CN112051729A - 一种pid控制方法及田间供水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了PID控制方法及田间供水系统，PID控制方法包括：当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度，田间供水系统包括：储水装置；若干个供水管；控制器；变频器；报警装置；显示器；控制开关；通信模块；若干个第二液位计。本发明性能稳定性更优越，产品控制精度和可靠性更高，失效风险更小。
Description
技术领域
本发明涉及PID控制，具体涉及一种PID控制方法及田间供水系统。
背景技术
在生产实际中，应用最为广泛的调节器控制规律是比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有六十多年的历史，它具有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等特点，已经成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便，即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
在普通PID控制中，引入积分环节的目的主要是为了消除静差。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定时，短时间内系统输出有很大偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超过了执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量，引起系统较大的超调，甚至引起系统较大的振荡，这在生产过程中是绝对不允许的。
普通PID控制方法由于采用了全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对error(k)量进行累加，计算机运算工作量大。而且，因为计算机输出的控制量u(k)对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u(k)可能会出现大幅度的变化，会引起执行机构位置的大幅度变化，这种情况往往是生产实践中不允许的，在某些场合，还可能造成重大的生产事故。
发明内容
本发明为了解决上述问题，从而提供一种PID控制方法及田间供水系统。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种PID控制方法，所述PID控制方法包括：
当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。
在本发明的一个优选实施例中，所述PID控制方法包括如下步骤：
S1，根据实际情况,人为设定阈值ε>0；
S2,当|error(k)|>ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应；
S3,当|error(k)|≤ε时，采用PID控制，以保证系统的控制精度。
在本发明的一个优选实施例中，所述PID控制方法的积分变换通过如下公式进行：
式中:T为采样时间；β为积分项的开关系数。
在本发明的一个优选实施例中，所述β由如下公式得出：
另外，本发明还提供了一种采用上述控制方法的田间供水系统，其包括：
储水装置，所述储水装置内设有第一液位计、加热装置和水温传感器；
若干个供水管，所述供水管与储水装置连通，每个供水管上设有抽水结构，每个供水管可通过抽水结构将储水装置内的水抽出给对应的田地供水；
控制器，所述控制器与第一液位计、加热装置、水温传感器和抽水结构连接；
变频器，所述变频器内设有PID芯片，所述变频器与控制器和抽水结构连接，PID芯片通过PID控制方法对抽水结构的水压进行控制；
报警装置，所述报警装置与控制器连接；
显示器，所述显示器与控制器连接；
控制开关，所述控制开关与控制器连接；
通信模块，所述通信模块与控制器连接；
若干个第二液位计，每个需要供水的田地设有一第二液位计，所述第二液位计与控制器连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述抽水结构包括水泵、电机、控制阀和压力传感器，所述电机与水泵驱动连接，所述控制器与电机和控制阀连接，所述压力传感器与变频器连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述报警装置为声光报警器。
在本发明的一个优选实施例中，所述通信模块为GPS模块或WIFI模块。
在本发明的一个优选实施例中，所述田间供水系统还包括云服务器，所述控制器将接收到的数据和控制信息通过通信模块上传到云服务器内。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制器将接收到的数据和控制信息通过通信模块直接发送到用户手机上。
本发明的有益效果是：
本发明性能稳定性更优越，产品控制精度和可靠性更高，失效风险更小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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PID控制方法的控制原理图；
图2为田间供水系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
本发明提供了一种ID控制方法，其包括：
当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。
上述PID控制方法具体可包括如下步骤：
S1，根据实际情况,人为设定阈值ε>0；
S2,当|error(k)|>ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应；
S3,当|error(k)|≤ε时，采用PID控制，以保证系统的控制精度。
上述PID控制方法通的积分变换由如下公式进行：
式中:T为采样时间；β为积分项的开关系数。
上述β由如下公式得出：
参见图1，当计算所得的偏差值error(k)≤ε时，进行PID控制；当偏差值error(k)>ε时，进行PD控制，取消了积分作用。这样一来就降低了偏差值，提高了控制精度，避免了由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大问题，使之前的技术缺陷得到改善。
参见图2，本发明还提供了一种采用上述控制方法控制的田间供水系统，其包括储水装置100、若干个供水管200、控制器300、变频器400、报警装置510、显示器520、控制开关530、通信模块540和若干个第二液位计。
储水装置100，其是用于存储水源，其具体为一蓄水池，蓄水池为敞开式，这样可将雨水和露水进行收集，节约资源。
在储水装置100内设有第一液位计110、加热装置和水温传感器。
第一液位计110用于实时测量储水装置100内的水位，加热装置可对储水装置100内存储的水源进行加热，提高水温，水温传感器用于实时感应水温。
在储水装置100上设有进水口和若干个出水口，进水口上设有进水管120，进水管120可与田间附近的河流连通，这样当储水装置100内存储的水源不够时可通过进水管进行补水。
每个出水口上设有一供水管200，每个供水管200与一个待灌溉的田地对应配合，每个供水管200上设有抽水结构，抽水结构工作时，供水管200可对对应的田地供水，实现灌溉。
抽水结构为现有结构，具体可包括水泵、电机210、控制阀220和压力传感器，电机210与水泵驱动连接，驱动水泵工作从而抽取储水装置100内的水，控制阀220用于控制供水管200的通闭，压力传感器用于实时感应供水管200内的的压力。
控制器300为现有结构，具体可为一中央处理器，其分别连接第一液位计110、加热装置、水温传感器、电机210和控制阀220。
第一液位计110将实时测量的储水装置100内的水位信息发送给控制器300，从而实现了解储水装置100内的储水量，如，储水装置100内存储的水不多时，控制器300可通过打开进水管进行补水。
控制器300通过控制加热装置工作对储水装置100内的水源进行加热，而水温传感器可将感应到的储水装置100内的水温信息发送给控制器300，这样控制器300可控制储水装置100内的水温。
变频器400，其与控制器300连接，其内部设有PID芯片，PID芯片与每个供水管200内的压力传感器连接，压力传感器可将感应到的水压信息发送给PID芯片，PID芯片进行计算，并通过变频器400将计算结果发送给控制器300，控制器300根据计算结果对应控制电机210的功率，从而实现供水管200供水时水压的实时调节。
PID芯片通过压力传感器的反馈量，将其与系统给定量进行比较。如有偏差，则通过PID芯片调节的作用使偏差为零，而PID芯片的调节方式采用上述ID控制方法。
报警装置510，其具体为一声光报警器，其与控制器300连接，当储水装置100内的水位过低或者供水管的水压过高时，控制器300可控制报警装置510及时报警，便于工作人员及时了解。
显示器520，其与控制器300连接，其具体位于工作人员的后台操作室内，控制器300所接受到的各个数据和控制数据可通过显示器520实时显示出来，便于工作人员及时观察进行对应的操作。
控制开关530，其具体为便携式远程开关，其与控制器300连接，工作人员可随身携带，便于实时操作。
通信模块540，其与控制器300连接，控制器300可通过其与其他设备进行通信连接。
通信模块540具体可为GPS模块或WIFI模块，操作人员可通过手机或者APP与控制器300连接，从而实现远程控制和接受数据，如报警信息可及时发送到操作人员手机上，控制器300将接收到的数据和控制信息可直接发送到用户手机上，非常方便。
另外，本申请还包括云服务器，所述控制器将接收到的数据和控制信息通过通信模块上传到云服务器内进行存储，便于后期的调取和检验。
在每个供水管200所供水的田地设有一第二液位计，第二液位计与控制器300连接，第二液位计可实时感应该田地的水位，并将水位信息发送给控制器，控制器根据接收到的水位信息，对供水管200进行对应控制，从而实现田地水位的控制。
对于第二液位计的水位信息的对应也可通过变频器400内的PID芯片进行计算和调节，控制器根据计算结果控制供水管200上的控制阀220，从而实现田地水位的控制。
这样，通过上述系统与PID控制方法的配合使用，可对各个田地的所供水的水位、供水时的水压、已经供水的水温进行精确的控制，从而田地内的农作物能够进行最优化的生长。
另外，由于每个田地的农作物的种类可能不同，导致需要的水温可能不同，可在每个田地上设置一个温度传感器，温度传感器与控制器300连接，将储水装置100设置成若干个独立的腔体，每个腔体对应连接一个供水管200，每个腔体内都设置有加热装置和温度传感器，这样控制器300根据每个田地的温度传感器所感应的水温通过PID芯片的调节对每个腔体内的水温进行对应控制，从而保证每个田地供水的水温进行精确的控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种PID控制方法，其特征在于，所述PID控制方法包括：
当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。
2.根据权利要求1所述的一种PID控制方法，其特征在于，所述PID控制方法包括如下步骤：
S1，根据实际情况,人为设定阈值ε>0；
S2,当|error(k)|>ε时，采用PD控制，可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应；
S3,当|error(k)|≤ε时，采用PID控制，以保证系统的控制精度。
3.根据权利要求2所述的一种PID控制方法，其特征在于，所述PID控制方法的积分变换通过如下公式进行：
式中:T为采样时间；β为积分项的开关系数。
4.根据权利要求3所述的一种PID控制方法，其特征在于，所述β由如下公式得出：
5.一种采用权利要求1-4任意一项的田间供水系统，其特征在于，所述田间供水系统包括：
储水装置，所述储水装置内设有第一液位计、加热装置和水温传感器；
若干个供水管，所述供水管与储水装置连通，每个供水管上设有抽水结构，每个供水管可通过抽水结构将储水装置内的水抽出给对应的田地供水；
控制器，所述控制器与第一液位计、加热装置、水温传感器和抽水结构连接；
变频器，所述变频器内设有PID芯片，所述变频器与控制器和抽水结构连接，PID芯片通过PID控制方法对抽水结构的水压进行控制；
报警装置，所述报警装置与控制器连接；
显示器，所述显示器与控制器连接；
控制开关，所述控制开关与控制器连接；
通信模块，所述通信模块与控制器连接；
若干个第二液位计，每个需要供水的田地设有一第二液位计，所述第二液位计与控制器连接。
6.根据权利要求5所述的一种田间供水系统，其特征在于，所述抽水结构包括水泵、电机、控制阀和压力传感器，所述电机与水泵驱动连接，所述控制器与电机和控制阀连接，所述压力传感器与变频器连接。
7.根据权利要求5所述的一种田间供水系统，其特征在于，所述报警装置为声光报警器。
8.根据权利要求5所述的一种田间供水系统，其特征在于，所述通信模块为GPS模块或WIFI模块。
9.根据权利要求5所述的一种田间供水系统，其特征在于，所述田间供水系统还包括云服务器，所述控制器将接收到的数据和控制信息通过通信模块上传到云服务器内。
10.根据权利要求5所述的一种田间供水系统，其特征在于，所述控制器将接收到的数据和控制信息通过通信模块直接发送到用户手机上。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201208 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |