CN105759601A

CN105759601A - 基于pid算法及队列模型的顺序控制与调节方法

Info

Publication number: CN105759601A
Application number: CN201610099590.7A
Authority: CN
Inventors: 任复明; 黄海军; 陈秀妹
Original assignee: Zhejiang Fortune Cryogenic Equipment Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Fortune Cryogenic Equipment Co Ltd
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2036-02-23
Also published as: CN105759601B

Abstract

本发明涉及一种应用于工业的工艺参数调控方法，具体地说，涉及一种基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法。其能够在原有对同组多台设备进行控制的基础上，将PID算法与队列模型进行结合，从而能够较佳地实现多台设备的顺序控制与调节，相比传统方法，本发明提供的方法，自动化程度高，节省人力、容错性好，而且成本基本不变。

Description

基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法

技术领域

本发明涉及一种应用于工业的工艺参数调控方法，具体地说，涉及一种基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法。

背景技术

在诸如传统恒压供水系统或恒温加热等工业应用中，同一组多台相同的电机或者加热器同时工作，其中1台用作功率调节(电机一般采用变频调速，电加热器一般采用斩波调功)，以达到即能精确控制工艺参数，又可以节能的目的。同时，还通常会设置1～2台相同设备作为备用。

在目前的上述应用中，往往需要备用设备定期投入运行，运行设备定期停运维护，以达到每台设备运行时间相互接近的目的。但设备的投入和切除都需要手动操作等人工干预的方式，这种方式不仅浪费人力、而且容易产生人为出错的问题。

发明内容

为了能够克服现有技术的某种或某些缺陷，本发明提供了一种基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法，其能够在原有对同组多台设备进行控制的基础上，将PID算法与队列模型进行结合，从而能够较佳地实现多台设备的顺序控制与调节，相比传统方法，本发明提供的方法，自动化程度高，节省人力、容错性好，而且成本基本不变。

根据本发明的基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法，其包括以下步骤：

(1)将功率均为P的N组被控设备分别通过N组编号为S₁₁～S_1N的第一开关器件接入电源，并将所述N组被控设备分别通过N组编号为S₂₁～S_2N的第二开关器件与一调节器件连接后接入电源，S₁₁～S_1N、S₂₁～S_2N和调节器件均构造成由一控制器件进行控制；

(2)定义自控制器件处输入的工艺参数设定值为X_set，定义经控制器件处采集的工艺参数实测值为X_act，定义k时刻总输出功率为U_k，采用增量式PID算法对总输出功率U_k进行调节，则

U_{k} = K_{p} (e_{k} - e_{k - 1}) + K_{p} \frac{T}{T_{i}} e_{k} + K_{p} \frac{T_{d}}{T} (e_{k} - 2 e_{k - 1} + e_{k - 2}) + U_{k - 1}

上式中，U_k-1为(k-1)时刻的总输出功率，K_p为比例系数，T为采样周期，T_i为积分时间，T_d为微分时间，e_k、e_k-1、e_k-2分别为k、(k-1)、(k-2)时刻的工艺参数实测值X_act与工艺参数设定值X_set之差；

(3)将所述N组被控设备中的1台作为功率调节设备，其余作为投切设备，定义k时刻功率调节设备的调节功率为P_k，定义k时刻所需接入电源的投切设备数量为A_k，P_k和A_k分别由下式求得，

P_{k} = \mod (\frac{U_{k}}{P})

A_{k} = int (\frac{U_{k}}{P})

上式中，mod()为求余函数，int()为向下求整函数；

(4)投入或切除投切设备，定义数组I用于存放S₁₁～S_1N的地址，定义所需投入的第一开关器件的地址为m，m＝1～(N-1)，定义所需切除的第一开关器件的地址为n，n＝1～(N-1)，其中，

投入指令为，

m＝mod(m，N-1)+1

切除指令为，

n＝mod(n，N-1)+1

上式中，整数变量m和n的初始值均为″0″，控制器件执行投入指令时，将I_m指向的第一开关器件接入电源，控制器件执行切除指令时，将I_n指向的第一开关器件从电源处断开，

当A_k≥A_k-1时，在控制器件的一个采样周期T内，执行(A_k-A_k-1)次投入指令，当A_k＜A_k-1时，在控制器件的一个采样周期T内，执行(A_k-1-A_k)次切除指令；

(5)调整功率调节设备的调节功率P_k，将功率调节设备依次通过第二开关器件、调节器件接入电源，功率调节设备的调节指令为控制器件执行调节指令后，将的值变送为4～20mA的信号向调节器件输出，进而通过调节器件对功率调节设备的输出功率P_k进行调整。

本发明提供的方法中，能够通过增量式PID算法对工艺参数进行调整，从而能够较佳对输入端的总输入功率进行调整，从而使得被控工艺参数能够较佳地稳定在设定值处。

另外，由上述步骤(4)可以看出，投入或切除投切设备能够依次进行投入或切除，从而使得每个投切设备的工作时间能够均等。

作为优选，还包括在设定定时时长D内将某一投切设备与功率调节设备进行互换的步骤，定义数组J用于存放S₂₁～S_2N的地址，定义待替换投切设备的地址为a，a＝1～N，设定功率调节设备的地址恒为N，在设定定时时长D到达时，中断步骤(4)和(5)，之后断开JN指向的第二开关器件和I_a指向的第一开关器件，并闭合J_a指向的第二开关器件，之后执行互换指令，将I_N与I_a中的地址互换，并同时将J_N与J_a中的地址互换，之后中断返回，其中，互换指令如下，

a＝mod(a，N)+1

上式中，整数变量a的初始值为″0″。

本发明提供的方法中，能够以设定定时时长D(该定时时长D能够根据具体生产要求进行设定，能够例如以天为单位等)为周期将某一投切设备与功率调节设备进行互换，从而使得，同一组多台被控设备能够按照队列方式成为功率调节设备，从而较佳地使得，每台被控设备参与调节的时间是均等的。

另外，本发明在设备维护与设备故障的情况下，当控制器件在某个采样周期内发出控制指令时，由于该设备前端的2个切换开关被电气线路闭锁而无动作，控制器件会在下一个采样周期内自动控制其他设备，从而不影响工艺过程，进而使得，本发明具有较好的适应性和容错性。

作为优选，同时与任一被控设备连接的第一开关器件和第二开关器件间互锁。

本发明提供的方法中，同时与任一被控设备连接的第一开关器件和第二开关器件间能够构造成互锁，即与同一被控设备连接的第一开关器件和第二开关器件无法同时闭合，从而进一步保证了本发明具备较佳地稳定性。

作为优选，被控设备为电机或加热装置。

作为优选，控制器件采用PLC。

本发明提供的方法中，控制器件能够为任一种以顺控方式进行工作的器件，诸如单片机、PLC、DCS等。

附图说明

图1为实施例1中被控设备、开关器件、调节器件和电源间的连接关系示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法。其硬件设备包括1个控制器件(图中未示出)、1个调节器件、多组功率均为P的被控设备和两倍于被控设备数量的开关器件，任一被控设备处均设有2个开关器件(为便于区分，分别命名为第一开关器件和第二开关器件)，记被控设备的数量为N，第一开关器件对应被控设备的编号分别为S₁₁～S_1N，第二开关器件对应被控设备的编号分别为S₂₁～S_2N。

本实施例中的方法，包括以下步骤：

(1)将功率均为P的N组被控设备分别通过N组编号为S₁₁～S_1N的第一开关器件接入电源，并将所述N组被控设备分别通过N组编号为S₂₁～S_2N的第二开关器件与调节器件连接后接入电源，S₁₁～S_1N、S₂₁～S_2N和调节器件均构造成由控制器件进行控制；

U_{k} = K_{p} (e_{k} - e_{k - 1}) + K_{p} \frac{T}{T_{i}} e_{k} + K_{p} \frac{T_{d}}{T} (e_{k} - 2 e_{k - 1} + e_{k - 2}) + U_{k - 1}

P_{k} = \mod (\frac{U_{k}}{P})

A_{k} = int (\frac{U_{k}}{P})

上式中，mod()为求余函数，int()为向下求整函数；

投入指令为，

m＝mod(m，N-1)+1

切除指令为，

n＝mod(n，N-1)+1

通过本实施例的方法能够较佳地稳定工艺参数，并能够较佳地使得任一被控设备的工作时间相等。

本实施例中提供的方法能够较佳地运用于恒压系统、恒温系统等工控系统中。被控设备能够根据具体应用的系统为电机或加热装置，控制器件能够采用如DCS、PLC、单片机等任意以顺控方式进行工作的器件。

实施例2

本实施例也提供了一种基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法，其与实施例1的不同之处在于：还包括在设定定时时长D内将某一投切设备与功率调节设备进行互换的步骤，定义数组J用于存放S₂₁～S_2N的地址，定义待替换投切设备的地址为a，a＝1～N，设定功率调节设备的地址恒为N，在设定定时时长D到达时，中断步骤(4)和(5)，之后断开JN指向的第二开关器件和I_a指向的第一开关器件，并闭合J_a指向的第二开关器件，之后执行互换指令，将I_N与I_a中的地址互换，并同时将JN与J_a中的地址互换，之后中断返回；其中，互换指令如下，

a＝mod(a，N)+1

上式中，整数变量a的初始值为″0″。

实施例3

本实施例也提供了一种基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法，其与实施例2的不同之处在于：同时与任一被控设备连接的第一开关器件和第二开关器件间互锁。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.基于PID算法及队列模型的顺序控制与调节方法，其包括以下步骤：

U_{k} = K_{p} (e_{k} - e_{k - 1}) + K_{p} \frac{T}{T_{i}} e_{k} + K_{p} \frac{T_{d}}{T} (e_{k} - {2 e}_{k - 1} + e_{k - 2}) + U_{k - 1}

P_{k} = \mod (\frac{U_{k}}{P})

A_{k} = int (\frac{U_{k}}{P})

上式中，mod()为求佘函数，int()为向下求整函数；

投入指令为，

m＝mod(m，N-1)+1

切除指令为，

n＝mod(n，N-1)+1

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括在设定定时时长D内将某一投切设备与功率调节设备进行互换的步骤，定义数组J用于存放S₂₁～S_2N的地址，定义待替换投切设备的地址为a，a＝1～N，设定功率调节设备的地址恒为N，在设定定时时长D到达时，中断步骤(4)和(5)，之后断开J_N指向的第二开关器件和I_a指向的第一开关器件，并闭合J_a指向的第二开关器件，之后执行互换指令，将I_N与I_a中的地址互换，并同时将J_N与J_a中的地址互换，之后中断返回，其中，互换指令如下，

a＝mod(a，N)+1

上式中，整数变量a的初始值为″0″。

3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于：同时与任一被控设备连接的第一开关器件和第二开关器件间互锁。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：被控设备为电机或加热装置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：控制器件采用PLC。