CN109634102B - 一种二级控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种二级控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供的一种二级控制方法、装置、设备和存储介质，方法包括步骤：将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号；将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述被控输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号。本申请通过对信号形成二级控制，极大地加快控制系统的响应速度。

Description

一种二级控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种二级控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
PID控制器(比例-积分-微分控制器)由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，能实现比例控制、积分控制和微分控制三种控制方法的单独或组合使用。因此，PID控制器具有控制方法灵活、参数易于调整、控制效果良好等优点，使得其成为工业控制中最常用的一种控制器。但是目前的一级控制器在高阶系统中的响应速度较慢。
发明内容
本申请提供了一种二级控制方法、装置、设备及存储介质，能够对信号形成二级控制，极大地加快系统的响应速度。
本申请第一方面提供的一种二级控制方法，包括：
将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号；
将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述被控输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；
将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号。
优选地，所述将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号具体包括：
获取上一级输出信号；
输入主被控输入信号，并将所述主被控信号与所述上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号。
优选地，所述将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述被控输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号还包括：
令所述被控输出信号为被控输入信号，将所述被控输入信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号。
优选地，所述将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号具体包括：
将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器对所述第二误差信号依次进行比例运算、积分运算和微分运算，得到控制输出信号。
本申请第二方面提供了一种二级控制装置，包括：
第一减法模块，用于将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号；
第二减法模块，用于将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述第一控制输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；
输出控制信号模块，用于将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号。
优选地，所述第一减法模块具体包括：
获取信号单元，用于获取上一级输出信号；
减法运算单元，用于输入主被控输入信号，并将所述主被控信号与所述上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号。
优选地，所述第二减法模块还用于：
令所述被控输出信号为被控输入信号，将所述被控输入信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号。
优选地，所述输出控制信号模块具体用于：
将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器对所述第二误差信号依次进行比例运算、积分运算和微分运算，得到控制输出信号。
本申请第三方面提供的一种二级控制设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如第一方面的一种二级控制方法。
本申请第四方面提供的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的一种二级控制方法。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供的一种二级控制方法、装置、设备和存储介质，方法包括步骤：将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号；将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述被控输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号。本申请通过对信号形成二级控制，极大地加快控制系统的响应速度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例或现有技术描述中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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种二级控制方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本申请提供的一种二级控制方法的一个实施例的控制信号流程示意图；
图3为本申请提供的一种二级控制方法的一个实施例的控制系统在有无使用二级控制方法下的输出效果波形图。
具体实施方式
本申请提供了一种二级控制方法、装置、设备和存储介质，通过对信号形成二级控制，极大地加快控制系统的响应速度。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1-3，图1为本申请提供的一种二级控制方法的一个实施例的流程示意图；图2为本申请提供的一种二级控制方法的一个实施例的控制信号流程示意图；图3为本申请提供的一种二级控制方法的一个实施例的控制系统在有无使用二级控制方法下的输出效果波形图。
本申请第一方面提供的一种二级控制方法，包括：
S1，将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号；
S2，将第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将被控输出信号与主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；
S3，将第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据第二误差信号输出控制输出信号。
需要说明的是，本申请实施例提供的一种二级控制方法，先将上一级主被控对象的输出信号与主被控输入信号进行减法运算，获取第一误差信号；
将第一误差信号输入到第一PID控制器，经过PID控制后得到被控输出信号，返回该被控输出信号，当返回该被控输出信号时，输入主被控输入信号，并将该主被控输入信号和该被控输出信号做减法运算获得两个信号之间的误差信号，以获取第二误差信号；
将上一步骤获得的第二误差信号输入到第二PID控制器，得到最终的控制输出信号。
本申请实施例通过对控制系统的输入信号进行二级控制，能够大幅度提高控制系统的响应速度。
进一步地，将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号具体包括：
获取上一级输出信号；
输入主被控输入信号，并将主被控信号与上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号。
进一步地，将第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将被控输出信号与主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号还包括：
令被控输出信号为被控输入信号，将被控输入信号与主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号。
进一步地，将第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据第二误差信号输出控制输出信号具体包括：
将第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器对第二误差信号依次进行比例运算、积分运算和微分运算，得到控制输出信号。
参见图2，为本申请实施例提供的一种二级控制算法的控制信号的控制流程示意图：
首先，输入主被控输入信号的同时，获取上一级主被控对象输出的输出信号，将主被控输入信号与该上一级输出信号进行减法运算获得误差信号，该误差信号为第一误差信号，然后将该第一误差信号输入第一控制器，即图中的控制器2，得到被控输出信号，返回该被控输出信号，此时再次输入一个主被控输入信号，将该主被控输入信号与该被控输出信号做减法运算，获得第二误差信号，将第二误差信号作为主被控对象的输入信号，输入到第二控制器，即图中的控制器1，得到最终的控制输出信号。
参见图3，为本申请提供的一种二级控制方法的一个实施例的控制系统在有无使用二级控制方法下的输出效果的波形图，其中，图中的K1为控制系统在使用二级控制方法下的输出效果的波形图，K2为控制系统在未使用二级控制方法下的控制效果的波形图，输入的信号为单位阶跃信号，控制器选用的是PID控制器，其中控制器1的参数具体为：kp＝75、ki＝8、kd＝25，控制器2的参数具体为：kp＝75、ki＝8、kd＝25，本领域的技术人员可自行选择控制器以及其调整参数，本申请所提供的二级控制方法对此不进行限定。
从图中可看出，K1曲线比K2曲线更快达到预期输出值，系统的调整时间缩短了约33％，说明了相比起现有的控制方法，本申请实施例的二级控制方法可以大幅度加快系统的相应速度，能够有效解决目前存在的一些控制方面响应速度过慢的问题。
本申请第二方面提供了一种二级控制装置，包括：
第一减法模块，用于将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号；
第二减法模块，用于将第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将第一控制输出信号与主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；
输出控制信号模块，用于将第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据第二误差信号输出控制输出信号。
进一步地，第一减法模块具体包括：
获取信号单元，用于获取上一级输出信号；
减法运算单元，用于输入主被控输入信号，并将主被控信号与上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号。
进一步地，第二减法模块还用于：
令被控输出信号为被控输入信号，将被控输入信号与主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号。
进一步地，输出控制信号模块具体用于：
将第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器对第二误差信号依次进行比例运算、积分运算和微分运算，得到控制输出信号。
本申请第三方面提供的一种二级控制设备，设备包括处理器以及存储器：
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行一种二级控制方法。
本申请第四方面提供的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行一种二级控制方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-Only Memory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种二级控制方法，其特征在于，包括：
将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号，所述上一级输出信号为上一级主被控对象输出的信号；
将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述被控输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；
将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种二级控制方法，其特征在于，所述将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号具体包括：
获取上一级输出信号；
输入主被控输入信号，并将所述主被控输入信号与所述上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号。
3.根据权利要求1所述的一种二级控制方法，其特征在于，所述将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述被控输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号还包括：
令所述被控输出信号为被控输入信号，将所述被控输入信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号。
4.根据权利要求1所述的一种二级控制方法，其特征在于，所述将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号具体包括：
将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器对所述第二误差信号依次进行比例运算、积分运算和微分运算，得到控制输出信号。
5.一种二级控制装置，其特征在于，包括：
第一减法模块，用于将主被控输入信号和上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号，所述上一级输出信号为上一级主被控对象输出的信号；
第二减法模块，用于将所述第一误差信号输入第一PID控制器，得到被控输出信号，将所述被控输出信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号；
输出控制信号模块，用于将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器根据所述第二误差信号输出控制输出信号。
6.根据权利要求5所述的一种二级控制装置，其特征在于，所述第一减法模块具体包括：
获取信号单元，用于获取上一级输出信号；
减法运算单元，用于输入主被控输入信号，并将所述主被控输入信号与所述上一级输出信号进行减法运算，获得第一误差信号。
7.根据权利要求5所述的一种二级控制装置，其特征在于，所述第二减法模块还用于：
令所述被控输出信号为被控输入信号，将所述被控输入信号与所述主被控输入信号进行减法运算，获得第二误差信号。
8.根据权利要求5所述的一种二级控制装置，其特征在于，所述输出控制信号模块具体用于：
将所述第二误差信号输入第二PID控制器，第二PID控制器对所述第二误差信号依次进行比例运算、积分运算和微分运算，得到控制输出信号。
9.一种二级控制设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的一种二级控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的一种二级控制方法。
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