CN112506056B - 基于闭环阶跃响应串级回路pid控制参数自校正方法 - Google Patents

基于闭环阶跃响应串级回路pid控制参数自校正方法 Download PDF

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CN112506056B CN202011400323.1A CN202011400323A CN112506056B CN 112506056 B CN112506056 B CN 112506056B CN 202011400323 A CN202011400323 A CN 202011400323A CN 112506056 B CN112506056 B CN 112506056B
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Abstract

本发明提供一种基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法，属于串级系统控制器参数整定技术领域，所述方法通过采集控制回路的闭环阶跃响应数据，继而根据该闭环阶跃响应数据进行一系列的离线操作得到整定后的控制器参数值，避免了现有控制器参数整定方法通过进行多次外部激励来校正控制器参数需要中断控制系统正常运行的情况；而且，在控制器参数推导过程中，考虑到副回路中会存在干扰的情况，利用直接分析设计原理对副控制器参数进行校正，提高了控制回路的抗干扰性能和稳定性。通过在实际的工业应用精馏塔提馏段温度值控制系统中试验可知，本申请方法能够明显减小串级控制系统超调现象，在产生干扰时，控制系统的波动范围明显减小。

Description

基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法
技术领域
本发明涉及基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法，属于串级系统控制器参数整定技术领域。
背景技术
串级控制系统是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统，两个控制器中，一个为主控制器，它所检测和控制的变量称主变量；另一个为副控制器，它所检测和控制的变量称副变量，是为了稳定主变量而引入的辅助变量。串级控制系统通过设置副变量来提高对主变量的控制质量，由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响。
比如对于精馏塔提馏段温度的控制，通常以蒸汽流量为操纵变量来控制提馏段温度。但由于蒸汽回路会存在各种各样的外部干扰，如蒸汽控制阀阀前压力的变化，以及由此带来的控制通道(控制阀开度对提馏段温度)非线性等问题。因此不能简单的使用单回路控制系统来实现提馏段的温度值控制。为提高控制系统的抗干扰性能，引入蒸汽流量作为副变量，提馏段温度作为主变量，组成串级控制系统。
串级控制系统具有良好的动态响应和抗干扰性，尤其在过程对象有较大的容量滞后，负荷变化较大的情况下，相比单回路控制系统，串级控制系统更能满足生产工艺的需求。但是，伴随着工业现场的变化，被控对象模型参数甚至结构可能会发生改变，使得最初整定好的控制器达不到预期的控制效果，因此研究串级控制器的整定方法具有重要意义。
目前整定串级控制器的方法，有将整定过程分为两步，切换系统的工作状态，首先通过一次试验整定副回路控制器参数，再通过一次试验整定主回路控制器参数，也即参数的整定过程中需要中断控制系统的正常运行，影响生产效率。而且现有整定方法或多或少还是存在系统超调的问题，导致控制系统抗干扰性和稳定性不好。而控制系统存在这些问题，则会直接导致被控系统达不到预期的控制效果。如上述对于精馏塔提馏段温度的控制，若串级控制器存在上述问题，则会直接导致对于精馏塔提馏段温度控制的不准确。
发明内容
为了解决目前分两次试验来整定串级控制系统参数带来的影响系统正常运行的问题，本发明提供了一种基于闭环阶跃响应数据的串级控制器参数自校正方法，所述方法通过采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数；进而根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正。
可选的，所述采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数，包括：
串级控制器主回路被控对象为：
Figure BDA0002812343590000021
串级控制器副回路被控对象为：
Figure BDA0002812343590000022
其中μ1,μ2分别为主副回路被控对象的过程增益，θ1,θ2分别为主副回路被控对象的延迟时间，τ1i,τ2分别为主副回路被控对象的时间常数；
在串级控制器的初始参数作用下，获得闭环阶跃响应数据y1(t)，y2(t)，u1(t)，u2(t)，e1(t)，e2(t)；其中y1(t)为主回路系统输出数据，即主回路被控对象的实际值；y2(t)为副回路的系统输出数据，即副回路被控对象的实际值；u1(t)为主回路控制器的输出信号，即副回路被控对象的设定值；u2(t)为副回路的控制器的输出信号，即控制副回路被控对象的实际值大小的信号；e1(t)为主回路被控对象的设定值与实际值的误差信号；e2(t)为副回路被控对象的设定值与实际值的误差信号；
根据闭环阶跃响应数据估计出主副回路被控对象的过程增益μ1,μ2，延迟时间θ1,θ2和时间常数T1,T2：
e1(t)＝Tsp(t)-y1(t)
e2(t)＝u1(t)-y2(t)
其中，Tsp为主回路被控对象的设定值。
可选的，所述根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正，包括：
对副回路控制器进行校正，副回路控制器为PI控制器，其表达式为：
Figure BDA0002812343590000023
其中，Kp2,Ti2分别为副回路控制器的比例系数和积分系数，s表示拉普拉斯算子；
对主回路控制器参数进行校正，主回路控制器为PID控制器，其表达式为：
Figure BDA0002812343590000031
其中Kp1,Ti1,Td1分别为主回路控制器的比例系数、积分系数和微分系数，s表示拉普拉斯算子。
可选的，所述被控系统为精馏塔提馏段温度值控制系统，所述闭环阶跃响应数据y1(t)为温度实际输出值，y2(t)为蒸汽流量实际输出值，u1(t)为蒸汽流量的设定值，u2(t)为蒸汽流量控制阀的开度，e1(t)为温度的设定值与实际输出值的误差，e2(t)为蒸汽流量设定值与实际输出值的误差。
可选的，所述主副回路的延迟时间θ1,θ2分别为主回路被控对象温度和副回路被控对象蒸汽流量从零初始时刻达到其稳态值2％的时间间隔。
可选的，根据下述公式分别估计出主副回路被控对象的过程增益μ1,μ2：
Figure BDA0002812343590000032
Figure BDA0002812343590000033
其中As为输入信号的幅值大小；Kp1,Ti1分别为主回路控制器的比例系数和积分系数；Kp2,Ti2分别为副回路控制器的比例系数和积分系数；
根据下述公式分别估计出主副回路中总的时间常数T1,T2：
Figure BDA0002812343590000034
Figure BDA0002812343590000035
其中，v(t)＝μ1*u1(t)-y1(t)，w(t)＝μ2*u2(t)-y2(t)，As为主回路的输入信号的幅值大小，Kp2,Ti2为副回路控制器的比例，积分系数，μ1为主回路过程增益，μ2为副回路过程增益，θ2为副回路的时延，τ2为副回路被控对象的时间常数，τ2＝T2-θ2。
可选的，所述根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正，包括：
整定副回路控制器参数和整定主回路控制器参数；其中副回路控制器类型为PI控制器，主回路控制器类型为PID控制器；
副回路控制器参数为：
副回路控制器的比例系数
Figure BDA0002812343590000041
副回路控制器的积分系数Ti2＝τ2。
可选的，所述整定主回路控制器参数，包括：
计算指标
Figure BDA0002812343590000042
令Kpi＝Kp1，i＝1,2,3…；
判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数。
可选的，所述判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数，包括：
若初始参数下的阶跃响应有超调，即maxy1(t)＞As，则：
比例系数为Kp1＝Kpi*min(SI,1/SI) (1)
积分系数为Ti1＝2μ1Kp1θ1 (2)
微分系数为Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1 (3)
判断微分系数Td1的取值情况；
若Ti1＜Td1，则按照下式重新确定控制器参数：
积分系数为：Ti1＝Ti1*max(SI,1/SI)；
比例系数为：Kp1＝Ti1/2μ1θ1；
微分系数为：Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1；
若Td1＜0，则判断SI的取值情况：
若SI＞1，则指标SI取值翻倍后，按照上式(1)、(2)、(3)确定控制器参数；否则SI取值减半，按照上式(1)、(2)、(3)确定控制器参数。
可选的，所述判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数，包括：
若阶跃响应无超调，即maxy1(t)≤As，则：
比例系数为Kp1＝Kpi*max(SI,1/SI) (4)
积分系数为Ti1＝2μ1Kp1θ1 (5)
微分系数为Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1 (6)
判断微分系数Td1的取值情况；
若Ti1＜Td1，则按照下式重新确定控制器参数：
积分系数为：Ti1＝Ti1*max(SI,1/SI)；
比例系数为：Kp1＝Ti1/2μ1θ1；
微分系数为：Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1；
若Td1＜0，则判断SI的取值情况：
若SI＞1，则指标SI取值翻倍后，按照上式(4)、(5)、(6)确定控制器参数；否则SI取值减半，按照上式(4)、(5)、(6)确定控制器参数。
本发明有益效果是：
本发明提出的方法通过采集控制回路的闭环阶跃响应数据，继而根据该闭环阶跃响应数据进行一系列的离线操作得到整定后的控制器参数值，避免了现有控制器参数整定方法通过进行多次外部激励来校正控制器参数需要中断控制系统正常运行的情况，本申请方法校正过程是一次完成的，无需进行多次外部激励来校正控制器参数，不会中断控制系统的正常运行；而且，在控制器参数推导过程中，考虑到副回路中会存在干扰的情况，利用直接分析设计原理对副控制器参数进行校正，提高了控制回路的抗干扰性能和稳定性。通过在实际的工业应用精馏塔提馏段温度值控制系统中试验可知，采用本申请方法进行串级回路参数校正后，能够明显减小串级控制系统超调现象，在产生干扰时，控制系统的波动范围明显减小，也即控制回路的抗干扰性能和稳定性明显得到了提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明的串级控制系统框图。
图2是本发明的实施步骤流程框图。
图3是实例一中采用本发明方法整定后的系统输出信号与初始参数控制下的输出信号对比图。
图4是实例一中采用本发明方法整定后的控制器输出信号与初始参数控制下的控制器输出信号对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了方便描述，先做如下规定，下标1所表示的均为主回路控制变量，下标2所表示的均为副回路控制变量。
实施例二：
本实施例提供一种串级回路参数自校正方法，所述方法包括：
S1采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数；
串级控制器主回路被控对象为：
Figure BDA0002812343590000061
串级控制器副回路被控对象为：
Figure BDA0002812343590000062
其中μ1,μ2分别为主副回路被控对象的过程增益，θ1,θ2分别为主副回路被控对象的延迟时间，τ1i,τ2分别为主副回路被控对象的时间常数；
在串级控制器的初始参数作用下，采集闭环阶跃响应数据y1(t)，y2(t)，u1(t)，u2(t)，e1(t)，e2(t)；其中y1(t)为主回路系统输出数据，即主回路被控对象的实际值；y2(t)为副回路的系统输出数据，即副回路被控对象的实际值；u1(t)为主回路控制器的输出信号，即副回路被控对象的设定值；u2(t)为副回路的控制器的输出信号，即控制副回路被控对象的实际值大小的信号；e1(t)为主回路被控对象的设定值与实际值的误差信号；e2(t)为副回路被控对象的设定值与实际值的误差信号。
根据闭环阶跃响应数据估计出主副回路被控对象的过程增益μ1,μ2，延迟时间θ1,θ2和时间常数T1,T2：
e1(t)＝Tsp(t)-y1(t)
e2(t)＝u1(t)-y2(t)
其中，Tsp为主回路被控对象的设定值。
具体的，根据闭环阶跃响应数据估计出主副回路被控对象的过程增益μ1,μ2，延迟时间θ1,θ2和时间常数T1,T2，包括：
Step1.1时延θ的确定：
设置采样时间，采集主回路的输出数据y1(t)，副回路的输出值，选取由零初始时刻达到其稳态值2％的时间间隔，作为被控对象的时延。
Step1.2确定过程增益μ：
采集主副回路误差数据e1(t),e2(t)。
由如下公式分别估计出主副回路被控对象的过程增益：
Figure BDA0002812343590000071
Figure BDA0002812343590000072
其中As为主回路的输入信号的幅值大小，Kp1,Ti1为主回路控制器的比例，积分系数，Kp2,Ti2为副回路控制器的比例，积分系数，μ1为主回路过程增益，μ2为副回路过程增益。
Step1.3确定总的时间常数T：
采集主回路的控制器输出数据u1(t)与系统输出数据y1(t)，副回路的控制器输出数据u2(t)与系统输出数据y2(t)。主副回路中总的时间常数分别为
Figure BDA0002812343590000073
Figure BDA0002812343590000074
其中v(t)＝μ1*u1(t)-y1(t)，w(t)＝μ2*u2(t)-y2(t)，As为主回路的输入信号的幅值大小，Kp2,Ti2为副回路控制器的比例系数和积分系数，μ1为主回路过程增益，μ2为副回路过程增益，θ2为副回路的时延，τ2为副被控对象的时间常数。
S2根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正；
S2.1对串级控制器的副回路进行参数校正
S2.1.1由延迟时间θ2和时间常数T2，来确定被控对象时间常数τ2，τ2＝T2-θ2；
S2.1.2计算比例系数
Figure BDA0002812343590000081
其中τ2为副回路被控对象的时间常数，μ2为副回路被控对象的过程增益，θ2为副回路被控对象的时延；
S2.1.3获得积分系数Ti2＝τ2，其中τ2为副回路被控对象的时间常数；
S2.2对串级控制器的主回路进行参数校正
S2.2.1计算指标
Figure BDA0002812343590000082
其中Kp1,Ti1,Td1分别为比例，积分，微分系数，μ1为主回路过程增益，T1为主回路总的时间常数；
令Kpi＝Kp1，i＝1,2,3…；
判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数；
S2.2.2若初始参数下的阶跃响应有超调，即maxy1(t)＞As，则：
比例系数为Kp1＝Kpi*min(SI,1/SI) (1)
积分系数为Ti1＝2μ1Kp1θ1 (2)
微分系数为Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1 (3)
判断微分系数Td1的取值情况；
若Ti1＜Td1，则按照下式重新确定控制器参数：
积分系数为：Ti1＝Ti1*max(SI,1/SI)；
比例系数为：Kp1＝Ti1/2μ1θ1；
微分系数为：Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1；
若Td1＜0，则判断SI的取值情况：
若SI＞1，则指标SI取值翻倍后，按照上式(1)、(2)、(3)确定控制器参数；否则SI取值减半，按照上式(1)、(2)、(3)确定控制器参数。
S2.2.3若阶跃响应无超调，即maxy1(t)≤As，则：
比例系数为Kp1＝Kpi*max(SI,1/SI) (4)
积分系数为Ti1＝2μ1Kp1θ1 (5)
微分系数为Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1 (6)
判断微分系数Td1的取值情况；
若Ti1＜Td1，则按照下式重新确定控制器参数：
积分系数为：Ti1＝Ti1*max(SI,1/SI)；
比例系数为：Kp1＝Ti1/2μ1θ1；
微分系数为：Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1；
若Td1＜0，则判断SI的取值情况：
若SI＞1，则指标SI取值翻倍后，按照上式(4)、(5)、(6)确定控制器参数；否则SI取值减半，按照上式(4)、(5)、(6)确定控制器参数。
实施例二：
本实施例提供一种串级回路参数自校正方法，以该方法应用于精馏塔提馏段温度值控制系统为例进行说明。
精馏塔提馏段温度值控制系统要求控制提馏段温度。为提高控制系统的抗干扰性能，引入蒸汽流量作为副参数，提馏段温度作为主参数，组成串级控制系统，其中，副回路控制器类型为PI控制器，主回路控制器类型为PID控制器。
参见图1，其中Tsp为提馏段温度的给定值；TC为温度控制器，即主回路控制器，类型为PID控制器；u1为蒸汽流量的设定值；d为副回路中可能存在的干扰；FC为流量控制器，类型为PI控制器，即副回路控制器；u2为控制阀的开度，控制阀用于控制蒸汽流量；G2为蒸汽流量对象；y2为蒸汽流量的实际值；G1为提馏段温度对象；y1为温度的实际值；e1为温度的给定值与实际值的误差；e2为蒸汽流量的设定值与实际值的误差。
被控对象(即提馏段温度控制系统)的数学模型为：
Figure BDA0002812343590000091
Figure BDA0002812343590000092
输入信号为单位阶跃信号，在t＝100s时，给控制系统加入一个幅值为0.1的负载干扰。初始控制器参数如下表所示：
表1：初始控制器参数
Figure BDA0002812343590000093
Figure BDA0002812343590000101
图3实线描述的是初始控制器参数作用下的提馏段温度的实际值波形图，图4中实线描述的是初始控制器参数作用下的蒸汽流量设定值。
由图3和图4可知，此时的控制系统的超调量较大，在干扰产生时，系统的波动较大，动态性能不佳。因此采集前70s时间内闭环阶跃响应的工作数据，进行控制器参数的再整定。
所述方法包括：
Step1：采集闭环阶跃响应数据，估计被控对象模型参数
Step1.1时延θ的确定，设置采样时间为0.01s，采集主回路的输出数据y1(t)(即温度实际输出值)，副回路的输出值y2(t)(即蒸汽流量实际输出值)，选取由零初始时刻达到其稳态值2％的时间间隔，即输出值从0上升到0.02所需的时间间隔作为被控对象的延迟时间，得出副回路的时延θ2≈0.30，主回路时延θ1≈4.31；
Step1.2确定过程增益μ，采集主副回路误差数据e1(t),e2(t)。由如下公式分别估计出主副回路被控对象的过程增益
Figure BDA0002812343590000102
Figure BDA0002812343590000103
其中As为输入信号的幅值大小，Kp1,Ti1为主回路控制器的比例，积分系数，Kp2,Ti2为副回路控制器的比例，积分系数，μ1为主回路过程增益，μ2为副回路过程增益；
Step1.3确定总的时间常数T，采集主回路的控制器输出数据u1(t)(即蒸汽流量的设定值)与系统输出数据y1(t)(即温度的实际值)，副回路的控制器输出数据u2(t)(即控制阀的开度)与系统输出数据y2(t)(即蒸汽流量的实际值)。主副回路中总的时间常数分别为
Figure BDA0002812343590000104
Figure BDA0002812343590000105
其中v(t)＝μ1*u1(t)-y1(t)，w(t)＝μ2*u2(t)-y2(t)，As为输入信号的幅值大小，Kp2,Ti2为副回路控制器的比例，积分系数，μ1为主回路过程增益，μ2为副回路过程增益，θ2为副回路的时延，τ2为副被控对象的时间常数；
Step2：整定副回路控制器参数
副回路控制器类型为PI控制器，将S1中获得的模型参数带入公式得出副控制器积分系数为Ti2＝τ2＝T2-θ2＝1.214，比例系数为
Figure BDA0002812343590000111
其中，τ2为副被控对象的时间常数，T2为副回路的总的时间常数，θ2为副回路的时延，μ2为副回路过程增益。
Step3：整定主回路控制器参数
Step3.1计算
Figure BDA0002812343590000112
其中，Kp1,Ti1,Td1为主回路控制器的比例，积分，微分系数，T1为主回路的总的时间常数，μ1为主回路过程增益。
Step3.2判断此时初始参数下的阶跃响应有超调产生，则此时
Kp1＝Kpi*min(SI,1/SI)＝0.073
Ti1＝2μ1Kp1θ1＝3.107
Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1＜0
重新确定SI＝2SI＝2.856，按上述公式重新确定控制器参数
Kp1＝Kpi*min(SI,1/SI)＝0.0364
Ti1＝2μ1Kp1θ1＝1.553
Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1＝1.418
由图3和图4可知，校正后的串级控制系统超调明显减小，在产生干扰时，系统的波动范围明显减小，由此来看，该控制系统还具有一定的抗干扰性能。以±2％作为误差带计算系统的误差积分，整定前系统的误差积分值为18.32，整定之后的误差积分值为14.43。由此来看，系统的稳态性能也有了明显改善。
本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于闭环阶跃响应数据的串级控制器参数自校正方法，其特征在于，所述方法通过采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数；进而根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正；
所述采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数，包括：
串级控制器主回路被控对象为：
Figure FDA0003496411080000011
串级控制器副回路被控对象为：
Figure FDA0003496411080000012
其中μ1,μ2分别为主副回路被控对象的过程增益，θ1,θ2分别为主副回路被控对象的延迟时间，τ1i,τ2分别为主副回路被控对象的时间常数；
在串级控制器的初始参数作用下，获得闭环阶跃响应数据y1(t)，y2(t)，u1(t)，u2(t)，e1(t)，e2(t)；其中y1(t)为主回路系统输出数据，即主回路被控对象的实际值；y2(t)为副回路的系统输出数据，即副回路被控对象的实际值；u1(t)为主回路控制器的输出信号，即副回路被控对象的设定值；u2(t)为副回路的控制器的输出信号，即控制副回路被控对象的实际值大小的信号；e1(t)为主回路被控对象的设定值与实际值的误差信号；e2(t)为副回路被控对象的设定值与实际值的误差信号；
根据闭环阶跃响应数据估计出主副回路被控对象的过程增益μ1,μ2，延迟时间θ1,θ2和时间常数T1,T2：
e1(t)＝Tsp(t)-y1(t)
e2(t)＝u1(t)-y2(t)
其中，Tsp为主回路被控对象的设定值；
所述根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正，包括：
对副回路控制器进行校正，副回路控制器为PI控制器，其表达式为：
Figure FDA0003496411080000021
其中，Kp2,Ti2分别为副回路控制器的比例系数和积分系数，s表示拉普拉斯算子；
对主回路控制器参数进行校正，主回路控制器为PID控制器，其表达式为：
Figure FDA0003496411080000022
其中Kp1,Ti1,Td1分别为主回路控制器的比例系数、积分系数和微分系数，s表示拉普拉斯算子；
根据下述公式分别估计出主副回路被控对象的过程增益μ1,μ2：
Figure FDA0003496411080000023
Figure FDA0003496411080000024
其中As为输入信号的幅值大小；Kp1,Ti1分别为主回路控制器的比例系数和积分系数；Kp2,Ti2分别为副回路控制器的比例系数和积分系数；
根据下述公式分别估计出主副回路中总的时间常数T1,T2：
Figure FDA0003496411080000025
Figure FDA0003496411080000026
其中，v(t)＝μ1*u1(t)-y1(t)，w(t)＝μ2*u2(t)-y2(t)，As为主回路的输入信号的幅值大小，Kp2,Ti2为副回路控制器的比例，积分系数，μ1为主回路过程增益，μ2为副回路过程增益，θ2为副回路的时延，τ2为副回路被控对象的时间常数，τ2＝T2-θ2，
所述根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正，包括：
整定副回路控制器参数和整定主回路控制器参数；其中副回路控制器类型为PI控制器，主回路控制器类型为PID控制器；
副回路控制器参数为：
副回路控制器的比例系数
Figure FDA0003496411080000031
副回路控制器的积分系数Ti2＝τ2；
所述整定主回路控制器参数，包括：
计算指标
Figure FDA0003496411080000032
令Kpi＝Kp1，i＝1,2,3…；
判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被控系统为精馏塔提馏段温度值控制系统，所述闭环阶跃响应数据y1(t)为温度实际输出值，y2(t)为蒸汽流量实际输出值，u1(t)为蒸汽流量的设定值，u2(t)为蒸汽流量控制阀的开度，e1(t)为温度的设定值与实际输出值的误差，e2(t)为蒸汽流量设定值与实际输出值的误差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主副回路的延迟时间θ1,θ2分别为主回路被控对象温度和副回路被控对象蒸汽流量从零初始时刻达到其稳态值2％的时间间隔。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数，包括：
若初始参数下的阶跃响应有超调，即max y1(t)＞As，则：
比例系数为Kp1＝Kpi*min(SI,1/SI) (1)
积分系数为Ti1＝2μ1Kp1θ1 (2)
微分系数为Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1 (3)
判断微分系数Td1的取值情况；
若Ti1＜Td1，则按照下式重新确定控制器参数：
积分系数为：Ti1＝Ti1*max(SI,1/SI)；
比例系数为：Kp1＝Ti1/2μ1θ1；
微分系数为：Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1；
若Td1＜0，则判断SI的取值情况：
若SI＞1，则指标SI取值翻倍后，按照上式(1)、(2)、(3)确定控制器参数；否则SI取值减半，按照上式(1)、(2)、(3)确定控制器参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数，包括：
若阶跃响应无超调，即max y1(t)≤As，则：
比例系数为Kp1＝Kpi*max(SI,1/SI) (4)
积分系数为Ti1＝2μ1Kp1θ1 (5)
微分系数为Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1 (6)
判断微分系数Td1的取值情况；
若Ti1＜Td1，则按照下式重新确定控制器参数：
积分系数为：Ti1＝Ti1*max(SI,1/SI)；
比例系数为：Kp1＝Ti1/2μ1θ1；
微分系数为：Td1＝T1-Ti1-Ti1/2μ1Kp1；
若Td1＜0，则判断SI的取值情况：
若SI＞1，则指标SI取值翻倍后，按照上式(4)、(5)、(6)确定控制器参数；否则SI取值减半，按照上式(4)、(5)、(6)确定控制器参数。
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CN115079577B (zh) * 2022-07-22 2022-11-11 浙江中控技术股份有限公司 基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法和测试装置
CN115755616A (zh) * 2022-11-30 2023-03-07 广州成至智能机器科技有限公司 无人机云台控制方法、装置、设备及存储介质
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JP5585381B2 (ja) * 2010-10-21 2014-09-10 理化工業株式会社 オートチューニング装置及びオートチューニング方法
CN106325074B (zh) * 2016-10-25 2019-09-17 浙江邦业科技股份有限公司 一种基于布谷鸟算法的pid控制器参数智能整定方法
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CN111981862A (zh) * 2020-09-04 2020-11-24 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 一种表面式间冷系统的循环水流量控制方法及装置

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