根据权利要求1所述的基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，所述回路状态检测包括回路初始状态的检测、数据激励程度检测、阀门饱和率检测、回路自控率检测、回路平稳率检测和/或回路振荡指数检测。
4.根据权利要求3所述的基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，所述根据回路状态检测结果，按照预设定的分配规则分配对应的参数整定方法包括，
5.根据权利要求
6.根据权利要求5所述的基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，所述根据模糊理论规则计算的模糊输入量为激励指数α和有效部分超出面积占比β，激励指数α和有效部分超出面积占比β根据回路的控制模式并结合设定值SV、测量值PV的趋势曲线，通过面积法进行计算得到：
7.根据权利要求6所述的基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，所述根据模糊理论规则计算还包括构建输入激励指数α和有效部分超出面积占比β与输出模糊量k之间的模糊关系映射，将激励指数α和有效部分超出面积占比β经过模糊化、模糊推理和清晰化，计算得到模糊量k值；
8.根据权利要求6所述的基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，所述整定方法包括基于模型辨识的PID参数整定方法，基于专家经验的PID参数整定方法和/或基于趋势判断的交互式整定方法。
9.根据权利要求8所述的基于回路状态自动检测的PID向导整定方法，其特征在于，所述基于模型辨识的PID参数整定方法包括但不限于采用子空间辨识方法进行模型辨识，再使用内模整定方法计算PID参数；基于专家经验的PID参数整定方法包括但不限于基于迁移学习的PID参数整定方法；基于趋势判断的交互式整定方法包括但不限于基于特征参数判断的趋势线调节参数方法。
10.一种基于回路状态自动检测的PID向导整定系统，其特征在于，包括，
...【技术特征摘要】
1.一种基于回路状态自动检测的pid向导整定方法，其特征在于，包括，
2.根据权利要求1所述的基于回路状态自动检测的pid向导整定方法，其特征在于，所述有效性校验包括进行实时参数的有效性验证和关系数据参数的范围校验；所述实时数据是指和时间戳相关的数据，包括回路趋势数据和部分回路参数数据；所述关系数据是指回路属性的数据，包含在回路参数数据中；所述回路趋势数据指pid控制回路的设定值sv、测量值pv、阀位值mv的波形数据；回路参数数据指描述pid控制回路属性的参数数据，包括pid控制回路的回路类型、控制模式、当前pid参数、测量值量程上下限和/或阀位值量程上下限。
3.根据权利要求1所述的基于回路状态自动检测的pid向导整定方法，其特征在于，所述回路状态检测包括回路初始状态的检测、数据激励程度检测、阀门饱和率检测、回路自控率检测、回路平稳率检测和/或回路振荡指数检测。
4.根据权利要求3所述的基于回路状态自动检测的pid向导整定方法，其特征在于，所述根据回路状态检测结果，按照预设定的分配规则分配对应的参数整定方法包括，
5.根据权利要求1所述的基于回路状态自动检测的pid向导整定方法，其特征在于，所述根据回路状态检测中的激励指数计算并输出调节建议为根据模糊理论规则计算结果判断调整输入的回路趋势数据的方向，指导用户做相应的测试。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张晨韵，杨肖，王家栋，童不凡，
申请(专利权)人：中控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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