專利名稱：一種具有可選控制模板的pidt控制技術(shù)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能控制領(lǐng)域或工業(yè)控制領(lǐng)域，特別涉及控制器、控制系統(tǒng)的控制技術(shù)及其控制方法。。
背景技術(shù)：
在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。在一些復(fù)雜的精度高的控制系統(tǒng)中，PID控制效果可能還不是特別理想，比如存在調(diào)節(jié)時(shí)間與超調(diào)量之間的矛盾，調(diào)試較為困難等，人們不斷探索新的控制策略，如模糊控制(Fuzzy Control)、神經(jīng)元控制(Neuron Control)等。由PID控制算法衍生而來的控制策略越來越多，如遺傳算法PID控制(Genetic Algorithm PID Control)、模糊自適應(yīng)PID控制(Fuzzy Self-adjusting PID Control )、神經(jīng)兀 PID 控制(Neuron PID Control )、最優(yōu) ·PID控制(Optimal PID Control)、非線性 PID 控制(Nonlinear PID Control)和魯棒 PID 控制(Robust PID Control)等。這些控制技術(shù)存在計(jì)算量大,應(yīng)用復(fù)雜,對(duì)調(diào)試操作人員的要求高等缺陷，這可能是這些技術(shù)難于廣泛應(yīng)用的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對(duì)前述背景技術(shù)中的不足和缺陷，公開一種具有可選控制模板庫的PIDT控制技術(shù)、控制器及其方法,控制模板庫(Control TemplateLibrary)由基本控制模板(Basic Template)和自建控制模板(Self-built Template)組成。PIDT控制方案是在PID控制基礎(chǔ)上，增加可選模板控制部分，控制模板具有直接、直觀、簡(jiǎn)單、且易于理解的特點(diǎn)，可簡(jiǎn)化調(diào)試過程，提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和響應(yīng)性能，對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的啟動(dòng)過程，既可以用模板獨(dú)立控制，也可以采用PID和模板(T)聯(lián)合控制，采用模板獨(dú)立控制時(shí)，PID控制輸出一個(gè)常量Uc0為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，所采用的技術(shù)方案是
具有可選控制模板的PIDT控制器，由PID控制器和可選控制模板庫(TemplateLibrary)組成，可選控制模板的PIDT控制器輸出包含PID輸出和模板(T，Template)輸出兩部分，包括比例(P )控制、積分(I)控制、微分(D )控制、模板(T )控制。具有可選控制模板的PIDT控制器的控制律為+ titempiaie
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上式中，e(t)為偏差信號(hào)，(為比例放大系數(shù)，7>為積分時(shí)間常數(shù)，7；為微分時(shí)間常數(shù)；KI= 尤//>為積分系數(shù)，\=kptd為微分系數(shù)；
u(t):表不具有可選控制模板的PIDT控制器的輸出信號(hào)； upid(t):表示具有可選控制模板PIDT控制器的PID輸出部分；·
Utemplate :表不具有可選控制模板PIDT控制器的控制模板輸出；
表示系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，調(diào)用控制模板的次數(shù)；
Tn :表示第n次啟動(dòng)控制模板的起始時(shí)間； e(Tj :表不第n次啟動(dòng)控制模板時(shí)刻的偏差大?。? sgn{e(Tj):確定模板控制量的正負(fù)極性；
_.m):表示7；時(shí)刻控制偏差乂/y情況下控制模板的強(qiáng)度系數(shù)，系數(shù)《況)由 )的絕對(duì)值的大小所對(duì)應(yīng)區(qū)域通過查表確定，決定控制模板所產(chǎn)生的附加控制量的強(qiáng)度大?。?br> UtemplaJt-TJ :表示第n次啟動(dòng)控制模板函數(shù)。任何時(shí)候，最多只允許且只有一個(gè)控制模板工作。通常情況下，為了避免頻繁啟動(dòng)控制模板，除了滿足控制偏差達(dá)到一定的偏差值的要求外，還要確保相鄰的前控制模板工作停止(控制模板無輸出)后，必須達(dá)到一個(gè)最小的時(shí)間間距，后續(xù)控制模板才能啟動(dòng)。這個(gè)最小的時(shí)間間距定義為控制模板工作窗口保護(hù)
期 TWP。t旲板單獨(dú)控制時(shí)，王要應(yīng)用于系統(tǒng)初始啟動(dòng)時(shí)，PIDT控制器輸出為 U⑴=UpJt)+ Utemplate
UC+ template
UC為控制器輸出的一個(gè)常量。PIDT控制器提供一個(gè)可選控制模板庫，控制模板庫由基本控制模板(BasicTemplate Library)和自建控制模板(Self-built Template Library)組成。PIDT控制器提供一定存儲(chǔ)空間和操作界面，根據(jù)已有控制經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)特性、控制對(duì)象特點(diǎn)，技術(shù)人員可自建控制模板并存儲(chǔ)。針對(duì)控制系統(tǒng)對(duì)控制器輸出、調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量等技術(shù)要求和系統(tǒng)特點(diǎn)，從控制模板庫中選用一個(gè)合適的控制模板，并配置模板的作用時(shí)間?？刂颇０逄峁┮粋€(gè)與被控對(duì)象相匹配的具有一定模板形狀的作用時(shí)間合適的附加的輸出控制量，以便解決控制系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)參數(shù)難于兼顧快速響應(yīng)與超調(diào)量之間的矛盾，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的PID參數(shù)調(diào)整，提升控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和整體性能。采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。(I)具有可選控制模板的PIDT 控制技術(shù)的控制結(jié)構(gòu)仍然具有比例(P)、積分(I)、微分(D)形式，具有經(jīng)典PID控制所具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠、應(yīng)用面廣的優(yōu)點(diǎn)。(2)具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)通過可選控制模板提供一個(gè)附加的與控制對(duì)象相匹配的作用時(shí)間有限的強(qiáng)度與偏差對(duì)應(yīng)的控制量，模板控制(T)部分可提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和動(dòng)態(tài)性能，在PIDT控制器調(diào)試和確定調(diào)節(jié)參數(shù)過程中，便于解決經(jīng)典PID控制器的控制器輸出、調(diào)節(jié)時(shí)間與超調(diào)量之間難于兼顧的問題。(3)具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)可依據(jù)其控制模板的建立規(guī)則，自建控制模板，該功能為工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地解決現(xiàn)場(chǎng)具體控制技術(shù)問題提供了一個(gè)良好的技術(shù)支撐平臺(tái)。(4)與其他智能控制方法相比較，本發(fā)明可選控制模板的PIDT控制技術(shù)具有易于理解、調(diào)試方便、容易推廣等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)完全能夠滿足控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)量小等動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合。


圖I是具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)原理圖。圖2是本發(fā)明所提供的單極性余弦控制模板。圖3是本發(fā)明所提供的雙極性余弦指數(shù)衰減控制模板。圖4是本發(fā)明所提供的單極性梯形控制模板。
具體實(shí)施例方式下面將對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。I、一種可選控制模板的PIDT控制器的組成結(jié)構(gòu)。PIDT控制器主要由PID控制器、控制模板庫組成，具有人機(jī)操作界面并提供足夠的存儲(chǔ)空間。2、控制模板有兩種主要的存儲(chǔ)形式
(1)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式,如cosCOt等；
(2)控制量輸出查詢表。3、三種基本控制模板
可選控制模板庫由余弦控制模板、余弦指數(shù)衰減控制模板、梯形控制模板等基本模板組成，根據(jù)需要，用戶還可自己設(shè)計(jì)和自建控制模板。(I)余弦控制模板
權(quán)利要求
1.ー種具有可選控制模板庫的PIDT控制技術(shù)，其特征在于包含PID控制和模板T控制，其中，PIDT控制技術(shù)的控制律為
2.如權(quán)利要求I所述的ー種具有可選控制模板庫的PIDT控制器和系統(tǒng)，其特征在于包括ー個(gè)可選控制模板庫，可選控制模板庫由基本控制模板(Basic Template Library)和自建控制模板(Self-built Template Library)組成,具有人機(jī)操作界面并提供足夠的存儲(chǔ)空間，控制模板有兩種主要的存儲(chǔ)形式為 (1)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式,如cosω t等； (2)控制量輸出查詢表； 基本控制模板包含余弦控制模板、余弦指數(shù)衰減控制模板、梯形控制模板等基本模板組成，其數(shù)據(jù)特征為(1)余弦控制模板 (cosmt，O < ω < wjlUtempiatei ) = ^ [O 3 ω > π/2(2)余弦指數(shù)衰減控制模板 lcmmt/2) y0<mt<3w/2Utempiat^t)=<產(chǎn)O3 Φ > JMf Z(3)梯形控制模板 50< <ΓιUtemplat^/) = ^ (Tl + T2—t)/T I 5 Tl<t S Γ + Γ2。 Qj>Ti!- Tl
3.如權(quán)利要求1、2所述的控制模板技術(shù)特征為控制模板分為單極性控制模板和雙極性控制模板兩類；控制模板的三個(gè)主要技術(shù)特征為(1)模板形狀； (2)幅值；(3)作用時(shí)間。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的控制模板技術(shù)特征的模板構(gòu)建和模板應(yīng)用方法。
5.如權(quán)利要求1、2、3、4所述的控制方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟為步驟I :選擇控制模板；步驟2 :設(shè)置控制模板作用時(shí)間和啟動(dòng)間隔；步驟3 :根據(jù)模板的作用時(shí)間，建立時(shí)間、模板控制量輸出查詢表；步驟4 :設(shè)置控制模板強(qiáng)度系數(shù)查詢表；步驟5 :設(shè)置可選控制模板的PIDT控制器的初始參數(shù)步驟6 :預(yù)置控制模板工作計(jì)時(shí)器、工作窗ロ保護(hù)期計(jì)時(shí)器初始參數(shù)；步驟7 :判斷是否滿足控制模板工作的條件；步驟8 :控制模板運(yùn)行標(biāo)志和模板工作窗ロ運(yùn)行保護(hù)標(biāo)志；步驟9:計(jì)算控制模板輸出；步驟10 :計(jì)算PID輸出；步驟11 :計(jì)算PIDT輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)及其方法，它包含PID控制和模板控制，通過模板控制，提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。PID控制過程中，要做到一組控制參數(shù)既適應(yīng)大偏差時(shí)的啟動(dòng)過程，又適應(yīng)較小偏差時(shí)的工作過程是很困難的，存在響應(yīng)快慢與超調(diào)量大小之間的矛盾。PIDT控制技術(shù)的主要方法是在控制系統(tǒng)啟動(dòng)(偏差相對(duì)較大)過程中，采用模板(T)獨(dú)立控制或PID控制與模板(T)聯(lián)合控制，模板控制量的大小由選用模板和模板控制強(qiáng)度系數(shù)確定；工作過程中，偏差較小時(shí)采用PID控制，超出一定偏差時(shí)，調(diào)用模板控制；不同偏差時(shí)，選用不同的模板控制系數(shù)；模板每次控制的作用時(shí)間是有限的。具有可選控制模板的PIDT控制器中，控制模板既有已建好的，也可以根據(jù)控制規(guī)律自建模板。
文檔編號(hào)G05B11/42GK102736514SQ20121024290
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月15日
發(fā)明者何亨貴, 杜飛明 申請(qǐng)人:杜飛明, 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院