CN103529700B - 用于反馈系统的控制装置和控制方法，以及反馈系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于反馈系统的控制装置，所述反馈系统包括：受到该控制装置控制的受控装置，和设置在所述受控装置的输出通路上的传感器，所述控制装置包括：计算单元，其根据指令值和来自所述传感器的反馈值，计算所述指令值减去所述反馈值的差值ΔE；输出单元，其输出用于所述控制的第一PI参数或第二PI参数中的任一个；控制单元，其根据指令值、反馈值、和输出单元输出的所述第一PI参数或所述第二PI参数，生成用于控制对象装置的控制的控制信号；当计算单元计算得到的差值ΔE的绝对值︱ΔE ︱大于等于预先确定的第一阈值时，输出单元将第一PI参数输出到所述控制单元，否则输出单元将第二PI参数输出到所述控制单元；在输出第一PI参数的情况下的规定时刻，输出单元使得输出到控制单元的第一PI参数切换到第二PI参数。

Description

用于反馈系统的控制装置和控制方法，以及反馈系统

技术领域

本发明涉及一种用于反馈系统的控制装置和控制方法，以及反馈系统。

背景技术

在反馈系统中，通常采用PID控制器对各种控制目标量进行控制，例如压力控制和流量控制等。常用的PID控制器通常具有PI控制功能和PD控制功能。

在现有的PI控制中，当对于控制目标的指令值发生突变时（即，例如指令信号为阶跃上升信号或阶跃下降信号，或是斜率较大的斜坡信号等时），为了使得系统的反馈值能够快速跟随指令值的变化，即为了提高系统响应性，通常采用较大的P参数或较小的I参数进行控制。但是，采用这样的较大的P参数或较小的I参数进行控制的话，会使得超调量增大，即反馈值跟随指令值的变化过度变化而超过指令值的现象，导致反馈值稳定于指令值的时间增加，这样，系统的响应时间也会增加。如此，也会导致无法有效提高系统的响应性。发明人鉴于上述问题，提出一种控制装置和控制方法以及反馈系统，据此能够有效地提高发生指令变化时系统的响应性。

发明内容

根据装置的观点，提供一种用于反馈系统的控制装置，所述反馈系统包括：受到该控制装置控制的受控装置，和设置在所述受控装置的输出通路上的传感器，所述控制装置包括：计算单元，其根据指令值和来自所述传感器的反馈值，计算所述指令值减去所述反馈值的差值ΔE；输出单元，其输出用于所述控制的第一PI参数或第二PI参数中的任一个，其中，所述第一PI参数中的P参数大于所述第二PI参数中的P参数，且/或所述第一PI参数中的I参数小于所述第二PI参数中的I参数；控制单元，其根据所述指令值、所述反馈值、和所述输出单元输出的所述第一PI参数或所述第二PI参数，生成用于所述控制对象装置的控制的控制信号；其中，当所述计算单元计算得到的差值ΔE的绝对值|ΔE|大于等于预先确定的第一阈值时，所述输出单元将所述第一PI参数输出到所述控制单元，否则所述输出单元将所述第二PI参数输出到所述控制单元；在输出所述第一PI参数的情况下的规定时刻，所述输出单元使得输出到所述控制单元的所述第一PI参数切换到所述第二PI参数。

根据装置的观点，提供一种用于反馈系统的控制方法，所述反馈系统包括：受到该控制装置控制的受控装置，和设置在所述受控装置的输出通路上的传感器，所述控制方法包括：计算步骤，其根据指令值和来自所述传感器的反馈值，计算所述指令值减去所述反馈值的差值ΔE；输出步骤，其输出用于所述控制的第一PI参数或第二PI参数中的任一个，其中，所述第一PI参数中的P参数大于所述第二PI参数中的P参数，且/或所述第一PI参数中的I参数小于所述第二PI参数中的I参数；控制步骤，其根据所述指令值、所述反馈值、和所述输出单元输出的所述第一PI参数或所述第二PI参数，生成用于所述控制对象装置的控制的控制信号；其中，当所述计算步骤计算得到的差值ΔE的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第一阈值时，所述输出步骤将所述第一PI参数输出到所述控制单元，否则所述输出步骤将所述第二PI参数输出到所述控制单元；在输出所述第一PI参数的情况下的规定时刻，所述输出步骤使得输出到所述控制步骤的所述第一PI参数切换到所述第二PI参数。

根据系统的观点，提供一种反馈系统，所述反馈系统包括：控制装置，受到该控制装置控制的受控装置，和设置在所述受控装置的输出通路上的传感器，所述控制装置包括：计算单元，其根据指令值和来自所述传感器的反馈值，计算所述指令值减去所述反馈值的差值ΔE；输出单元，其输出用于所述控制的第一PI参数或第二PI参数中的任一个，其中，所述第一PI参数中的P参数大于所述第二PI参数中的P参数，且/或所述第一PI参数中的I参数小于所述第二PI参数中的I参数；控制单元，其根据所述指令值、所述反馈值、和所述输出单元输出的所述第一PI参数或所述第二PI参数，生成用于所述控制对象装置的控制的控制信号；其中，当所述计算单元计算得到的差值ΔE的绝对值|ΔE|大于等于预先确定的第一阈值时，所述输出单元将所述第一PI参数输出到所述控制单元，否则所述输出单元将所述第二PI参数输出到所述控制单元；在输出所述第一PI参数的情况下的规定时刻，所述输出单元使得输出到所述控制单元的所述第一PI参数切换到所述第二PI参数。

根据本发明的用于反馈系统的控制装置和控制方法，及该反馈系统，能够有效地提高发生指令变化时系统的响应性。

附图说明

图1是显示本发明第一实施方式的控制装置与反馈系统的关系图。

图2是显示本发明第一实施方式的控制装置的内部结构框图。

图3是显示本发明第一实施方式的控制装置中的输出单元的内部结构例的示意图。

图4是显示本发明第一实施方式的控制装置的控制时序图。

图5是显示本发明第一实施方式的指令值阶跃式下降时，采用第一PI参数和采用第二PI参数这两种情况下的阶跃响应波形比较图。

图6是显示本发明第一实施方式的从第一PI参数切换到第二PI参数的情况和没有从第一PI参数切换到第二PI参数这两种情况下的阶跃响应波形图。

图7是显示本发明第二实施方式中的阶跃响应波形图。

图8是显示本发明的第一实施方式和第二实施方式的控制方法的流程图。

具体实施方式

（第一实施方式）

图1是显示本发明第一实施方式的控制装置与反馈系统的关系图。

如图1所示，控制装置10对受控装置20的输出量（即，控制目标量）进行控制。具体的，该受控装置20，例如可以是注塑机等，此时的控制目标量，例如可以为驱动油压等。控制装置10通过其内部的PI控制功能，根据被输入的指令值、第一PI参数、第二PI参数以及由传感器30反馈回来的反馈值，生成对受控装置20的输出量进行控制的控制信号。该控制信号使得受控装置20的输出量跟随指令值变化。传感器30设置于受控装置20的输出通路上并将受控装置20的输出量反馈至控制装置10。

图2是显示第一实施方式的控制装置10的内部结构框图。如图2所示，控制装置10包括：输入单元101、计算单元102、输出单元103、控制单元104。其中，输入单元101作为用于接收被输入指令值、第一PI参数和第二PI参数的单元，也可设置在控制装置10的外部，或由控制装置10的外部输入设备实现，其具体实现可为键盘或触摸屏等设备。

又，控制装置10中，作为控制单元104，可采用常用的PID控制单元，或者是仅执行PI控制的PI控制单元，也可采用执行P控制的控制单元和执行I控制的I控制单元。

又，作为输出单元103，其可作为整体执行其功能。也可实现为，例如，包括图3所示的PI参数存储部1031、和PI参数选择部1032，作为实现输出单元103的功能的组成部分。

下面，以输出单元103实现为包括有PI参数存储部1031和PI参数选择部1032，控制单元104实现为PID控制单元的情况进行说明。

输入单元101根据例如用户的操作输入等，被输入指令值、第一PI参数、第二PI参数。输入单元101将被输入的指令值输出至计算单元102和控制单元104，将被输入的第一PI参数和第二PI参数输出至输出单元103。

其中，第一PI参数设定为使得受控装置20的输出量相对于指令值的变化的响应性比第二PI参数更高的值。例如，第一PI参数中的P参数大于第二PI参数中的P参数，且第一PI参数中的I参数小于第二PI参数中的I参数。或者第一PI参数中的P参数设置为大于第二PI参数中的P参数。或者，第一PI参数中的I参数设置为小于第二PI参数中的I参数。

输出单元103的PI参数存储部1031存储从输入单元101输入的第一PI参数和第二PI参数。

计算单元102根据从输入单元101输入的指令值和来自传感器30的反馈值，计算指令值减去反馈值的差值ΔE，这样的计算可以常时进行也可以规定的时间间隔逐次进行。该差值ΔE带正负符号，当指令值大于反馈值时，ΔE大于零，带正号。当指令值小于反馈值时，ΔE小于零，带负号。当指令值等于反馈值时，ΔE等于零。该计算得到的差值ΔE被输出至PI参数选择部1032。

控制单元104具有PI控制功能，控制单元104在执行PI控制期间，根据指令值和反馈值、以及从输出单元103输入的第一PI参数或第二PI参数生成控制受控装置20用的控制信号。其中，输出单元103中的PI参数选择部1032一旦得知控制单元104开始执行PI控制功能时，选择第一PI参数或第二参数中的任一个，使PI参数存储部1031向控制单元104输出该被选择的第一PI参数或第二PI参数中的任一个，直到PI控制功能的执行结束。这样，通过其内部包括的PI参数存储部1031和PI参数选择部1032，输出单元103能够向第一PI参数或第二PI参数中的任一个输出到控制单元104。

图2示出了一种控制装置10内部组成的可实施的配置方式，但可根据实际需要进行各种改动，例如可以将PI参数存储部1031或PI参数选择部1032设置在控制单元104中。

图4是第一实施方式的控制装置10的控制时序图。

为了说明的方便，假设作为输入信号的指令值为阶跃式，而实际上，指令值也可为斜坡式等其他形式。

如图4所示，当控制单元104在执行PI控制期间，输出单元103的PI参数选择部1032使PI参数存储部1031向控制单元104输出第一PI参数或第二PI参数。输出单元103的PI参数选择部1032对于各参数的选择可基于如下的方法进行。

如图4所示的，在指令值发生阶跃式下降的情况下，一旦当计算单元102计算得到的指令值和反馈值的差值ΔE的绝对值|ΔE|大于等于预先确定的第一阈值Th1，PI参数选择部1032使得PI参数存储部1031所存储的第一PI参数输出到控制单元104，以使得反馈值能够快速跟随指令值的变化，提高系统的响应性。同样地，对于指令值发生阶跃式上升的情况，当计算单元102计算得到的指令值和反馈值的差值ΔE的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第一阈值Th1时，PI参数选择部1032也使得PI参数存储部1031所存储的第一PI参数输出到控制单元104。也就是说，输出单元103，在计算单元102计算得到的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第一阈值Th1时，将第一PI参数输出至控制单元104。

如上所述的，由于第一PI参数中的P参数设置为大于第二PI参数中的P参数，且/或，第一PI参数中的I参数设置为小于第二PI参数中的I参数。因此，这样的选择能够使得系统的反馈值能够更快地跟随指令值变化，提高系统的响应特性。

第一阈值Th1确定了选择P参数较大、I参数较小的第一PI参数的时机，其可以根据反馈系统希望对何种程度变化的指令值进行快速地响应而进行设定，例如，可设定为指令值的某一百分比。将第一阈值Th1设置为指令值的某一百分比具有以下优点：当系统处于较高的指令值的控制的情况下，由于此时系统容许较大幅度的波动，因此也可不启用第一PI参数，这样可防止对于波动的放大而导致系统振荡。第一阈值Th1相对于指令值的百分比的具体数值可根据系统控制要求适当选择，例如一般设定为指令值的40~80%。另外，第一阈值Th1也可根据控制要求，按照其他标准进行设置，例如也可根据系统容许的反馈值的最大波动值的倍数进行设置。

通过采用第一PI参数，可使得反馈值能够更好地跟随指令值，从而提高系统响应性。图5示出指令值阶跃式下降时，采用第一PI参数和采用第二PI参数两种情况下的阶跃响应波形比较图。如图5所示，在指令值发生阶跃式变化时，采用第一PI参数的响应性比采用第二PI参数的响应性更好，即系统响应速度更快。

但是，对于反馈系统来说，当指令值发生变化时普遍存在反馈值相对于指令值超调的现象，所谓超调是指反馈值随着指令值的变化趋势而变化过度并超过指令值，其超出的范围即为超调量。发现这种情况下如果依然采用P参数较大且/或I参数较小的第一PI参数，则可能导致超调量过大，系统响应时间增加，甚至导致系统的振荡。

因此，在输出单元103输出第一PI参数的情况下的规定时刻，输出单元103中的PI参数选择部1032使PI参数存储部1031输出第二PI参数。也就是说，包含有PI参数存储部1031和PI参数选择部1032的输出单元103，在输出第一PI参数的情况下的规定时刻，将输出至控制单元104的第一PI参数切换到第二PI参数。

由于第二PI参数中的P参数小于第一PI参数中的P参数，且/或，第二PI参数中的I参数大于第一PI参数中的I参数。因此，这样的选择能够使得反馈值超调量减小，以缩短反馈值稳定于指令值的时间，即缩短系统的响应时间。因此，系统的响应性进一步得到有效的提高。

又，上述规定时刻可以为，例如，偏差值ΔE变为零时刻之后的时刻。ΔE为零时，反馈值到达指令值，这样，通过ΔE变为零之后输出第二PI参数（即，在ΔE变为零之前输出第一PI参数），具有缩短反馈值稳定于指令值的时间的优点，可进一步提高响应性。又，所述规定时刻也可为偏差值ΔE到达零的时刻。

又，上述规定时刻，也可为如图4所示的，PI参数选择部1032使PI参数存储部1031持续输出第一PI参数的情况下，在ΔE变为零之后、且ΔE的正负符号发生反转（即，ΔE的符号由负变正，或由正变负）、且偏差值ΔE的绝对值︱ΔE ︱大于等于预先确定的第二阈值Th2的时刻。即，包含有PI参数选择部1032和PI参数存储部1031的输出单元103在持续输出第一PI参数的情况下，在ΔE变为零之后、且ΔE的正负符号发生反转、且偏差值ΔE的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第二阈值Th2的时刻，将第二参数输出至控制单元104。此时，相比将规定时刻设定为ΔE为零时的情况，进一步判断ΔE的正负符号是否发生反转，能够容易的进行更高精度的控制。

其中第二阈值Th2确定了选择P参数较小、I参数较大的第二PI参数的时机，其可以根据系统控制要求适当选择，例如，可根据采用第一PI参数的情况下所产生的最大超调量进行设定。举例说明，第二阈值Th2可设置为采用第一PI参数的情况下达到的最大超调量的某一百分比，例如10~60%，或者，第二阈值Th2也可根据系统能够容许的最大超调量进行设定，例如设置为系统容许的最大超调量的某一百分比。另外，第二阈值Th2也可根据指令值的百分比进行设置。

图6是从第一PI参数切换到第二PI参数的情况和没有从第一PI参数切换到第二PI参数这两种情况下的阶跃响应波形图。如图6所示，当ΔE变为零之后ΔE的符号发生反转且绝对值︱ΔE︱大于预先确定的第二阈值Th2时，将第一PI参数切换到第二PI参数，这样能够减小超调量，缩短反馈值稳定于指令值的时间，从而缩短系统响应时间。

（第二实施方式）

本发明第二实施方式的控制装置的内部结构与第一实施方式的相同，在此省略说明。

第二实施方式与第一实施方式的区别在于，如图7所示，其在输出单元103输出第一PI参数的情况下，当第一PI参数的输出经过了规定时间T1（即，绝对值︱ΔE︱大于等于第一阈值的时刻经过规定时间T1）时，将第一PI参数的输出切换到第二PI参数的输出。

该规定时间T1可根据系统要求进行设置，例如，可设置为大于第一PI参数开始输出到差值ΔE的符号发生反转的时间，且小于第一PI参数开始输出到在采用第一PI参数的情况下达到最大超调量的时间。另外，规定时间T1也可根据用户所希望获得的系统响应时间来确定。当该希望获得的系统响应时间确定的情况下，可以通过改变用户输入的第一PI参数的大小来达到最终所确定的系统响应时间。又，例如，规定时间T1也可为从第一PI参数开始输出到偏差值ΔE变为零的时刻或之后的时刻的时间。

图8是显示本发明的第一实施方式和第二实施方式的控制方法的流程图。

在步骤S11中，根据用户的操作等输入指令值、第一PI参数和第二PI参数，其中第一PI参数中的P参数大于第二PI参数中的P参数，且/或第一PI参数中的I参数小于第二参数中的I参数。

在步骤S12中，根据步骤S11输入的指令值和来自传感器的反馈值，计算指令值减去反馈值的差值ΔE。这样的计算，可根据规定的间隔依次进行。

在步骤S13中，判断在步骤S12中计算得到的差值ΔE的绝对值︱ΔE︱是否大于等于预先确定的第一阈值Th1，若结果为是，则进入到步骤S14输出第一PI参数，根据指令值和反馈值以及第一PI参数生成控制受控装置20用的控制信号，执行PI控制；若结果为否，则进入到步骤S16，输出第二PI参数，根据指令值和反馈值以及第二PI参数生成控制受控装置20用的控制信号，执行PI控制。

在输出第一PI参数的情况下，在步骤S15中，判断第一PI参数的输出是否到达了规定时刻，若结果为是，则进入到步骤S16，输出第二PI参数，根据指令值和反馈值以及第二PI参数生成控制受控装置20用的控制信号，执行PI控制，并返回到步骤S14，若结果为否则返回步骤S15。

以上说明了本发明的实施方式，但这些实施方式只是作为实例被提出，并不是用于限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种各样的形态来实施，在不脱离发明的要旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围、主旨内，同样也包含于记载于专利权利要求书的发明及其同等的范围内。

Claims (11)

1.一种用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，所述注塑机反馈系统包括：受到该控制装置控制的注塑机，和设置在所述注塑机的输出通路上并将注塑机的输出量反馈至所述PI控制装置的传感器，其特征在于：

所述PI控制装置包括：

计算单元，其根据指令值和来自所述传感器的反馈值，计算所述指令值减去所述反馈值的差值ΔE；

输出单元，其输出用于所述控制的第一PI参数或第二PI参数中的任一个，其中，所述第一PI参数中的P参数大于所述第二PI参数中的P参数，且/或所述第一PI参数中的I参数小于所述第二PI参数中的I参数；

控制单元，其根据所述指令值、所述反馈值、和所述输出单元输出的所述第一PI参数或所述第二PI参数，生成用于所述控制对象装置的控制的控制信号；

其中，当所述计算单元计算得到的差值ΔE的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第一阈值时，所述输出单元将所述第一PI参数输出到所述控制单元，否则所述输出单元将所述第二PI参数输出到所述控制单元；在输出所述第一PI参数的情况下的规定时刻，所述输出单元使得输出到所述控制单元的所述第一PI参数切换到所述第二PI参数。

2.如权利要求1所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述规定时刻在所述差值ΔE变为零之后。

3.如权利要求1所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述规定时刻为所述差值ΔE变为零时。

4.如权利要求2所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述规定时刻为在所述差值ΔE变为零之后且差值ΔE的正负符号发生了反转、且差值ΔE的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第二阈值时。

5.如权利要求4所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述第二阈值确定为所述指令值的百分比或系统容许的最大超调量的百分比、或确定为采用所述第一PI参数的情况下达到的最大超调量的百分比。

6.如权利要求1所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述规定时刻为从所述绝对值︱ΔE︱大于等于所述第一阈值时开始经过了规定时间时。

7.如权利要求6所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述经过了的规定时间设置为大于从第一PI参数开始输出到差值ΔE的符号发生反转的时间，且小于从第一PI参数开始输出到在采用第一PI参数的情况下达到最大超调量的时间。

8.如权利要求1所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述输出单元包括：PI参数存储部和PI参数选择部，所述PI参数存储部存储所述第一PI参数和所述第二PI参数的PI参数存储部，所述PI参数选择部从所述PI参数存储部中选择所述第一PI参数和所述第二PI参数中的任一个输出到所述控制单元。

9.如权利要求1～8中任一项所述的用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制装置，其特征在于，所述第一阈值确定为所述指令值的百分比。

10.一种用于注塑机反馈系统的对驱动油压进行控制的PI控制方法，所述注塑机反馈系统包括：受到该控制装置控制的注塑机，和设置在所述注塑机的输出通路上并将注塑机的输出量反馈至所述PI控制装置的传感器，其特征在于：

所述PI控制方法包括：

计算步骤，其根据指令值和来自所述传感器的反馈值，计算所述指令值减去所述反馈值的差值ΔE；

输出步骤，其输出用于所述控制的第一PI参数或第二PI参数中的任一个，其中，所述第一PI参数中的P参数大于所述第二PI参数中的P参数，且/或所述第一PI参数中的I参数小于所述第二PI参数中的I参数；

控制步骤，其根据所述指令值、所述反馈值、和所述输出单元输出的所述第一PI参数或所述第二PI参数，生成用于所述控制对象装置的控制的控制信号；

其中，当所述计算步骤计算得到的差值ΔE的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第一阈值时，所述输出步骤将所述第一PI参数输出到所述控制单元，否则所述输出步骤将所述第二PI参数输出到所述控制单元；在输出所述第一PI参数的情况下的规定时刻，所述输出步骤使得输出到所述控制步骤的所述第一PI参数切换到所述第二PI参数。

11.一种注塑机反馈系统，所述注塑机反馈系统包括：对驱动油压进行控制的PI控制装置，受到该控制装置控制的注塑机，和设置在所述注塑机的输出通路上并将注塑机的输出量反馈至所述PI控制装置的传感器，其特征在于：

所述PI控制装置包括：

计算单元，其根据指令值和来自所述传感器的反馈值，计算所述指令值减去所述反馈值的差值ΔE；

输出单元，其输出用于所述控制的第一PI参数或第二PI参数中的任一个，其中，所述第一PI参数中的P参数大于所述第二PI参数中的P参数，且/或所述第一PI参数中的I参数小于所述第二PI参数中的I参数；

控制单元，其根据所述指令值、所述反馈值、和所述输出单元输出的所述第一PI参数或所述第二PI参数，生成用于所述控制对象装置的控制的控制信号；

其中，当所述计算单元计算得到的差值ΔE的绝对值︱ΔE︱大于等于预先确定的第一阈值时，所述输出单元将所述第一PI参数输出到所述控制单元，否则所述输出单元将所述第二PI参数输出到所述控制单元；在输出所述第一PI参数的情况下的规定时刻，所述输出单元使得输出到所述控制单元的所述第一PI参数切换到所述第二PI参数。