CN105892322B

CN105892322B - 一种智能化控制器及自整定方法

Info

Publication number: CN105892322B
Application number: CN201610315546.5A
Authority: CN
Inventors: 林善平; 连建亮; 林善安
Original assignee: FUJIAN SHUNCHANG HONG RUN PRECISION INSTRUMENTS Co Ltd
Current assignee: FUJIAN SHUNCHANG HONG RUN PRECISION INSTRUMENTS Co Ltd
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2036-05-13
Also published as: CN105892322A

Abstract

本发明公开了一种智能化控制器的自整定方法，在控制目标值SV的下方设置偏差值（SV‑m），以防止自整定过程中系统输出波在目标值SV或偏差值（SV‑m）附近的震荡，且系统采样值PV大于目标值SV，才停止对控制对象的激励施加，保证系统输出波始终可达到控制目标值SV，控制器计算的PID控制参数更准确，另该自整定方法，不论系统初始状态如何，均是先采集工况信号，再根据采集值PV与偏差值（SV‑m）的比较，判断确定是否对控制对象施加激励，即其工况判断优先于控制输出，有效防止超调情况的出现，避免工业事故的发生。

Description

一种智能化控制器及自整定方法

技术领域

本发明涉及工业过程的自动化控制领域，特别是指一种智能化控制器及自整定方法。

背景技术

常用工业控制器主要用于实现工业信号如温度、压力、液位、流量等的控制。控制时，控制器通过将采集值与设定的目标值的偏差大小代入控制参数如比例带（P）、积分时间（I）、微分时间（D），以计算得到输出控制信号，并实时地输送给执行机构，最终使工业信号恒定在控制目标值上。工业控制中，因控制对象多样，工况复杂，其控制参数难以得到急时、准确的调整，传统作法常需操作工在良好了解控制参数含义基础上，以其足够的调试经验不断地调节测试，才可使采集信号恒定在控制目标值上，其对人工的要求门槛高，调试复杂。

现有少数工业控制采用具有自整定功能的工业控制器，该种控制器自整定方法基本上为，在控制目标值的上下方设置上下边界，即设置一采样值的可接受范围，之后对控制对象施加激励，并将采集值与可接受范围的下边界值进行比较判断，当采集值大于可接受范围的下边界值时，停止对控制对象的激励施加，待系统因惯性向目标值靠近并最终回落，当采集值小于可接受范围的下边界值时，再对控制对象施加激励，如此再重复一个循环后，根据前述施加的激励与其相应的输出特征，计算出相应的PID控制参数。上述工业控制器的自整定方法，设置了采样值的可接受范围，控制器判定激励施加与否的界点为可接受范围的下边界值，采样值小于可接受范围的下边界值，对控制对象施加激励，采样值大于可接受范围的下边界值，停止对控制对象的激励施加，如此，系统输出波易在可接受范围的下边界值处来回震荡，而无法捕捉系统正常的特性，且在快速反应系统（如快速升温系统）中，依系统惯性其输出波波峰易无法达到控制目标值，该种情况下，根据激励与其相应的输出特征计算的PID控制参数不够准确，另该自整定方法中，先对控制对象施加激励后再判断，控制输出优先于工况判断，在系统初始状态值已经超过目标值时，这不仅会使自整定过程的周期加长，而且很多工况不允许超调过多，易发生工业事故。

发明内容

本发明的目的一在于提供一种智能化控制器的自整定方法。

一种智能化控制器的自整定方法，包括如下步骤：

1）确定系统输出目标值SV以及位于目标值SV下方的偏差值（SV-m），整定开始，将采集值PV与偏差值（SV-m）进行比较判断：若采集值PV小于偏差值（SV-m），则发送开通控制输出信号，对控制对象施加激励，进入整定第一步，等待系统输出波上升；若采集值PV大于偏差值（SV-m），则发送关闭控制输出信号，不对控制对象施加激励，待系统输出波下降，采集值PV小于偏差值（SV-m）时，再发送开通控制输出信号，对控制对象施加激励，进入整定第一步，等待系统输出波上升；

2）当采集值PV大于目标值SV时，则发送关闭控制输出信号，不对控制对象施加激励，进入整定第二步，等待系统输出波达到一次波峰后下降；

3）当采集值PV小于偏差值（SV-m）时，则发送开通控制输出信号，对控制对象施加激励，进入整定第三步，等待系统输出波达到一次波谷后上升；

4）当采集值PV大于目标值SV时，则发送关闭控制输出信号，不对控制对象施加激励，进入整定第四步，等待系统输出波再一次达到波峰后下降至偏差值（SV-m）；

5）根据施加的激励与其相应的输出特征，依式计算系统PID控制参数，自整定结束。

进一步地，偏差值（SV-m）中的m为单位采集值。如在温控系统中，m为1℃，该整定方法中，m用作控制回差，以防止自整定过程中系统输出波在目标值附近回来震荡，m过大，计算的PID控制参数不够准确，m过小，系统输出波震荡厉害，故，m为单位采集值为较佳。

进一步地，记录整定期相邻两步内系统输出波相对应的谷值PVmin和峰值PVmax、以及对应该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，计算系统PID控制参数时所依据的公式为P=（PVmax-PVmin）/A，I=B×t1×t2/（t1+ t2），D=C×t1×t2/（t1+ t2），其中A、B、C分别为受控系统固定系数。该式参数少且计算简单，另其计算准确度高。

进一步地，记录的谷值PVmin和峰值PVmax分别为整定第三步与整定第四步的采集值，对应地，时间t1和t2分别为整定第三步与整定第四步整个过程的时间。由于系统输出波震幅通常在整定第三步与第四步的跨度最大，采用该两步的谷值PVmin和峰值PVmax计算PID控制参数更为精确。

本发明的目的二在于提供一种智能化控制器。

一种智能化控制器，包括控制器电路及其供电电源，所述控制器电路包括控制处理模块、以及分别与控制处理模块电连接的按键模块、采集模块、显示模块、存储器、控制输出模块、第一计时器、第二计时器和计数器，所述采集模块采集工业信号并将该工业信号发送至控制处理模块，控制处理模块将该采集值PV发送至显示模块进行显示，并将该采集值PV与由按键模块输入的系统输入目标值SV以及偏差值（SV-m）进比较，根据比较结果，控制处理模块发送相关指令给控制输出模块，整定过程中，计数器记录整定步数，所述控制处理模块根据计数器记录的整定步数，依次向所述第一计时器和第二计时发送控制指令，所述第一计时器和第二计时分别记录整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，控制处理模块将采集模块于上述整定期相邻两步内采集到的系统输出波的谷值PVmin和峰值PVmax、以及对应该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2分别存入存储器，控制处理模块由存储器内读取相邻两步内采集到的谷值PVmin和峰值PVmax、以及该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，计算系统PID控制参数。

本发明智能化控制器的自整定方法，在控制目标值SV的下方设置了偏差值（SV-m），其中m用作控制回差，控制器断定激励施加与否的界点分别为目标值SV和偏差值（SV-m），而并非单单为目标值SV或偏差值（SV-m），这有效地防止了自整定过程中系统输出波在目标值SV或偏差值（SV-m）附近的震荡，且系统采样值PV大于目标值SV，才停止对控制对象的激励施加，保证了系统输出波始终可达到控制目标值SV，控制器计算的PID控制参数更准确，另该自整定方法，不论系统初始状态如何，均是先采集工况信号，再根据采集值PV与偏差值（SV-m）的比较，判断确定是否对控制对象施加激励，即其工况判断优先于控制输出，有效防止超调情况的出现，避免工业事故的发生。

附图说明

图1为本发明智能化控制器的自整定方法的较佳实施方式的流程图；

图2为本发明智能化控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明智能化控制器及自整定方法的较佳实施方式作详细的说明：

如图1所示，本发明智能化控制器的自整定方法，包括如下步骤：

1）确定工业温度的控制系统中系统输出目标值SV以及位于目标值SV下方的偏差值（SV-1），整定开始，将采集值PV与偏差值（SV-1）进行比较判断：若采集值PV小于偏差值（SV-1），则发送开通控制输出信号，对控制对象施加激励，进入整定第一步，等待系统输出波上升；若采集值PV大于偏差值（SV-1），则发送关闭控制输出信号，不对控制对象施加激励，待系统输出波下降，采集值PV小于偏差值（SV-1）时，再发送开通控制输出信号，对控制对象施加激励，进入整定第一步，等待系统输出波上升；

3）当采集值PV小于偏差值（SV-1）时，则发送开通控制输出信号，对控制对象施加激励，进入整定第三步，等待系统输出波达到一次波谷后上升，并记录整定第三步系统输出波的谷值PVmin以及该步所使用的时间t1；

4）当采集值PV大于目标值SV时，则发送关闭控制输出信号，不对控制对象施加激励，进入整定第四步，等待系统输出波再一次达到波峰后下降至偏差值（SV-1），并记录整定第四步系统输出波的峰值PVmax以及该步所使用的时间t2；

5）根据施加的激励与其相应的输出特征，依式P=（PVmax-PVmin）/A，I=B×t1×t2/（t1+ t2），D=C×t1×t2/（t1+ t2）计算系统PID控制参数，自整定结束，其中式中A、B、C分别为受控系统固定系数。

本发明智能化控制器的自整定方法，在控制目标值SV的下方设置了偏差值（SV-m），优取地，m取单位采集值（即m为1），用作控制回差，控制器断定激励施加与否的界点分别为目标值SV和偏差值（SV-m），而并非单单为目标值SV或偏差值（SV-m），这有效地防止了自整定过程中系统输出波在目标值SV或偏差值（SV-m）附近的震荡，且系统采样值PV大于目标值SV，才停止对控制对象的激励施加，保证了系统输出波始终可达到控制目标值SV，控制器计算的PID控制参数更准确，另该自整定方法，不论系统初始状态如何，均是先采集工况信号，再根据采集值PV与偏差值（SV-m）的比较，判断确定是否对控制对象施加激励，即其工况判断优先于控制输出，有效防止超调情况的出现，避免工业事故的发生。

本发明智能化控制器的自整定方法，用于工业温度的控制系统时，对于快速升温系统，系统固定系数A=0.33，B=3.2，C=0.8，对于慢速升温系统，系统固定系数A=0.25，B=2，C=2。

本发明还提供了一种智能化控制器。

如图2所示，本发明智能化控制器，包括控制器电路10及其供电电源20，所述控制器电路10包括控制处理模块1、以及分别与控制处理模块1电连接的按键模块2、采集模块3、显示模块4、存储器5、控制输出模块6、第一计时器7、第二计时器8和计数器9，所述采集模块3采集工业信号并将该工业信号发送至控制处理模块1，控制处理模块1将该采集值PV发送至显示模块4进行显示，并将该采集值PV与由按键模块2输入的系统输入目标值SV以及偏差值（SV-1）进比较，根据比较结果，控制处理模块1发送相关指令给控制输出模块6，整定过程中，计数器9记录整定步数，所述控制处理模块1根据计数器9记录的整定步数，依次向所述第一计时器7和第二计时8发送控制指令，所述第一计时器7和第二计时8分别记录整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，控制处理模块1将采集模块3于上述整定期相邻两步内采集到的系统输出波的谷值PVmin和峰值PVmax、以及对应该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2分别存入存储器5，控制处理模块1由存储器5内读取相邻两步内采集到的谷值PVmin和峰值PVmax、以及该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，计算系统PID控制参数。

本发明智能化控制器，采用各基本且成熟模块，其结构简单，成本低，自动获取工业控制参数PID，控制精度高。

Claims

1.一种智能化控制器的自整定方法，其特征在于：包括如下步骤：

5）根据施加的激励与其相应的输出特征，依式计算系统PID控制参数，自整定结束，其中，m为目标值SV与位于目标值SV下方的偏差值（SV-m）间的控制回差。

2.根据权利要求1所述的智能化控制器的自整定方法，其特征在于：偏差值（SV-m）中的m为单位采集值。

3.根据权利要求1所述的智能化控制器的自整定方法，其特征在于：记录整定期相邻两步内系统输出波相对应的谷值PVmin和峰值PVmax、以及对应该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，计算系统PID控制参数时所依据的公式为P=（PVmax-PVmin）/A，I=B×t1×t2/（t1+ t2），D=C×t1×t2/（t1+ t2），其中A、B、C分别为受控系统固定系数。

4.根据权利要求3所述的智能化控制器的自整定方法，其特征在于：记录的谷值PVmin和峰值PVmax分别为整定第三步与整定第四步的采集值，对应地，时间t1和t2分别为整定第三步与整定第四步整个过程的时间。

5.一种智能化控制器，用于实现权利要求1至权利要求3中任一项所述的智能化控制器的自整定方法，包括控制器电路及其供电电源，其特征在于：所述控制器电路包括控制处理模块、以及分别与控制处理模块电连接的按键模块、采集模块、显示模块、存储器、控制输出模块、第一计时器、第二计时器和计数器，所述采集模块采集工业信号并将该工业信号发送至控制处理模块，控制处理模块将该采集值PV发送至显示模块进行显示，并将该采集值PV与由按键模块输入的系统输入目标值SV以及偏差值（SV-m）进比较，根据比较结果，控制处理模块发送相关指令给控制输出模块，整定过程中，计数器记录整定步数，所述控制处理模块根据计数器记录的整定步数，依次向所述第一计时器和第二计时发送控制指令，所述第一计时器和第二计时分别记录整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，控制处理模块将采集模块于上述整定期相邻两步内采集到的系统输出波的谷值PVmin和峰值PVmax、以及对应该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2分别存入存储器，控制处理模块由存储器内读取相邻两步内采集到的谷值PVmin和峰值PVmax、以及该整定期相邻两步所使用的时间t1和t2，计算系统PID控制参数。