CN106909073A - 一种数字调节器的参数调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种数字调节器的参数调整方法，包括参数优选环节(1)和PID控制环节，其算法逻辑表达式为，U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)‑e(kT‑T)]}式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0‑k)次求和；Kd：微分系数，所述Kp、Ki、Kd为由其他系统整定的参数，优化系数Kx根据所述偏差e(kT)与偏差e(kT‑T)的差值确定，所述e(kT)‑e(kT‑T)大于0时，所述Kx加C1；所述e(kT)‑e(kT‑T)小于0时，所述Kx减C2，所述e(kT)‑e(kT‑T)等于0时，Kx保持不变。

Description

一种数字调节器的参数调整方法
技术领域
本发明涉及控制系统中的数字调节器的参数调整方法。
背景技术
随着计算机技术的发展，自动控制系统中广泛使用数字调节器进行控制。数字调节器基于线性控制原理，在被控变量与给定值之间出现偏差时，对偏差进行比例、积分、微分等运算计算出控制量，通过数字调节器的调节作用消除偏差，使被控变量与给定值保持一致。
每一个安装数字调节器的系统在使用前都需要进行现场调试，对比例系数、积分系数和微分系数进行整定。如给系统施加一阶跃信号，观察输出的变化波形，通过不断调整比例(P)、积分(I)、微分(D)系数，使系统能稳定运行，并有较好的响应特性。现场调试不仅需要熟练的技术和经验，所需时间也较长。
由于每一个系统的参数都需要现场整定，对于生产量大的系列产品，现场调试的工作量将非常大，需要的周期也长。
另外，有一些机械机构，利用数字调节器进行控制时，机构会出现震动，而这种震动无法通过参数调整予以消除。
数字调节器通常都是设置在中断时间内运行，如果中断时间被调整，系统也会出现不稳定的问题。
本发明的第一目的在于提供一种不需要现场调试即可使系统稳定运行的数字调节器的参数调整方法。
第二目的在于提供一种能够防止因中断时间调整，系统出现不稳定的数字调节器的参数调整方法。
发明内容
本发明的第一技术方案为数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PID调节器，包括参数优选环节(1)和PID控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)-e(kT-T)]}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；Kd：微分系数，
所述Kp、Ki、Kd为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述偏差e(kT)与偏差e(kT-T)的差值确定，所述e(kT)-e(kT-T)大于0时，所述Kx加C1；所述e(kT)-e(kT-T)小于0时，所述Kx减C2，所述e(kT)-e(kT-T)等于0时，Kx保持不变，所述C1、C2为大于0，小于1的常数。
第二技术方案为数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PI调节器，包括参数优选环节(1)和PI控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；
所述Kp、Ki为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述偏差e(kT)与偏差e(kT-T)的差值确定，所述e(kT)-e(kT-T)大于0时，所述Kx加C1；所述e(kT)-e(kT-T)小于0时，所述Kx减C2，所述e(kT)-e(kT-T)等于0时，Kx保持不变，所述C1、C2为大于0，小于1的常数。
第三技术方案基于第一、二技术方案，其特征在于，所述C1与所述C2是相同的常数。
第四技术方案基于第一、三技术方案，其特征在于，包括计算优化参数Kx的步骤和进行PID运算的步骤，
计算Kx的步骤包括以下步骤，
步骤1，判断当前的偏差e是否大于上次的偏差e0，e＞e0时，进入步骤2，e≯e0时，进入步骤3
步骤2，计算Kx＝Kx+C1，当前的Kx由上次的Kx加C1得到，
步骤3，计算Kx＝Kx-C2，当前的Kx由上次的Kx减C2得到，
步骤4，进入PID运算环节，
步骤5，计算A＝A+Kx*Ki*e，得到Kx*Ki*e的累加值，
步骤6，计算B＝Kx*Kp*e，
步骤7，计算C＝Kx*Kd*[e(kT)-e(kT-T)]，
步骤8，计算U＝A+B+C，，
步骤9，将U作为数字调节器的输出输入到控制对象。
第五技术方案基于第二、三技术方案，其特征在于，包括计算优化参数Kx的步骤和进行PI运算的步骤，
计算Kx的步骤包括以下步骤，
步骤1，判断当前的偏差e是否大于上次的偏差e0，e＞e0时，进入步骤2，e≯e0时，进入步骤3
步骤2，计算Kx＝Kx+C1，当前的Kx由上次的Kx加C1得到，
步骤3，计算Kx＝Kx-C2，当前的Kx由上次的Kx减C2得到，
步骤4，进入PI数字运算环节，
步骤5，计算A＝A+Kx*Ki*e，得到Kx*Ki*e的累加值，
步骤6，计算B＝Kx*Kp*e，
步骤8，计算U＝A+B，
步骤9，将U作为数字调节器的输出输入到控制对象。
第六技术方案基于第四、五技术方案，其特征在于，计算Kx的步骤中，在步骤2之后还包括以下步骤，
步骤2a，判断本次偏差e的绝对值是否大于最大值Max，|e|＞Max时,使e＝Max，进入步骤4，|e|≯Max时，进入步骤2b，判断本次偏差e的绝对值是否小于Min，
步骤2b中，|e|≮Min时，进入步骤4，|e|＜Min时，使e＝Min后，进入步骤4。
第七技术方案为数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PID调节器，包括参数优选环节(1)和PID控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)-e(kT-T)]}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；Kd：微分系数，
所述Kp、Ki、Kd为由其他系统整定的参数，
所述数字调节器在定时中断时间运行，所述优化系数Kx根据中断时间或采样时间确定。
第八技术方案为数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PI调节器，包括参数优选环节(1)和PI控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；
所述Kp、Ki为由其他系统整定的参数，
所述数字调节器在定时中断时间运行，所述优化系数Kx根据中断时间或采样时间确定。
第九技术方案为数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PID调节器，包括参数优选环节(1)和PID控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)-e(kT-T)]}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；Kd：微分系数，
所述Kp、Ki、Kd为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述其他系统负载的线性度与数字调节器所控制的负载的线性度确定。
第十技术方案为数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PI调节器，包括参数优选环节(1)和PI控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和，
所述Kp、Ki为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述其他系统负载的线性度与数字调节器所控制的负载的线性度确定。
效果
由上可知，本发明的方法，不需要对每一个系统的参数进行现场整定，降低了使用数字调节器时参数整定的工作强度、提高了调试效率。
附图说明
图1为第一实施方式的控制系统方框图；
图2为数字PID调节器初始化的流程图；
图3为根据偏差e的变化趋势计算优化参数Kx的流程图；
图4为PID控制环节的流程图；
图5为第二实施方式的控制系统方框图；
图6为根据中断时间计算优化参数Kx的流程图；
图7为第三实施方式的控制系统方框图；
图8为PI调节器初始化的流程图；
图9为数字PI调节器中，PI控制环节的流程图；
图10为第四实施方式的控制系统方框图；
图11为本发明效果的说明图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。在下述实施方式中描述的具体实施例仅作为示例性说明，不构成对本发明范围的限制。
图1为第一实施方式的控制系统方框图，图1中的PID数字调节器10为本发明的数字调节器。
在本实施方式中，PID数字调节器10包括参数优选环节1、比例控制环节2、积分控制环节3、微分控制环节4。比例控制环节2、积分控制环节3、微分控制环节4构成标准的PID控制系统。参数优选环节1用于优化系统的控制特性，使比例控制环节2、积分控制环节3、微分控制环节4的参数不进行现场整定，系统也能稳定运行。
如图1所示，被控对象6的输出值Y在减法器7中与给定值R进行比较，其偏差e输入到参数优选环节1，与优化参数Kx相乘后，输入到PID控制环节。PID控制环节中的比例环节2、积分环节3、微分环节4分别对输入值进行比例、积分、微分运算，各运算值由加法器5合成后作为控制量U输入到控制对象6进行控制。
PID控制环节中的比例系数K、积分系数Ki、微分系数Kd采用其他系统通过现场整定的参数。
参数优选环节1在将偏差e与优化参数Kx相乘前，首先将本次的偏差e与前次的偏差e0进行比较，如果偏差e增加，说明系统的超调在增加，参数优选环节1增大优化参数Kx，如果偏差e变小，说明系统的超调在减小，参数优选环节1减小Kx，如果偏差e没有变化，参数优选环节1保持优化参数Kx不变。
因此，超调量增大时，优化参数Kx增大，参数优选环节1的输出值就大，PID环节的调节作用变强，抑制了超调量的增大。而超调量减小时，优化参数Kx减小，PID环节的调节作用变弱。这样，不仅能够抑制系统的超调，使系统尽快的进入稳态，还能避免超调量减小时因调节作用过强，系统出现不稳定的问题。在系统进入到稳态时，优化参数Kx保持不变。
而在外界受到干扰，偏差e增加时，能够迅速增大优化参数Kx，加大PID环节的调节作用，使系统具有更强的抗干扰能力。
由于PID数字调节器10中比例系数K、积分系数Ki、微分系数Kd采用其他系统的参数，与现场调试相比，降低了调试工作量。
PID控制环节中的比例系数K、积分系数Ki、微分系数Kd优选负载功率不同系统整定的参数。
对于控制系统而言，现场中负载功率的改变是经常发生的，如果负载功率发生改变，PID数字调节器10的参数需要重新整定。而采用本发明的数字PID调节器10，只要在第一现场调试出一套参数，在负载功率发生改变的其他现场利用第一现场整定的参数即可，避免了每个现场调试所造成的工作量大周期长的问题。
如果第一现场的负载的线性度与第二现场的负载的线性度(增益)都已知，还可以根据负载的线性度，在第二现场通过手动调整优化参数Kx也能使PID控制的效果达到优化。如第一现场的负载的线性度为1时，第2现场的负载的线性度为0.5时，只要在第二现场将优化参数Kx调整成0.5即可，而不需要根据偏差e的变化大小调整优化参数Kx，降低了处理器的运算量。
由于数字PID调节器10能够随偏差e的变化，自动调整控制量，对于PID调节后仍有震动的有些机械机构，宏观上的震动在微观上是加速度有时大于零、有时小于零所致。因此，利用数字PID调节器10进行调节还能够降低或消除震动，使机构运行稳定。
以下通过流程图对数字PID调节器以及参数调整的方法进行说明。
参数优选数字PID调节器10由单片机或PLC(可编程逻辑控制器)构成，优化参数Kx的调整以及PID控制设置在单片机或PLC的定时中断时间内运行。在本实施方式中，中断时间设置为10ms，采样时间为中断时间的整数倍。
数字PID调节器10进行控制的算法逻辑表达式如下式所示：U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)-e(kT-T)]}(1)
式中：Kx：优化系数；
T：采样周期；
k：采样(运算)次数；
U(kT)：第k次输出的控制量；
Kp：比例系数；
e(kT)：第k次的偏差；
Ki：积分系数；
Σ：(0-k)次求和；
Kd：微分系数。
首先对数字PID调节器10进行初始化。
图2为PID调节器初始化的流程图；
步骤S1，对参数优选环节1进行初始化，使Kx＝1.0；e＝0；e0＝0。
其中，e：当前偏差；e0：上次偏差。
步骤S2，对比例环节2、积分环节3、微分环节4进行设定，使Kp＝Cp、Ki＝Ci、Kd＝Cd。其中，Cp、Ci、Cd为负载功率不同的系统在第一现场通过现场整定得到。
步骤S3，对输出变量U进行初始化，使U＝0。
初始化结束后，进入图3的优化参数Kx运算和图4的PID运算。
图3为计算优化参数kx的流程图。
步骤S20，根据采样值计算本次的偏差e。
步骤S30，判断参数优选环节1的工作模式。如果Kx是优选模式，进入步骤S50，如果Kx是固定模式，进入步骤S40，使Kx＝C后，进入图4的PID调节环节。
固定模式的Kx适用于负载的线性度已知的控制对象。如第一现场的负载的线性度为1，作为第2现场的本实施方式，负载的线性度为0.5时，只要在第二现场将优化参数Kx调整成0.5即可，降低了处理器的运算量。
步骤S50，判断当前的偏差e是否大于上次的偏差e0，如果e＞e0，进入步骤S60，如果e≯e0，进入步骤S55。
步骤S60，计算Kx＝Kx+C1，得到当前Kx。即，将前次的Kx加C1得到计算本次的Kx。之后进入步骤S70。
步骤S55，判断当前的偏差e是否小于上次的偏差e0，如果e＜e0，进入步骤S65，计算Kx＝Kx-C2。即，将前次的Kx减C2得到计算本次的Kx。之后进入步骤S70。
如果步骤S55的判断为e≮e0，即，当前偏差e与上次偏差e0相同，进入步骤S90，用前次的Kx值设定本次的Kx(Kx＝Kx)后，进入图4的PID控制环节。
步骤S70，判断本次偏差e的绝对值是否大于最大值Max。如果|e|＞Max，进入步骤S75，使e＝Max后，进入图4的PID调节环节。如果|e|≯Max，进入步骤S80。
步骤S80，判断本次偏差e的绝对值是否小于Min，如果|e|≮Min，进入图4的PID调节环节。如果|e|＜Min，进入步骤S85，使e＝Min后，进入图4的PID调节环节。
通过以上的处理，得到本次的Kx。并且在|e|＞Max或|e|＜Min时，用Max或|Min取代偏差e，防止了PID控制时，因偏差e过大，控制作用过强，系统不稳定或超调严重的问题。另外还能够防止在比例、积分、微分运算时出现数值饱和的问题发生。
另外，也可与偏差e相同，对Kx设置取值范围，在Kx大于最大值或小于最小值时，用最大值和最小值代替计算值，防止因Kx的变化过大，系统出现不稳定或超调严重的问题。同时防止在比例、积分、微分运算时出现数值饱和的问题发生。
C1、C2是每个周期的调整量，取较小的值，有利于提高调整精度，如取值0.001。C1、C2的值太大，每次的调整量大，容易出现系统不稳定，具体可根据经验或现场调试确定。也可根据负载的大小，通过现场调试的方式确定。C1、C2优选0至1之间的值。C1、C2可以相同也可以不同。
以下对PID控制环节进行说明。
图4为PID控制的流程图。
为计算方便将式(1)改写成式(2)U(kT)＝Kx*Kp*e(kT)+Kx*Ki*Σe(kT)+Kx*Kd*[e(kT)-e(kT-T)](2)
其中，Kx*Kp*e(kT)由累加器B计算；Kx*Ki*Σe(kT)由累加器A计算：Kx*Kd*[e(kT)-e(kT-T)]由累加器C计算。
步骤S100,计算A＝A+Kx*Ki*e，运算出当前的积分量。
步骤S110，判断积分量A是否大于Max，如果A＞Max，进入步骤S210，将积分量A设定为Max后，进入步骤S130。如果A≯Max，进入步骤S120，判断积分量A是否小于Min，如果A＜Min，在步骤S200将积分量A设定为Min后，进入步骤S130。
步骤S120中，如果A≮Min，直接进入步骤S130。
步骤S130，计算当前的比例量B＝Kx*Kp*e。
步骤S140，计算当前的微分量C＝Kx*Kd*(e-e0)。
步骤S150，计算当前输出量U＝A+B+C。
步骤S160，判断输出量U是否大于Max，如果U＞Max，进入步骤S190，将输出量U设定为Max后，进入步骤S220，将输出量U作为本次的输出量U输出到控制对象6。
如果步骤S160的判断输出量U≯Max，进入步骤S170，判断输出量U是否小于Min，如果输出量U≮Min，进入步骤S220，将输出量U作为本次的输出量U输出到控制对象6。
如果步骤S170的判断为输出量U＜Min，进入步骤S180，将输出量U设定为Min后，进入步骤S220，将输出量U作为本次的输出量U输出到控制对象6。
之后进入步骤S230，在下一次采样时刻时返回，进行下次输出量的计算。
以上对第一实施方式进行了说明，与现有技术相比，仅仅在计算积分量、比例量、微分量时，用Kx*e取代了现有技术中的e，其余与现有技术相同，因此，积分量、比例量、微分量以及输出量U的计算可以利用任何现有技术。
图11为本发明效果的说明图。
图11的(a)为输入信号R为阶跃信号时的响应，曲线a是采用本发明的方法对Kx的值进行优选后的响应，曲线c是不设置参数优选环节时的响应。曲线b是采用本发明的方法对Kx的值进行优选时，在偏差e第一次过0后开始调整时的响应。
图11的(b)为偏差e随时间的变化和Kx值调整情况的说明图，图中的打斜线的区域e、f为偏差e的绝对值大于Max和小于Min时，对偏差e的大小进行限制的区域。Kx是随时间变化的曲线。Kx’为采用本发明的方法对Kx的值进行优选时，在偏差e第一次过0后开始调整时的Kx值调整情况。
由图11可知，由于优化参数Kx随着偏差e的变化趋势而变化，与单纯利用系统的参数进行控制相比较，超调量得到了抑制，系统不仅稳定，进入稳态的时间也更短，系统特性变得良好。
尤其是对Kx进行调整的时间点，设置在偏差e第一次过0后进行，能够避免控制的初始阶段，因偏差e逐渐变小所导致的Kx值下降过快的问题。
以下对第二实施方式进行说明。
图5为第二实施方式的控制系统方框图。
在第一实施方式中，参数优选环节1根据偏差e的变化趋势计算优化参数Kx，在第二实施方式中，参数优选环节1a根据中断时间计算优化参数Kx。在数字调节器中，PID控制通常设置在中断时间内运行，采样时间为中断时间的整数倍。中断时间一旦被调整，采样时间也随之发生变化，造成系统不稳定。
在第二实施方式中，参数优选环节1a根据中断时间计算优化参数Kx。
图6为根据中断时间计算优化参数Kx的流程图。
步骤S20a至S40a与图3中的步骤S20至S40相同。即，
步骤S20a，根据采样值计算本次的偏差e。
步骤S30a，判断参数优选环节1的工作模式。如果Kx是优选模式，进入步骤S47a，如果Kx是固定模式，进入步骤S40a，使Kx＝C后，进入图4的PID调节环节。
步骤S47a，判断中断时间的大小。
步骤S48a，根据中断时间设定优化参数Kx。
如10ms的中断时间，定义Kx＝1.0，8ms的中断时间定义Kx＝0.8，5ms的中断时间定义Kx＝0.5，15ms的中断时间定义Kx＝1.5。中断时间与所对应的Kx制成表格，根据判断的中断时间由表格选取参数Kx。
步骤S50a，判断当前的偏差e是否大于上次的偏差e0，如果e＞e0，进入步骤S70a，如果e≯e0，进入步骤S55a，判断当前的偏差e是否小于上次的偏差e0。如果e＜e0，进入步骤S70a，做进一步判断，否则，因为偏差e没有变化，直接进入图4的PID控制环节。
步骤S70a，判断本次偏差e的绝对值是否大于最大值Max。如果|e|＞Max，进入步骤S75a，使e＝Max后，进入图4的PID调节环节。如果|e|≯Max，进入步骤S80a。
步骤S80a，判断本次偏差e的绝对值是否小于Min，如果|e|≮Min，进入数字PID调节环节。如果|e|＜Min，进入步骤S85，使e＝Min后，进入图4的PID调节环节。
在本实施方式中，如果中断时间发生改变，根据中断时间设定优化参数Kx，能够防止因中断时间的变化造成的系统不稳定。即，本实施方式中，采样时间是中断时间的整数倍，中断时间一旦发生变化，采样时间也随之改变。采样时间(周期)的延长可能造成系统的不稳定，在本实施方式中，中断时间即采样时间越长，优化参数Kx就越大，系统的控制作用就越大，抑制了系统出现不稳定。
与第一实施方式相同，第二实施方式中，在|e|＞Max或|e|＜Min时，用Max或|Min取代偏差e，防止了PID控制时，因偏差e过大，控制作用过强，系统不稳定或超调严重的问题。另外还能够防止在比例、积分、微分运算时出现数值饱和的问题发生。
在以上第一、二实施方式中，以数字PID调节器为例对本发明的数字调节器和参数优选方法进行了说明，作为数字调节器并不限于数字PID调节器，也可是数字PI调节器。
以下通过第三实施方式对数字PI调节器进行说明。
图7为第三实施方式的控制系统方框图；
数字PI调节器10b进行控制的算法逻辑表达式如下式所示：U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]}(3)
式中：Kx：优化系数；
T：采样周期；
k：采样(运算)次数；
U(kT)：第k次输出的控制量；
Kp：比例系数；
e(kT)：第k次的偏差；
Ki：积分系数；
Σ：(0-k)次求和；
首先对数字PI调节器10b进行初始化。
图8为PI调节器初始化的流程图；
步骤S1，对参数优选环节1进行初始化，使Kx＝1.0；e＝0；e0＝0。
其中，e：当前偏差；e0：上次偏差。
步骤S2，对比例环节2、积分环节3进行设定，使Kp＝Cp、Ki＝Ci。其中，Cp、Ci为负载功率不同的系统在第一现场通过现场整定得到。
步骤S3，对输出变量U进行初始化，使U＝0。
初始化结束后，进入优化参数Kx运算和PI运算。
优化参数Kx运算与第一实施方式相同，即，根据图3的流程图计算优化参数Kx，详细过程参照第一实施方式的说明，在此不再重复说明。
图9为PI控制的流程图。
为计算方便将式(3)改写成式(4)
U(kT)＝Kx*Kp*e(kT)+Kx*Ki*Σe(kT)(4)
其中，Kx*Kp*e(kT)由累加器B计算；Kx*Ki*Σe(kT)由累加器A计算。
步骤S100a,计算A＝A+Kx*Ki*e，运算出当前的积分量。
步骤S110，判断积分量A是否大于Max，如果A＞Max，进入步骤S210a，将积分量A设定为Max后，进入步骤S130a。如果A≯Max，进入步骤S120a，判断积分量A是否小于Min，如果A＜Min，在步骤S200a将积分量A设定为Min后，进入步骤S130。
步骤S120a中，如果A≮Min，直接进入步骤S130a。
步骤S130a，计算当前的比例量B＝Kx*Kp*e。
步骤S150a，计算当前输出量U＝A+B。
步骤S160a，判断输出量U是否大于Max，如果U＞Max，进入步骤S190a，将输出量U设定为Max后，进入步骤S220a，将输出量U作为本次的输出量U输出到控制对象6。
如果步骤S160a的判断输出量U≯Max，进入步骤S170a，判断输出量U是否小于Min，如果输出量U≮Min，进入步骤S220a，将输出量U作为本次的输出量U输出到控制对象6。
如果步骤S170a的判断为输出量U＜Min，进入步骤S180a，将输出量U设定为Min后，进入步骤S220a，将输出量U作为本次的输出量U输出到控制对象6。
之后进入步骤S230a，在下一次采样时刻时返回，进行下次的计算。
以上对第三实施方式进行了说明，与现有技术相比，仅仅在计算积分量、比例量时，用Kx*e取代了现有技术中的e，其余与第一实施方式相同，积分量、比例量以及输出量U的计算可以利用任何现有技术。
图10为第四实施方式的控制系统方框图。
在图5的第二实施方式中，PID调节器10a中的优化参数Kx根据中断时间设定。在图10的第四实施方式中，PI调节器10c与PID调节器10a同样，根据中断时间设定优化参数Kx，不同之处仅仅在于之后的PI控制环节。第四实施方式中，PI调节器10c采用图6的方法计算优化参数Kx，采用图9的方法进行PI调节。具体过程参照图6和图9的说明。其效果也与第二实施方式相同。
以上对本发明的实施方式进行了说明，本发明的技术方案不仅适用线性的控制对象，也适用于非线性的控制对象。尤其是参数优选环节1根据偏差e的变化趋势调整优化参数Kx，对于非线性的控制对象也能很好地抑制控制过程中出现的超调量过大，系统稳定的问题。

Claims (10)

1.数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PID调节器，包括参数优选环节(1)和PID控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)-e(kT-T)]}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；Kd：微分系数，
所述Kp、Ki、Kd为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述偏差e(kT)与偏差e(kT-T)的差值确定，所述e(kT)-e(kT-T)大于0时，所述Kx加C1；所述e(kT)-e(kT-T)小于0时，所述Kx减C2，所述e(kT)-e(kT-T)等于0时，Kx保持不变，所述C1、C2为大于0，小于1的常数。
2.数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PI调节器，包括参数优选环节(1)和PI控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；
所述Kp、Ki为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述偏差e(kT)与偏差e(kT-T)的差值确定，所述e(kT)-e(kT-T)大于0时，所述Kx加C1；所述e(kT)-e(kT-T)小于0时，所述Kx减C2，所述e(kT)-e(kT-T)等于0时，Kx保持不变，所述C1、C2为大于0，小于1的常数。
3.根据权利要求1或2所述的数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述C1与所述C2是相同的常数。
4.根据权利要求1或3所述的数字调节器的参数调整方法，其特征在于，包括计算优化参数Kx的步骤和进行PID运算的步骤，
计算Kx的步骤包括以下步骤，
步骤1，判断当前的偏差e是否大于上次的偏差e0，e＞e0时，进入步骤2，e≯e0时，进入步骤3
步骤2，计算Kx＝Kx+C1，当前的Kx由上次的Kx加C1得到，
步骤3，计算Kx＝Kx-C2，当前的Kx由上次的Kx减C2得到，
步骤4，进入PID运算环节，
步骤5，计算A＝A+Kx*Ki*e，得到Kx*Ki*e的累加值，
步骤6，计算B＝Kx*Kp*e，
步骤7，计算C＝Kx*Kd*[e(kT)-e(kT-T)]，
步骤8，计算U＝A+B+C，，
步骤9，将U作为数字调节器的输出输入到控制对象。
5.根据权利要求2或3所述的数字调节器的参数调整方法，其特征在于，包括计算优化参数Kx的步骤和进行PI运算的步骤，
计算Kx的步骤包括以下步骤，
步骤1，判断当前的偏差e是否大于上次的偏差e0，e＞e0时，进入步骤2，e≯e0时，进入步骤3
步骤2，计算Kx＝Kx+C1，当前的Kx由上次的Kx加C1得到，
步骤3，计算Kx＝Kx-C2，当前的Kx由上次的Kx减C2得到，
步骤4，进入PI数字运算环节，
步骤5，计算A＝A+Kx*Ki*e，得到Kx*Ki*e的累加值，
步骤6，计算B＝Kx*Kp*e，
步骤8，计算U＝A+B，
步骤9，将U作为数字调节器的输出输入到控制对象。
6.根据权利要求4或5所述的数字调节器的参数调整方法，其特征在于，计算Kx的步骤中，在步骤2之后还包括以下步骤，
步骤2a，判断本次偏差e的绝对值是否大于最大值Max，|e|＞Max时,使e＝Max，进入步骤4，|e|≯Max时，进入步骤2b，判断本次偏差e的绝对值是否小于Min，
步骤2b中，|e|≮Min时，进入步骤4，|e|＜Min时，使e＝Min后，进入步骤4。
7.数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PID调节器，包括参数优选环节(1)和PID控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)-e(kT-T)]}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；Kd：微分系数，
所述Kp、Ki、Kd为由其他系统整定的参数，
所述数字调节器在定时中断时间运行，所述优化系数Kx根据中断时间或采样时间确定。
8.数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PI调节器，包括参数优选环节(1)和PI控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；
所述Kp、Ki为由其他系统整定的参数，
所述数字调节器在定时中断时间运行，所述优化系数Kx根据中断时间或采样时间确定。
9.数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PID调节器，包括参数优选环节(1)和PID控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)+Kd*[e(kT)-e(kT-T)]}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和；Kd：微分系数，
所述Kp、Ki、Kd为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述其他系统负载的线性度与数字调节器所控制的负载的线性度确定。
10.数字调节器的参数调整方法，其特征在于，所述数字调节器为PI调节器，包括参数优选环节(1)和PI控制环节，其算法逻辑表达式为，
U(kT)＝Kx*{Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)}
式中：Kx：优化系数；T：采样周期；k：采样、运算次数；U(kT)：第k次数字调节器的输出；Kp：比例系数；e(kT)：第k次输入数字调节器的偏差；Ki：积分系数；Σ：(0-k)次求和，
所述Kp、Ki为由其他系统整定的参数，
所述优化系数Kx根据所述其他系统负载的线性度与数字调节器所控制的负载的线性度确定。
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