數字PI調節器的參數調整方法和優選數字PI調節器與流程
2023-06-01 15:17:55 3
本發明涉及數字PI調節器的參數調整方法和優選數字PI調節器。
背景技術：
數字PI調節器廣泛用於各種工業控制中。作為線性控制器，PI調節器根據給定值與實際輸出值構成控制偏差，將偏差的比例(P)和積分(I)值通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。PI調節器的參數(比例係數、積分係數)通常由調試人員現場調試完成。如果對每一個系統都現場調試，不僅工作量大、效率低，還存在著調試周期長的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種能減少現場調試工作量的參數調整方法和優選數字PI調節器。
本發明的第一技術方案為數字PI調節器的參數調整方法，其特徵在於，算法邏輯表達式為，
U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
式中：Kx：優選係數，根據e(kT)選取；T：採樣周期；k：採樣、運算次數；U(kT)：第k次數字PI調節器的輸出；Kp：比例係數；e(kT)：第k次輸入數字PI調節器的偏差；Ki：積分係數；Σ：(0-k)次求和；
所述e(kT)大於0時，所述Kx取C；所述e(kT)小於0時，所述Kx取-C，所述C為大於0，小於1的常數。
第二技術方案為數字PI調節器的參數調整方法，其特徵在於，算法邏輯表達式為，
U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
式中：Kx：優選係數，根據e(kT)選取；T：採樣周期；k：採樣、運算次數；U(kT)：第k次數字PI調節器的輸出；Kp：比例係數；e(kT)：第k次輸入數字PI調節器的偏差；Ki：積分係數；Σ：(0-k)次求和；
所述e(kT)大於e[k(T-1)]時，所述Kx取上次的Kx加C1的值；所述e(kT)小於e[k(T-1)]時，所述Kx取上次的Kx減C2的值，所述C1與所述C2為常數。
第三技術方案基於第二技術方案，其特徵在於，所述C1與所述C2是相同的常數。
第四技術方案為優選數字PI調節器，其特徵在於，包括計算Kx的步驟和根據Kx計算輸出U(kT)的步驟，
計算Kx的步驟包括以下步驟，
步驟1(S30)，判斷當前的偏差e是否大於上次的偏差e0，e＞e0時，進入步驟2(S40)，e≯e0時，進入步驟3(S55)
步驟2(S40)，計算Kx＝Kx+C1，當前的Kx由上次的Kx加C1得到，
步驟3(S55)，計算Kx＝Kx-C2，當前的Kx由上次的Kx減C2得到，
C1、C2為相同或不同的常數，
步驟4(S90)，調用數字PI調節器，
步驟5(S100)，計算A＝A+Kx*Ki*e，得到Kx*Ki*e的累加值，
步驟6(S130)，計算B＝Kx*Kp*e，
步驟7(S140)，計算C＝A+B，得到Kx*Ki*e的累加值與Kx*Kp*e的和，
步驟8(S210)，C作為數字PI調節器的輸出U。
5第五技術方案基於第四技術方案，其特徵在於，計算Kx的步驟中，在步驟2(S40)之後還包括以下步驟，
步驟2a(S50)，判斷本次偏差e的絕對值是否大於最大值Max，|e|＞Max時,使e＝Max，進入步驟4(S90)，|e|≯Max時，進入步驟2b(S60)，判斷本次偏差e的絕對值是否小於Min，
步驟2b(S60)，|e|≮Min時，進入步驟4(S90)，|e|＜Min時，使e＝Min後，進入步驟4(S90)。
第六技術方案基於第五技術方案，其特徵在於，計算Kx的步驟中，在步驟3(S55)之後還包括所述步驟2a(S50)、所述步驟2b(S60)。
第七技術方案基於第五或第六技術方案，其特徵在於，在所述步驟5(S100)之後還包括，
步驟5a(S110)，判斷A是否大於Max，A＞Max時，使A＝Max後，進入所述步驟6(S130)，A≯Max時，進入步驟5c(S120)，判斷A是否小於Min，
步驟5b(S120)，判斷A是否小於Min，A≮Min時，進入步驟6(S130)，A小於Min時，使A＝Min後，進入步驟6(s130)。
第八技術方案基於第七技術方案，其特徵在於，在所述步驟7(S140)之後還包括，
步驟7a(S150)，判斷C是否大於Max，C＞Max時，使C＝Max後，進入步驟8(S210)，C≯Max時，進入步驟7b(S160)，
步驟7b(S160)，判斷C是否小於Min，C≮Min時，進入步驟8(S210)，C＜Min時，使C＝Min後，進入步驟8(S210)。
9第九技術方案基於第八技術方案，其特徵在於，還具有步驟9(S10)、步驟10(S20)，
步驟9(S20)，選擇是否對參數Kx進行優選，選擇優選時，進入步驟1(S30)，用所述C1和C2計算所述Kx，不選擇優選時，進入步驟10(S20)，用常數C計算所述Kx。
效果
由上可知，本發明的方法，比例係數和積分係數只要現場調試一次，在其他調試現場輸入調試得到的比例係數和積分係數，即可自動整定PI調節器的參數，降低了工作強度、提高了調試效率。
附圖說明
圖1為本發明的優選數字PI控制器的原理說明圖；
圖2為初始化的流程圖；
圖3為計算優選參數kx的流程圖；
圖4為優選數字PI控制器的控制流程圖。
具體實施方式
以下對本發明的實施方式進行說明。在下述實施方式中描述的具體實施例僅作為示例性說明，不構成對本發明範圍的限制。
圖1為本發明的優選數字PI控制器的原理說明圖；
如圖1所示，本發明的優選數字PI控制器10具有優選參數計算模塊1、比例計算模塊2、積分計算模塊3、加法模塊4。
其算法邏輯表達式為：
U(kT)＝Kx*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
式中：Kx：優選係數，根據e(kT)選取；T：採樣周期；k：採樣、運算次數；U(kT)：第k次數字PI調節器的輸出；Kp：比例係數；e(kT)：第k次輸入數字PI調節器的偏差；Ki：積分係數；Σ：(0-k)次求和；
Kx有兩種取值方式，一種為：e(kT)大於0時，Kx取C；e(kT)小於0時，Kx取-C，C為大於0，小於1的常數。C可根據負載的大小或控制對象的輸出功率，通過現場調試的方式確定，如C＝0.5。C＝1時，就是通常的沒有參數優選功能的PI控制器。
首先，根據偏差e(kT)是否大於0，選取優選係數Kx，Kx為固定值C，在本實施方式中C為0.5。
如果e(kT)>0：Kx＝0.5；
U(kT)＝0.5*[Kp*e(kT)+Ki*Σe(kT)]
如果e(kT)e0時減少Kx；當ee(kT-T)時的增量C1為0.001，e(kT)＜e(kT-T)時的增量為C2為0.001，這樣與上次的e(kT-T)相比，e(kT)增加時，Kx的值不斷變大，而e(kT)減小時，Kx的值不斷變小達到調整的目的。
以下通過流程圖對本發明的流程進行說明。
圖2為初始化的流程圖。
步驟S1，對輸入變量Kx、e、e0、Kp、Ki進行初始化，初始化的結果，Kx＝1.0；e＝0；e0＝0；Kp＝C1；Ki＝C2。
其中，Kx：優選係數；e：當前偏差；e0：上次偏差；Kp：比例係數；Ki：積分係數；C1，C2：常數。
步驟S2，對輸出變量U進行初始化，使U＝0。
初始化結束後，進入確定Kx的流程。
圖3為計算優選參數kx的流程圖；
步驟S10，選擇是否優選Kx。如果選擇優選，進入步驟S30，如果選擇不優選，進入步驟20，使Kx＝C後，調用優選數字PI調節器。
步驟S30，判斷當前的偏差e是否大於上次的偏差e0，如果e＞e0，進入步驟S40，如果e≯e0，進入步驟S45。
步驟S40，計算Kx＝Kx+C1，得到當前的Kx。
步驟S50，判斷本次偏差e的絕對值是否大於最大值Max。如果|e|＞Max,進入步驟S70，使e＝Max後，進入步驟S90，調用優化數字PI調節器。由Max賦值的e用於優化數字PI調節器計算時的偏差值。
如果步驟S50的判斷為|e|≯Max，進入步驟S60。
步驟S60，判斷本次偏差e的絕對值是否小於Min，如果|e|≮Min，進入步驟S90，調用優化數字PI調節器。如果|e|＜Min，進入步驟S85，使e＝Min後，進入步驟S90，調用優化數字PI調節器。由Min賦值的e用於優化數字PI調節器計算時的偏差值。
在步驟S45，判斷當前的偏差e是否小於上次的偏差e0，如果e≮e0，進入步驟S90，調用優化數字PI調節器。如果e＜e0，進入步驟S55，計算Kx＝Kx+C2，得到當前的Kx後，進入步驟S50。
通過以上的處理，得到優選Kx。即，如果不優選Kx，使用固定值C，選擇優選Kx，根據偏差e，計算Kx。
圖4為優選數字PI控制器的流程圖。
步驟S100,計算A＝A+Kx*Ki*e，並更新累加器A。
步驟S110，判斷累加器A的值A是否大於Max，如果A＞Max，將累加器的值A設定為Max後，進入步驟S130。如果A≯Max，進入步驟S120。
步驟S120，判斷累加器A的值A是否小於Min，如果A＜Min，將累加器A的值A設定為Min後，進入步驟S130。如果A≯Max，進入步驟S130。
步驟S130，計算Kx*Kp*e，並更新累加器B。
步驟140，計算C＝A+B，更新累加器C。
步驟S150，判斷累加器C的值C是否大於Max，如果C＞Max，將累加器C的值C設定為Max後，進入步驟S210，結束本次的計算。
如果C≯Max，進入步驟S160，判斷累加器C的值C是否小於Min，如果C≮Min，進入步驟S210，結束本次的計算。如果C＜Min，進入步驟S170，將累加器C的值設定為Min後，進入步驟S210，結束本次的計算。
步驟S210，將累加器C的值C作為PI控制其10的輸出U輸出到圖1中的控制對象，進行PI控制。