CN113778141B - 一种分段pid控制的流体管道流量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道流量控制技术领域，公开了一种分段PID控制的流体管道流量控制系统，分段PID控制的流体管道流量控制系统包括：压力采集模块、流量采集模块、数据校正模块、数据采集模块、流体管道网络构建模块、参数设置模块、中央控制模块、流量调节控制模块、压力调节控制模块以及显示模块。本发明的分段PID控制的流体管道流量控制系统采用分段PID控制方法，能够稳定、精准的实现流量的控制。本发明有效改善了流体管道的流量控制系统，同时提高了处理的速度，实时性好；能够有效避免超调情况，降低了调节误差。本发明响应速度快，可简化设备，节约能源。

Description

一种分段PID控制的流体管道流量控制系统

技术领域

本发明属于管道流量控制技术领域，尤其涉及一种分段PID控制的流体管道流量控制系统。

背景技术

目前：流体管道广泛存在于燃气、石油、化工、冶金、热电、化纤、能源等各个领域中。流体管道中流体介质品类繁多，使用工况广泛，对于管道中的流体压力要求也各有不同。在实际使用中，各企业往往会存在各种不同压力等级的流体管网，每条管网的介质使用量也往往会存在不同的需求。

而传统的采用继电器控制线路进行流量控制的方法不仅无法精准、全面的进行流量控制，同时实时性不佳、抗干扰程度不佳。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术无法精准、全面的进行流量控制，同时实时性不佳、抗干扰程度不佳。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种分段PID控制的流体管道流量控制系统。

本发明是这样实现的，一种分段PID控制的流体管道流量控制系统，所述分段PID控制的流体管道流量控制系统包括：

压力采集模块，与中央控制模块连接，用于利用设置于不同段流体管道上的压力传感器进行管道压力的采集；

流量采集模块，与中央控制模块连接，用于利用设置于不同段流体管道上的流量传感器进行管道流量采集；

流体管道网络构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的流体管道的信息构建流体管道网络；

流量调节控制模块，与中央控制模块连接，用于基于设置的控制参数对各段流体管道的流量进行调节与控制；

压力调节控制模块，与中央控制模块连接，用于采用专家PID分段控制算法进行各段流体管道的压力调节与控制；

所述采用专家PID分段控制算法进行各段流体管道的压力调节与控制包括：

将系统误差e(k)和系统误差变化量Δe(k)作为PID控制器的输入变量；输出u(k)＝f(e(k),Δe(k))；

根据误差e(k)的绝对值将响应划分为不同区间，不同区间采用相应的控制策略；根据e(k)·Δe(k)的值判定当前误差的变化趋势，选用相应的P、I、D参数；

1)当e(k)·Δe(k)＞0时，表示误差有逐渐增大的趋势，可分为以下三种具体情况分别进行控制：

当此时误差值较大时，迅速减小其绝对值调节，调节PID参数令控制器输出增大；

当此时误差值不是很大时，适当减小调节器的输出值；

当此时误差值极大时，令控制器以最大或最小值输出；

2)当e(k)·Δe(k)<0，Δe(k)·Δe(k-1)<0时，分以下两种具体情况分别进行控制：

当此时误差值较大时，控制器采用较大的比例系数进行控制；

当此时误差值不是很大时，控制器实施较弱的控制作用即采用较小的比例系数即可。

进一步，所述分段PID控制的流体管道流量控制系统还包括：

数据校正模块，与中央控制模块连接，用于对采集的相应数据进行校正处理；

数据采集模块，与中央控制模块连接，用于采集流体管道的包括容量、路径及其他信息；同时采集流量控制目标数据；

中央控制模块，与压力采集模块、流量采集模块、数据校正模块、数据采集模块、流体管道网络构建模块、参数设置模块、流量调节控制模块、压力调节控制模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

参数设置模块，与中央控制模块连接，用于基于校正后的管道数据、构建的流体管道网络以及控制目标数据进行控制参数的设置；

显示模块，与中央控制模块连接，用于将采集的相应数据以及设置的控制参数利用显示器进行显示。

进一步，所述流量调节控制模块基于设置的控制参数对各段流体管道的流量进行调节与控制包括：

获取流体管道内流体的目标流量和所述流体管道内流体的流量，基于所述目标流量和前一生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定当前生产周期的所述流体管道内流体的流量；

根据所述流体管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在所述流量控制阀体内的待移动位置；

根据所述阀芯在所述阀体内的待移动位置，向位移控制器发送控制指令，控制阀芯移动至制定位置，进行流量控制。

进一步，所述根据所述流体管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在所述流量控制阀体内的待移动位置包括：

根据所述目标管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述目标管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在所述流量控制阀体内形成的空间的横截面面积；

根据所述阀芯在所述阀体内形成的空间的横截面面积，确定所述阀芯在所述阀体内的待移动位置。

进一步，所述数据校正模块对采集的相应数据进行校正处理包括：

在第一状态下，获取所述流量传感器、压力传感器输出的初始检测数据；

在第二状态下，获取所述各传感器输出的实时检测数据；

获取所述实时检测数据和所述初始检测数据的矢量和，将所述矢量和作为所述各流量传感器、压力传感器在所述第二状态下的校正检测数据。

进一步，所述在第一状态下，获取所述流量传感器、压力传感器输出的初始检测数据包括：

分别获取所述流量传感器、压力传感器的多组检测数据；计算所述多组检测数据的平均值作为所述各传感器的初始检测数据。

进一步，所述第一状态为所述传感器的电路板位于水平静止的平台上对应的状态。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述分段PID控制的流体管道流量控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述分段PID控制的流体管道流量控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述分段PID控制的流体管道流量控制系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明采用分段PID控制方法，能够稳定、精准的实现流量的控制。本发明有效改善了流体管道的流量控制系统，同时提高了处理的速度，实时性好；能够有效避免超调情况，降低了调节误差。本发明响应速度快，可简化设备，节约能源。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述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是本发明实施例提供的分段PID控制的流体管道流量控制系统结构示意图；

图中：1、压力采集模块；2、流量采集模块；3、数据校正模块；4、数据采集模块；5、流体管道网络构建模块；6、参数设置模块；7、中央控制模块；8、流量调节控制模块；9、压力调节控制模块；10、显示模块。

图2是本发明实施例提供的数据校正模块对采集的相应数据进行校正处理的方法流程图。

图3是本发明实施例提供的在第一状态下，获取所述流量传感器、压力传感器输出的初始检测数据的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的流量调节控制模块基于设置的控制参数对各段流体管道的流量进行调节与控制的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的根据所述流体管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在所述流量控制阀体内的待移动位置的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种分段PID控制的流体管道流量控制系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的分段PID控制的流体管道流量控制系统包括：

压力采集模块1，与中央控制模块7连接，用于利用设置于不同段流体管道上的压力传感器进行管道压力的采集；

流量采集模块2，与中央控制模块7连接，用于利用设置于不同段流体管道上的流量传感器进行管道流量采集；

数据校正模块3，与中央控制模块7连接，用于对采集的相应数据进行校正处理；

数据采集模块4，与中央控制模块7连接，用于采集流体管道的包括容量、路径及其他信息；同时采集流量控制目标数据；

流体管道网络构建模块5，与中央控制模块7连接，用于基于采集的流体管道的信息构建流体管道网络；

参数设置模块6，与中央控制模块7连接，用于基于校正后的管道数据、构建的流体管道网络以及控制目标数据进行控制参数的设置；

中央控制模块7，与压力采集模块1、流量采集模块2、数据校正模块3、数据采集模块4、流体管道网络构建模块5、参数设置模块6、流量调节控制模块8、压力调节控制模块9以及显示模块10连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

流量调节控制模块8，与中央控制模块7连接，用于基于设置的控制参数对各段流体管道的流量进行调节与控制；

压力调节控制模块9，与中央控制模块7连接，用于采用专家PID分段控制算法进行各段流体管道的压力调节与控制；

显示模块10，与中央控制模块7连接，用于将采集的相应数据以及设置的控制参数利用显示器进行显示。

如图2所示，本发明实施例提供的数据校正模块对采集的相应数据进行校正处理包括：

S101，在第一状态下，获取所述流量传感器、压力传感器输出的初始检测数据；

S102，在第二状态下，获取所述各传感器输出的实时检测数据；

S103，获取所述实时检测数据和所述初始检测数据的矢量和，将所述矢量和作为所述各流量传感器、压力传感器在所述第二状态下的校正检测数据。

如图3所示，本发明实施例提供的在第一状态下，获取所述流量传感器、压力传感器输出的初始检测数据包括：

S201，分别获取所述流量传感器、压力传感器的多组检测数据；

S202，计算所述多组检测数据的平均值作为所述各传感器的初始检测数据。

本发明实施例提供的第一状态为所述传感器的电路板位于水平静止的平台上对应的状态。

如图4所示，本发明实施例提供的流量调节控制模块基于设置的控制参数对各段流体管道的流量进行调节与控制包括：

S301，获取流体管道内流体的目标流量和所述流体管道内流体的流量，基于所述目标流量和前一生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定当前生产周期的所述流体管道内流体的流量；

S302，根据所述流体管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在所述流量控制阀体内的待移动位置；

S303，根据所述阀芯在所述阀体内的待移动位置，向位移控制器发送控制指令，控制阀芯移动至制定位置，进行流量控制。

如图5所示，本发明实施例提供的根据所述流体管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在所述流量控制阀体内的待移动位置包括：

S401，根据所述目标管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述目标管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在所述流量控制阀体内形成的空间的横截面面积；

S402，根据所述阀芯在所述阀体内形成的空间的横截面面积，确定所述阀芯在所述阀体内的待移动位置。

本发明实施例提供的采用专家PID分段控制算法进行各段流体管道的压力调节与控制包括：

将系统误差e(k)和系统误差变化量Δe(k)作为PID控制器的输入变量；输出u(k)＝f(e(k),Δe(k))；

根据误差e(k)的绝对值将响应划分为不同区间，不同区间采用相应的控制策略；根据e(k)·Δe(k)的值判定当前误差的变化趋势，选用相应的P、I、D参数；

1)当e(k)·Δe(k)＞0时，表示误差有逐渐增大的趋势，可分为以下三种具体情况分别进行控制：

当此时误差值较大时，迅速减小其绝对值调节，调节PID参数令控制器输出增大；

当此时误差值不是很大时，适当减小调节器的输出值；

当此时误差值极大时，令控制器以最大或最小值输出；

2)当e(k)·Δe(k)<0，Δe(k)·Δe(k-1)<0时，分以下两种具体情况分别进行控制：

当此时误差值较大时，控制器采用较大的比例系数进行控制；

当此时误差值不是很大时，控制器实施较弱的控制作用即采用较小的比例系数即可。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分段PID控制的流体管道流量控制系统，其特征在于，所述分段PID控制的流体管道流量控制系统包括：

压力采集模块，与中央控制模块连接，用于利用设置于不同段流体管道上的压力传感器进行管道压力的采集；

流量采集模块，与中央控制模块连接，用于利用设置于不同段流体管道上的流量传感器进行管道流量采集；

流体管道网络构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的流体管道的信息构建流体管道网络；

流量调节控制模块，与中央控制模块连接，用于基于设置的控制参数对各段流体管道的流量进行调节与控制；

压力调节控制模块，与中央控制模块连接，用于采用专家PID分段控制算法进行各段流体管道的压力调节与控制；

所述采用专家PID分段控制算法进行各段流体管道的压力调节与控制包括：

将系统误差e(k)和系统误差变化量Δe(k)作为PID控制器的输入变量；输出u(k)＝f(e(k)，Δe(k))；

根据误差e(k)的绝对值将响应划分为不同区间，不同区间采用相应的控制策略；根据e(k)·Δe(k)的值判定当前误差的变化趋势，选用相应的P、I、D参数；

1)当e(k)·Δe(k)＞0时，表示误差有逐渐增大的趋势，可分为以下三种具体情况分别进行控制：

当此时误差值较大时，迅速减小其绝对值调节，调节PID参数令控制器输出增大；

当此时误差值不是很大时，适当减小调节器的输出值；

当此时误差值极大时，令控制器以最大或最小值输出；

2)当e(k)·Δe(k)＜0，Δe(k)·Δe(k-1)＜0时，分以下两种具体情况分别进行控制：

当此时误差值较大时，控制器采用较大的比例系数进行控制；

当此时误差值不是很大时，控制器实施较弱的控制作用即采用较小的比例系数即可；

所述分段PID控制的流体管道流量控制系统还包括：

数据校正模块，与中央控制模块连接，用于对采集的相应数据进行校正处理；

数据采集模块，与中央控制模块连接，用于采集流体管道的包括容量、路径及其他信息；同时采集流量控制目标数据；

中央控制模块，与压力采集模块、流量采集模块、数据校正模块、数据采集模块、流体管道网络构建模块、参数设置模块、流量调节控制模块、压力调节控制模块以及显示模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；

参数设置模块，与中央控制模块连接，用于基于校正后的管道数据、构建的流体管道网络以及控制目标数据进行控制参数的设置；

显示模块，与中央控制模块连接，用于将采集的相应数据以及设置的控制参数利用显示器进行显示；

所述流量调节控制模块基于设置的控制参数对各段流体管道的流量进行调节与控制包括：

获取流体管道内流体的目标流量和所述流体管道内流体的流量，基于所述目标流量和前一生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定当前生产周期的所述流体管道内流体的流量；

根据所述流体管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在流量控制阀体内的待移动位置；

根据所述阀芯在所述阀体内的待移动位置，向位移控制器发送控制指令，控制阀芯移动至制定位置，进行流量控制；

所述根据所述流体管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述流体管道内流体的流量，确定所述流量控制阀芯在流量控制阀体内的待移动位置包括：

根据目标管道内流体的目标流量和当前生产周期的所述目标管道内流体的流量，确定流量控制阀芯在所述流量控制阀体内形成的空间的横截面面积；

根据所述阀芯在所述阀体内形成的空间的横截面面积，确定所述阀芯在所述阀体内的待移动位置；

所述数据校正模块对采集的相应数据进行校正处理包括：

在第一状态下，获取所述流量传感器、压力传感器输出的初始检测数据；

在第二状态下，获取所述各传感器输出的实时检测数据；

获取所述实时检测数据和所述初始检测数据的矢量和，将所述矢量和作为所述各流量传感器、压力传感器在所述第二状态下的校正检测数据。

2.如权利要求1所述分段PID控制的流体管道流量控制系统，其特征在于，在第一状态下，获取所述流量传感器、压力传感器输出的初始检测数据包括：

分别获取所述流量传感器、压力传感器的多组检测数据；计算所述多组检测数据的平均值作为所述各传感器的初始检测数据。

3.如权利要求1所述分段PID控制的流体管道流量控制系统，其特征在于，第一状态为所述传感器的电路板位于水平静止的平台上对应的状态。

4.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1-3任意一项所述分段PID控制的流体管道流量控制系统。

5.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用如权利要求1-3任意一项所述分段PID控制的流体管道流量控制系统。

6.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用如权利要求1-3任意一项所述分段PID控制的流体管道流量控制系统。