CN106527121A - 一种带有限幅器的pid控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有限幅器的PID控制装置及方法，用以防止操作员在对PID控制器参数设置时的误操作，该装置包括相互连接形成闭环反馈结构的参数存储器、加法器、PID控制器、执行器、被控装置和被控装置参数检测器，该PID控制装置还包括设置在加法器与参数采集器之间的参数输入限幅器。与现有技术相比，本发明具有限幅效果好、限幅可调、适用范围广等优点。

Description

一种带有限幅器的PID控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种限幅电路，尤其是涉及一种带有限幅模块的PID控制装置及方法。

背景技术

无论是复杂的控制回路还是简单的单回路控制，PID控制器是缺一不可的。PID控制器在一个控制回路中起到自动调节作用，如图1所示。在实际应用中，对于一个自动控制回路，操作人员仅仅是通过调节PID控制器的设定值，从而实现被控参数的自动变化。但是如果操作人员的一个误操作可能会对化工装置造成不可估量的损失。如：要求产品设定值从5000调整为4500，而由于种种原因而把设定值误输入为450，相关的工艺会有很大的变化，甚至装置会造成连锁停车，严重时会发生安全事故。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种限幅效果好、限幅可调、适用范围广的带有限幅模块的PID控制装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种带有限幅器的PID控制装置，用以防止操作员在对PID控制器参数设置时的误操作，包括相互连接形成闭环反馈结构的参数存储器、加法器、PID控制器、执行器、被控装置和被控装置参数检测器，该PID控制装置还包括设置在加法器与参数采集器之间的参数输入限幅器。

所述的参数输入限幅模块包括减法模块、除法模块、绝对值模块、比较模块、第一实数选择器和第二实数选择器，所述的减法模块的两个输入端与参数存储器连接，所述的除法模块的一个输入端与减法模块的输出端连接，另一个输入端与参数存储器连接，所述的比较模块的一个输入端通过绝对值模块与除法模块的输出端连接，另一个输入端与参数存储器连接，所述的第一实数选择器的模式设置端与比较模块的输出端连接，其第一输入端与参数存储器连接，第二输入端与第一实数选择器的输出端连接，所述的第二实数选择器的手自动设置端和第一输入端分别与参数存储器连接，第二输入端与第一实数选择器的输出端连接，输出端与加法器连接。

所述的减法模块为一减法运算电路，所述的除法模块为一除法运算电路，所述的绝对值模块为绝对值电路，所述的比较模块为一运算比较器。

所述的第一实数选择器和第二实数选择器分别为一数据选择器芯片。

一种PID控制装置的控制方法，包括以下步骤：

1)减法模块从参数采集器获取PID控制器的设定值上量程值和设定值下量程值作为输入，做差后获取设定值量程；

2)除法模块从参数采集器获取PID控制器的操作设定值，并将其与设定值量程做除法，并通过绝对值模块对除法值取绝对值；

3)比较模块将取绝对值后的除法值与从参数采集器获取的PID控制器设定值限幅率作比较，并将比较结果发送到第一实数选择器的模式设置端，第一实数选择器根据比较结果选择第一输入端或第二输入端的数据作为输出；

4)第二实数选择器根据手自动设置端选择第一输入端或第二输入端的数据作为PID控制器的最终设定值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、限幅效果好：本发明通过在PID控制器的输入端前设置限幅模块，通过一系列的逻辑电路对输出的设定值进行判断，防止因误操作造成PID设定值超过正常范围，对被控对象加以保护。

二、限幅可调、适用范围广：本发明对输入的设定起到限幅功能，所以对于任何由PID控制器控制的对象均可适用，防止操作人员误操作，降低故障率，减少误操作造成的损失。

附图说明

图1为现有技术的控制原理图。

图2为本发明的控制原理图。

图3为限幅模块的输入输出信号图。

图4为限幅模块的电路原理图。

其中，1、PID控制器，2、执行器，3、被控装置，4、被控装置参数检测器，5、加法器，6、参数存储器，7、参数输入限幅模块，71、减法模块，72、除法模块，73、绝对值模块，74、比较模块，75、第一实数选择器，76、第二实数选择器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图2所示，为了防止操作人员的误操作，可以增加SP限幅模块。如果该SP的变化超过设定的限幅率，则系统自动采用原来的SP设定值，不做任何变化，如果SP新的设定值的变化在变化率之内，采用新的设定值。

如图3所示，一个SP限幅功能包括以下几个部分。

1.SP高限SP_HLM；

2.SP低限SP_LLM；

3.SP限幅值限幅SP_LIMIT；

4.SP输入值SP；

5手自动切换。

其工作原理如图4所示。

减法模块71SUB_R：Output＝Input_1-Input_2；

除法模块72DIV_R:Output＝Input_1/Input_2；

绝对值模块73ABS_R：Output＝︱Input︱；

比较模块74COM_R：当Input_1﹥Input_2时，比较输出GT＝1；当Input_1﹤﹦Input_2时，比较输出GT＝0；

第一实数选择器75SEL_RSEL_R：当Condition＝0时，Output＝Input_1；当Condition＝1时，Output＝Input_2.

第二实数选择器76SEL_R实际上是对于输入Input_1的值进行存储，只是根据条件输出Input_1的值还是输出Input_2的值；减法模块SUB_R的两个输入为被测变量的上下量程；每一个执行周期，程序会对来自操作人员输入的SP值与设定的量程相除，由于输入的SP可能是正向，也可能是负向的，所以应对结果取绝对值；结果与设定限幅率相比较(限幅率可以根据需要而定，一般为10％)，如果超过了设定限幅率，比较输出GT为1，则实数选择器的输出等于Input_2,也就是输出保持上一个周期的SP值。

当PID控制器处于手动模式时，输出至控制器的SP始终等于SP输入值。

当PID控制器处于自动模式时，以上功能块才起作用。也就是说，在控制器在自动模式下，且输入的SP值在SP限幅率之内时，SP输出才等于SP输入。

Claims (5)

1.一种带有限幅器的PID控制装置，用以防止操作员在对PID控制器参数设置时的误操作，包括相互连接形成闭环反馈结构的参数存储器(6)、加法器(5)、PID控制器(1)、执行器(2)、被控装置(3)和被控装置参数检测器(4)，其特征在于，该PID控制装置还包括设置在加法器(5)与参数采集器(6)之间的参数输入限幅器(7)。

2.根据权利要求1所述的一种带有限幅模块的PID控制装置，其特征在于，所述的参数输入限幅模块(7)包括减法模块(71)、除法模块(72)、绝对值模块(73)、比较模块(74)、第一实数选择器(75)和第二实数选择器(76)，所述的减法模块(71)的两个输入端与参数存储器(6)连接，所述的除法模块(72)的一个输入端与减法模块(71)的输出端连接，另一个输入端与参数存储器(6)连接，所述的比较模块(74)的一个输入端通过绝对值模块(73)与除法模块(72)的输出端连接，另一个输入端与参数存储器(6)连接，所述的第一实数选择器(75)的模式设置端与比较模块(74)的输出端连接，其第一输入端与参数存储器(6)连接，第二输入端与第一实数选择器(75)的输出端连接，所述的第二实数选择器(76)的手自动设置端和第一输入端分别与参数存储器(6)连接，第二输入端与第一实数选择器(75)的输出端连接，输出端与加法器(5)连接。

3.根据权利要求1所述的一种带有限幅模块的PID控制装置，其特征在于，所述的减法模块(71)为一减法运算电路，所述的除法模块(72)为一除法运算电路，所述的绝对值模块(73)为绝对值电路，所述的比较模块(74)为一运算比较器。

4.根据权利要求1所述的一种带有限幅模块的PID控制装置，其特征在于，所述的第一实数选择器(75)和第二实数选择器(76)分别为一数据选择器芯片。

5.一种应用如权利要求1所述的PID控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)减法模块从参数采集器获取PID控制器的设定值上量程值和设定值下量程值作为输入，做差后获取设定值量程；

2)除法模块从参数采集器获取PID控制器的操作设定值，并将其与设定值量程做除法，并通过绝对值模块对除法值取绝对值；

3)比较模块将取绝对值后的除法值与从参数采集器获取的PID控制器设定值限幅率作比较，并将比较结果发送到第一实数选择器的模式设置端，第一实数选择器根据比较结果选择第一输入端或第二输入端的数据作为输出；

4)第二实数选择器根据手自动设置端选择第一输入端或第二输入端的数据作为PID控制器的最终设定值。