CN110764403A - 一种能够快速达到稳态的pid控制方法 - Google Patents

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张立
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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Abstract

本发明提供了一种能够快速达到稳态的PID控制系统，包括以下模块：获取模块，获取任意时刻输入的目标值、任意时刻的反馈值以及初始值；加速模块，将目标值和反馈值按照第一逻辑进行处理生成第一函数，所述目标值和反馈值分别经过第一函数修正计算出修正值；处理模块，将修正值与误差值进行补偿后得到输出值，控制器根据输出值控制设备工作，获取设备工作数据为反馈值。本发明在原有PID基础上添加加速器可以后，使得PID输出即可以不用过冲而平滑达到稳态，又可以缩短达到稳态的时间。

Description

一种能够快速达到稳态的PID控制方法
技术领域
本发明涉及PID系统技术领域，具体涉及一种能够快速达到稳态的PID控制方法及系统。
背景技术
PID系统在自动化控制领域有广泛的应用，基本的PID系统控制如图1所示，通过输入端输入控制值，对传感器采集的数据计算误差后进行补偿，然后根据补偿额实时控制整个系统(设备)进行调整，直至整个系统(设备)达到相应的控制值。在此过程中，基本的PID系统根据如图2所示的步骤方法计算补偿值，其中Kc为比例响应，Ti与Td分别是积分与微分响应，调节系统中的Kc,Ti,Td(即P，I， D)即可让输出达到需要的值并且一直稳定下去。然而，一般情况下，系统很容易过冲，而调节PID使系统不过冲，平缓到达稳态又耗时太长。
发明内容
本发明提供一种能够快速达到稳态的PID控制方法及系统，本发明在原有PID基础上添加加速器可以后，使得PID输出即可以不用过冲而平滑达到稳态，又可以缩短达到稳态的时间。
一种能够快速达到稳态的PID控制方法，包括以下步骤：
获取任意时刻输入的目标值、任意时刻的反馈值以及初始值；
将目标值和反馈值按照第一逻辑进行处理生成第一函数，所述目标值和反馈值分别经过第一函数修正计算出修正值；
将修正值与误差值进行补偿后得到输出值，控制器根据输出值控制设备工作，获取设备工作数据为反馈值。
进一步的，
所述第一函数为以下公式：
Figure BDA0002201220580000021
其中，T为目标值，B为反馈值。
一种能够快速达到稳态的PID控制系统，包括以下模块：
获取模块，获取任意时刻输入的目标值、任意时刻的反馈值以及初始值；
加速模块，将目标值和反馈值按照第一逻辑进行处理生成第一函数，所述目标值和反馈值分别经过第一函数修正计算出修正值；
处理模块，将修正值与误差值进行补偿后得到输出值，控制器根据输出值控制设备工作，获取设备工作数据为反馈值。
进一步的，
所述第一函数为以下公式：
其中，T为目标值，B为反馈值。
进一步的，
所述获取模块包括输入端和传感器。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为现有技术的PID系统；
图2为现有技术的PID系统计算补偿值的步骤；
图3为能够快速达到稳态的PID控制方法的流程图的第一种实施方式；
图4为能够快速达到稳态的PID控制方法的流程图的第二种实施方式；
图5为能够快速达到稳态的PID控制系统的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种能够快速达到稳态的PID控制方法，如图3和图4所示，包括以下步骤：
S1、获取步骤：获取任意时刻输入的目标值、任意时刻的反馈值以及初始值；
S2、加速步骤：将目标值和反馈值按照第一逻辑进行处理生成第一函数，所述目标值和反馈值分别经过第一函数修正计算出修正值；
S3、处理步骤：将修正值与误差值进行补偿后得到输出值，控制器根据输出值控制设备工作，获取设备工作数据为反馈值。
其中上述函数满足以下两条要求：
要求1、初始值在反馈值与目标值变化的趋势内，但在区间外；
要求2、加速器的终值为目标值。
在一个实施例中，所述第一函数为以下公式：
Figure BDA0002201220580000041
其中，T为目标值，B为反馈值。
假设目标值为100，以反馈值为0开始变为100后达到稳态，结合第一函数公式得到以下公式：
其中，加速器的初始值为10000，PID系统得到的初始目标值为 10000，符合条件1)，反馈值的变化趋势是从0-100，属于递增趋势， 10000>100，符合递增趋势；反馈值与目标值构成区间0-100，10000 不在此区间内。所以说该加速器符合要求1)。当B慢慢增大到80以后，加速器值始终为100，等于目标值100，所以说该加速器符合要求2)。
一种能够快速达到稳态的PID控制系统，包括以下模块：
获取模块，获取任意时刻输入的目标值、任意时刻的反馈值以及初始值；
加速模块，将目标值和反馈值按照第一逻辑进行处理生成第一函数，所述目标值和反馈值分别经过第一函数修正计算出修正值；
处理模块，将修正值与误差值进行补偿后得到输出值，控制器根据输出值控制设备工作，获取设备工作数据为反馈值。
在一个实施例中，所述第一函数为以下公式：
Figure BDA0002201220580000051
其中，T为目标值，B为反馈值。
在一个实施例中，所述获取模块包括输入端和传感器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种能够快速达到稳态的PID控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取任意时刻输入的目标值、任意时刻的反馈值以及初始值；
将目标值和反馈值按照第一逻辑进行处理生成第一函数，所述目标值和反馈值分别经过第一函数修正计算出修正值；
将修正值与误差值进行补偿后得到输出值，控制器根据输出值控制设备工作，获取设备工作数据为反馈值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一函数为以下公式：
Figure FDA0002201220570000011
其中，T为目标值，B为反馈值。
3.一种能够快速达到稳态的PID控制系统，其特征在于，包括以下模块：
获取模块，获取任意时刻输入的目标值、任意时刻的反馈值以及初始值；
加速模块，将目标值和反馈值按照第一逻辑进行处理生成第一函数，所述目标值和反馈值分别经过第一函数修正计算出修正值；
处理模块，将修正值与误差值进行补偿后得到输出值，控制器根据输出值控制设备工作，获取设备工作数据为反馈值。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一函数为以下公式：
Figure FDA0002201220570000021
其中，T为目标值，B为反馈值。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述获取模块包括输入端和传感器。
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