CN105824781A - 一种定位器pid自整定参数获取方法及系统 - Google Patents

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鲍鹤
虎恩典
周朋
赵文贤
刘甘霖
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    • G06F17/10—Complex mathematical operations
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Abstract

本发明涉及智能控制领域，特别涉及一种定位器PID自整定参数获取方法及系统。本发明通过设置一电平输出电路，并让其根据检测到的调节阀的实际开度输出不同的电平，通过检测电平的输出时间记录调节阀的开度震荡周期，从而能够更加精确的记录、计算调节阀震荡临界周期，从而使得定位器PID参数计算更加精准，快速。

Description

一种定位器PID自整定参数获取方法及系统
技术领域
本发明涉及智能控制领域，特别涉及一种定位器PID自整定参数获取方法及系统。
背景技术
气动调节阀是一种工业过程控制系统中的常用装置，尤其是在电厂、石化、冶金等工业流体流量控制中发挥着不可替代的作用。而调节阀定位器是气动调节阀的主要部件之一，通过改进定位器的性能，可以起到改善调节阀特性、提高调节阀控制精度、增加调节阀控制灵活性的重要作用，大多数的调节阀定位器都是采用PID控制算法对调节阀进行控制，但是众所周知的是，PID控制方式易受到受控器件所处环境因素(如温度、湿度)的影响，通常同一套PID参数不能应用在不同的环境因素下，这就需要当受控器件(如调节阀)的环境因素改变后(如季节的变化)，对调节阀定位器的PID参数重新进行整定，而这一过程通常称为定位器的自整定过程。现有的定位器自整定方式通常过于复杂且大多需要耗费过多的时间，严重了影响受控器件的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种过程简单，耗费时间短的定位器PID自整定参数获取方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种定位器PID自整定参数获取方法，包含如下步骤，
将调节阀调节至预设开度的步骤；
将调节阀在预设开度上下按照预设振幅进行震荡调节的步骤；
检测调节阀实际开度的步骤；
记录每个震荡周期中调节阀实际开度>预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀实际开度<预设开度时间t低n；
记录调节阀的震荡次数n，直至达到预设次数N，N为大于1的自然数；
按照公式计算临界周期Tu；
将调节阀N次震荡过程中的实际最大振幅设为临界增益Ku；
依据Z-N法则第二法得出PID参数。
进一步的，所述检测调节阀实际开度的步骤中，包含将采集的调节阀开度信息进行滤波放大以及AD转换的步骤。
进一步的，所述记录每个震荡周期中调节阀自预设开度->最大开度->预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀自预设开度->最小开度->预设开度的时间t低n的步骤中，
包含通过一检测比较模块接收调节阀的实际开度信息的步骤；
包含判断调节阀的实际开度是否等于预设开度的步骤；
包含当调节阀的实际开度等于预设开度时，控制电平输出电路改变电平的步骤；
包含一计时器记录所述电平输出电路当前电平输出时间的步骤。
进一步的，调节阀开始震荡调节后的前M个周期的参数放弃不用，M的取值为：1≤M≤5。
本发明同时提供一种定位器PID自整定参数获取系统，包括依次连接的给定控制模块、调节阀、反馈模块、检测比较模块、电平输出电路以及计时器；所述检测比较模块和所述计时器还同时与一计算模块连接；
所述给定控制模块用于控制所述调节阀在一预设开度上下按预设振幅震荡调节；
所述反馈模块用于采集调节阀的实际开度；
所述检测比较模块用于接收所述反馈模块反馈的调节阀实际开度，并判断该实际开度等于预设开度时控制所述电平输出电路改变输出电平；同时，所述检测比较模块还记录调节阀每个震荡周期中的实际最大开度及实际最小开度；
所述计时器根据电平输出电路输出的电平记录每个震荡周期中调节阀实际开度>预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀实际开度<预设开度时间t低n；
所述计算模块根据公式计算临界周期Tu，以及将调节阀N次震荡过程中的实际最大振幅设为临界增益Ku；所述计算模块还根据Tu、Ku以及Z-N法则第二法得出PID参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过设置一电平输出电路，并让其根据检测到的调节阀的实际开度输出不同的电平，通过检测电平的输出时间记录调节阀的开度震荡周期，从而能够更加精确的记录、计算调节阀震荡临界周期，从而使得定位器PID参数计算更加精准，快速。
附图说明：
图1为本发明提供的定位器PID自整定参数获取系统结构框图。
图2为本发明电平输出电路输出电平与调节阀实际开度的关系示例图。
图3是本发明实施例中采用的芯片示例图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：一种定位器PID自整定参数获取方法，包含如下步骤，
S100：将调节阀调节至预设开度的步骤；
S200：将调节阀在预设开度上下按照预设振幅a进行震荡调节的步骤；
S300：检测调节阀实际开度的步骤；所述检测调节阀实际开度的步骤中，包含将采集的调节阀开度信息进行滤波放大以及AD转换的步骤。
S400：调节阀开始震荡调节后，抛弃前三个震荡周期的参数不予记录，这样可以让调节阀的震荡更加稳定，从而让自整定获得的参数更加精确；自第四个周期开始，记录每个震荡周期中调节阀实际开度>预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀实际开度<预设开度时间t低n；
具体的，本步骤中，包含，
S401：通过一检测比较模块接收调节阀的实际开度信息的步骤；
S402：包含判断调节阀的实际开度是否等于预设开度的步骤；
S403：包含当调节阀的实际开度等于预设开度时，控制电平输出电路改变电平的步骤，具体如图2所示，图2中的竖坐标表示调节阀相对于预设开度的相对开度振幅，当调节阀开度大于预设开度时(即图2中振幅位于横坐标上方时)，电平输出电路输出高电平，当调节阀实际开度等于预设开度时(即图2中曲线与横坐标交叉点，如图中的①②处)，控制电平输出电路改变电平，如图2所示的，在①时刻，曲线与横坐标交汇，此时调节阀实际开度等于预设开度，电平输出电路输出的电平由高电平变为低电平；同样的，在②时刻，曲线再次与横坐标交汇，即调节阀实际开度再次等于预设开度，此时，电平输出电路再次将输出电平由低电平改为高电平；应注意的是，实际运用当中，调节阀的实际开度最大值及实际开度最小值通常不等于预设开度±预设振幅a，而是在预设开度±预设振幅a的上下浮动，图2中并未体现这一特点。
另外，也可根据需要设置当调节阀实际开度大于预设开度时输出低电平，而当调节阀实际开度变为小于预设开度时输出高电平。
S404：包含一计时器记录所述电平输出电路当前电平输出时间的步骤，即计时器会检测电平输出电路的电平变化，同时记录电平输出电路每个高电平和低电平的输出时间，如图2中的①时刻，计时器检测到电平输出电路由高电平变为低电平，则开始对低电平的输出时间进行计时，直到②时刻检测到电平再次发生变化，计时器会将②-①记录并储存至计算模块，②-①即为调节阀的一个半震荡时间t低n。
S500：记录调节阀的震荡次数n，直至达到预设次数N，N为大于1的自然数；N的数值越到，则最后获得的参数越精确，但同时自整定所耗费的时间也越久，因此通常将N的取值范围设定为5≤N≤15。
S600：按照公式计算临界周期Tu；将调节阀N次震荡过程中的实际最大振幅设为临界增益Ku；
S700：依据Z-N法则第二法得出PID参数，具体的，根据Tu、Ku获取PID参数方式参见下表一：
表一
Controller Kp Ti Td
P Ku/2
PI Ku/2.2 Tu/1.2
PID Ku/1.7 Tu/2 Tu/8
实施例2：如图1所示，本实施例提供一种定位器PID自整定参数获取系统，包括依次连接的给定控制模块1、调节阀2、反馈模块3、检测比较模块4、电平输出电路5以及计时器6；所述检测比较模块4和所述计时器6还同时与一计算模块7连接；
所述给定控制模块1用于控制所述调节阀2在一预设开度上下按预设振幅震荡调节；
所述反馈模块3用于采集调节阀2的实际开度；
所述检测比较模块4用于接收所述反馈模块反馈的调节阀2实际开度，并判断该实际开度等于预设开度时控制所述电平输出电路5改变输出电平；同时，所述检测比较模块4还记录调节阀2每个震荡周期中的实际最大开度及实际最小开度；
所述计时器6根据电平输出电路5输出的电平记录每个震荡周期中调节阀实际开度>预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀实际开度<预设开度的时间t低n；
所述计算模块7根据公式计算临界周期Tu，以及将调节阀2N次震荡过程中的实际最大振幅设为临界增益Ku；所述计算模块7还根据得出Tu、Ku以及Z-N法则第二法得出PID参数，具体的参加表一。
实际应用中，所述给定控制模块1、调节阀2、反馈模块3、检测比较模块4、电平输出电路5以及计时器6及计算模块7的功能可由分离电路构成，也可由一集成芯片集成完成，如图3所示的STM32L152CBT6芯片即可同时集成有定控制模块1、检测比较模块4、电平输出电路5、计时器6及计算模块7等功能；图3中的PA2即调节阀反馈信号输入端口、PB3为电平输出电路的输出端口，STM32L152CBT6芯片中内置计时器计数频率为1us，即每计一个数为1us，这也是我们采用他可以达到的计时精度。

Claims (5)

1.一种定位器PID自整定参数获取方法，其特征在于，包含如下步骤，
将调节阀调节至预设开度的步骤；
将调节阀在预设开度上下按照预设振幅进行震荡调节的步骤；
检测调节阀实际开度的步骤；
记录每个震荡周期中调节阀实际开度>预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀实际开度<预设开度时间t低n；
记录调节阀的震荡次数n，直至达到预设次数N，N为大于1的自然数；
按照公式计算临界周期Tu；
将调节阀N次震荡过程中的实际最大振幅设为临界增益Ku；
依据Z-N法则第二法得出PID参数。
2.如权利要求1所述的定位器PID自整定参数获取方法，其特征在于，所述检测调节阀实际开度的步骤中，包含将采集的调节阀开度信息进行滤波放大以及AD转换的步骤。
3.如权利要求2所述的定位器PID自整定参数获取方法，其特征在于，记录每个震荡周期中调节阀实际开度>预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀实际开度<预设开度时间t低n的步骤中，
包含通过一检测比较模块接收调节阀的实际开度信息的步骤；
包含判断调节阀的实际开度是否等于预设开度的步骤；
包含当调节阀的实际开度等于预设开度时，控制电平输出电路改变电平的步骤；
包含一计时器记录所述电平输出电路当前电平输出时间的步骤。
4.如权利要求1至3任一项所述的定位器PID自整定参数获取方法，其特征在于，调节阀开始震荡调节后的前M个周期的参数放弃不用，M的取值为：1≤M≤5。
5.一种定位器PID自整定参数获取系统，其特征在于，包括依次连接的给定控制模块、调节阀、反馈模块、检测比较模块、电平输出电路以及计时器；所述检测比较模块和所述计时器还同时与一计算模块连接；
所述给定控制模块用于控制所述调节阀在一预设开度上下按预设振幅震荡调节；
所述反馈模块用于采集调节阀的实际开度；
所述检测比较模块用于接收所述反馈模块反馈的调节阀实际开度，并判断该实际开度等于预设开度时控制所述电平输出电路改变输出电平；同时，所述检测比较模块还记录调节阀每个震荡周期中的实际最大开度及实际最小开度；
所述计时器根据电平输出电路输出的电平记录每个震荡周期中调节阀实际开度>预设开度的时间t高n，及每个震荡周期中调节阀实际开度<预设开度时间t低n；
所述计算模块根据公式计算临界周期Tu，以及将调节阀N次震荡过程中的实际最大振幅设为临界临界增益Ku；所述计算模块还根据Tu、Ku以及Z-N法则第二法得出PID参数。
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