CN108490762A - 一种pid控制系统的参数自整定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PID控制系统的参数自整定方法。涉及PID控制系统的参数自整定技术领域。包括将N组PID控制器参数投入到系统中仿真运行，计算PID控制器输出值；分别计算N组PID控制器参数对应控制系统的性能指标；比较N组性能指标选择最优性能指标对应的PID控制器参数组为待测参数组；根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID控制器参数组。本发明在三维维空间M中产生N个PID控制器参数且通过仿真运行并计算控制系统的性能指标，通过控制系统的性能指标的最优值获取PID控制器参数，提高了不同控制系统中PID控制器参数确认的效率。
Description
技术领域
本发明属于PID控制系统的参数自整定技术领域，特别是涉及一种PID控制系统的参数自整定方法。
背景技术
在工业过程控制中，按被控对象的实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差的比例、积分和微分进行控制的控制系统，简称PID控制系统。PID控制具有原理简单，鲁棒性强和实用面广等优点，是一种技术成熟、应用最为广泛的控制系统。
PID控制器的参数必须根据工程问题的具体要求来考虑。在工业过程控制中，通常要保证闭环系统稳定，对给定量的变化能迅速跟踪，超调量小。在不同干扰下输出应能保持在给定值附近，控制量尽可能地小，在系统和环境参数发生变化时控制应保持稳定。一般来说，要同时满足这些要求是很难做到的，必须根据系统的具体情况，满足主要的性能指标，同时兼顾其它方面的要求。
本发明致力于发明一种PID控制系统的参数自整定方法，用于解决PID控制系统在不同领域中参数整定困难以及获得最优PID控制器参数组困难的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PID控制系统的参数自整定方法，通过比较PID控制器参数对应控制系统的性能指标确认待测参数组再通过对应参数等差仿真微调，解决了现有PID控制系统在不同领域中参数整定困难以及获得最优PID控制器参数组困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种PID控制系统的参数自整定方法，包括如下步骤：
S000：确定PID控制器待整定参数比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd的可行范围；
S001：根据控制系统的复杂程度确定寻优三维集合M；
S002：在三维维空间M中按预定等差值Dp、Di、Dd产生N个个体，每个个体对应一组可行的PID控制器参数；
S003：将N组PID控制器参数投入到系统中仿真运行，计算PID控制器输出值为：
其中，u(n)表示PID控制器输出，n为采样序号，T为采样周期；
S004：分别计算N组PID控制器参数对应控制系统的性能指标：
其中，e(k)为控制系统的输出误差；u(k)为PID控制器输出值；T为采样周期；
S005：比较N组性能指标选择最优性能指标对应的PID控制器参数组为待测参数组；
S006：根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID控制器参数组。
优选地，S006中根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID为控制器参数组具体过程如下：
T000：采用待测参数组在系统中仿真运行；
T001：仿真运行过程，记录并判断Kp的波动频率Fp是否超过阈值Fm；若是，则执行T002，若否则执行T003；
T002：则令Kp＝Kp+Dp，执行T000；
T003：仿真运行过程，记录并判断Ki的波动频率Fi是否超过阈值Fm；若是，则执行T004，若否，则执行T005；
T004：则令Ki＝Ki-Di，执行T000；
T005：仿真运行过程，记录并判断Kd的波动频率Fd是否超过阈值Fm；若是，则执行T006；若否，则执行T007；
T006：则令Kd＝Kd+Dd，执行T000；
T007：当前待测参数组为最优PID控制器参数组。
优选地，所述阈值Fm为预设的参数不稳定的边界值。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在三维维空间M中产生N个PID控制器参数且通过仿真运行并计算控制系统的性能指标，通过控制系统的性能指标的最优值获取PID控制器参数，保证了PID控制器参数的性能优势以及快速确认PID控制器参数，提高了不同控制系统中PID控制器参数确认的效率；
2、本发明通过比较PID控制器参数对应控制系统的性能指标确认待测参数组再通过对应参数等差仿真微调，提高了PID控制器参数的精准性及准确度。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种PID控制系统的参数自整定方法的流程图；
图2为S006中根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID为控制器参数组的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种PID控制系统的参数自整定方法，包括如下步骤：
S000：确定PID控制器待整定参数比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd的可行范围；
S001：根据控制系统的复杂程度确定寻优三维集合M；
S002：在三维维空间M中按预定等差值Dp、Di、Dd产生N个个体，每个个体对应一组可行的PID控制器参数；
S003：将N组PID控制器参数投入到系统中仿真运行，计算PID控制器输出值为：
其中，u(n)表示PID控制器输出，n为采样序号，T为采样周期；
S004：分别计算N组PID控制器参数对应控制系统的性能指标：
其中，e(k)为控制系统的输出误差；u(k)为PID控制器输出值；T为采样周期；
S005：比较N组性能指标选择最优性能指标对应的PID控制器参数组为待测参数组；
S006：根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID控制器参数组。
请参阅图1所示，S006中根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID为控制器参数组具体过程如下：
T000：采用待测参数组在系统中仿真运行；
T001：仿真运行过程，记录并判断Kp的波动频率Fp是否超过阈值Fm；若是，则执行T002，若否则执行T003；
T002：则令Kp＝Kp+Dp，执行T000；
T003：仿真运行过程，记录并判断Ki的波动频率Fi是否超过阈值Fm；若是，则执行T004，若否，则执行T005；
T004：则令Ki＝Ki-Di，执行T000；
T005：仿真运行过程，记录并判断Kd的波动频率Fd是否超过阈值Fm；若是，则执行T006；若否，则执行T007；
T006：则令Kd＝Kd+Dd，执行T000；
T007：当前待测参数组为最优PID控制器参数组。
其中，阈值Fm为预设的参数不稳定的边界值。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (3)
1.一种PID控制系统的参数自整定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S000：确定PID控制器待整定参数比例系数Kp，积分系数Ki和微分系数Kd的可行范围；
S001：根据控制系统的复杂程度确定寻优三维集合M；
S002：在三维维空间M中按预定等差值Dp、Di、Dd产生N个个体，每个个体对应一组可行的PID控制器参数；
S003：将N组PID控制器参数投入到系统中仿真运行，计算PID控制器输出值为：
其中，u(n)表示PID控制器输出，n为采样序号，T为采样周期；
S004：分别计算N组PID控制器参数对应控制系统的性能指标：
其中，e(k)为控制系统的输出误差；u(k)为PID控制器输出值；T为采样周期；
S005：比较N组性能指标选择最优性能指标对应的PID控制器参数组为待测参数组；
S006：根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID控制器参数组。
2.根据权利要求1所述的一种PID控制系统的参数自整定方法，其特征在于，S006中根据待测参数组在系统中仿真运行获取最优PID为控制器参数组具体过程如下：
T000：采用待测参数组在系统中仿真运行；
T001：仿真运行过程，记录并判断Kp的波动频率Fp是否超过阈值Fm；若是，则执行T002，若否则执行T003；
T002：则令Kp＝Kp+Dp，执行T000；
T003：仿真运行过程，记录并判断Ki的波动频率Fi是否超过阈值Fm；若是，则执行T004，若否，则执行T005；
T004：则令Ki＝Ki-Di，执行T000；
T005：仿真运行过程，记录并判断Kd的波动频率Fd是否超过阈值Fm；若是，则执行T006；若否，则执行T007；
T006：则令Kd＝Kd+Dd，执行T000；
T007：当前待测参数组为最优PID控制器参数组。
3.根据权利要求1所述的一种PID控制系统的参数自整定方法，其特征在于，所述阈值Fm为预设的参数不稳定的边界值。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113655714A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-16 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种控制系统参数自整定方法 |
| CN114656016A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-06-24 | 惠州水务集团惠东水务有限公司 | 一种絮凝剂自适应投加方法和系统 |
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- 2018-04-14 CN CN201810382190.6A patent/CN108490762A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113655714A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-16 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种控制系统参数自整定方法 |
| CN113655714B (zh) * | 2021-07-02 | 2023-01-06 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种控制系统参数自整定方法 |
| CN114656016A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-06-24 | 惠州水务集团惠东水务有限公司 | 一种絮凝剂自适应投加方法和系统 |
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