一種定位器pid自整定參數(shù)獲取方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及智能控制領(lǐng)域，特別涉及一種定位器PID自整定參數(shù)獲取方法及系統(tǒng)。本發(fā)明通過設(shè)置一電平輸出電路，并讓其根據(jù)檢測到的調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度輸出不同的電平，通過檢測電平的輸出時間記錄調(diào)節(jié)閥的開度震蕩周期，從而能夠更加精確的記錄、計(jì)算調(diào)節(jié)閥震蕩臨界周期，從而使得定位器PID參數(shù)計(jì)算更加精準(zhǔn)，快速。
【專利說明】
-種定位器PID自整定參數(shù)獲取方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及智能控制領(lǐng)域，特別設(shè)及一種定位器PID自整定參數(shù)獲取方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣動調(diào)節(jié)閥是一種工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的常用裝置，尤其是在電廠、石化、冶金等 工業(yè)流體流量控制中發(fā)揮著不可替代的作用。而調(diào)節(jié)閥定位器是氣動調(diào)節(jié)閥的主要部件之 一，通過改進(jìn)定位器的性能，可W起到改善調(diào)節(jié)閥特性、提高調(diào)節(jié)閥控制精度、增加調(diào)節(jié)閥 控制靈活性的重要作用，大多數(shù)的調(diào)節(jié)閥定位器都是采用PID控制算法對調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制， 但是眾所周知的是，PID控制方式易受到受控器件所處環(huán)境因素(如溫度、濕度）的影響，通 常同一套PID參數(shù)不能應(yīng)用在不同的環(huán)境因素下，運(yùn)就需要當(dāng)受控器件(如調(diào)節(jié)閥）的環(huán)境 因素改變后(如季節(jié)的變化），對調(diào)節(jié)閥定位器的PID參數(shù)重新進(jìn)行整定，而運(yùn)一過程通常稱 為定位器的自整定過程?，F(xiàn)有的定位器自整定方式通常過于復(fù)雜且大多需要耗費(fèi)過多的時 間，嚴(yán)重了影響受控器件的正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種過程簡單，耗費(fèi) 時間短的定位器PID自整定參數(shù)獲取方法。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了 W下技術(shù)方案：
[0005] -種定位器PID自整定參數(shù)獲取方法，包含如下步驟，
[0006] 將調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)開度的步驟；
[0007] 將調(diào)節(jié)閥在預(yù)設(shè)開度上下按照預(yù)設(shè)振幅進(jìn)行震蕩調(diào)節(jié)的步驟；
[0008] 檢測調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度的步驟；
[0009] 記錄每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〉預(yù)設(shè)開度的時間t高n，及每個震蕩周期中調(diào) 節(jié)閥實(shí)際開度 < 預(yù)設(shè)開度時間tffin;
[0010] 記錄調(diào)節(jié)閥的震蕩次數(shù)n，直至達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)N，N為大于1的自然數(shù)；
[0011] 按照公式
計(jì)算臨界周期Tu;
[0012] 將調(diào)節(jié)閥腳欠震蕩過程中的實(shí)際最大振幅設(shè)為臨界增益Ku;
[OOU]依據(jù)Z-N法則第二法得出PID參數(shù)。
[0014] 進(jìn)一步的，所述檢測調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度的步驟中，包含將采集的調(diào)節(jié)閥開度信息進(jìn) 行濾波放大W及AD轉(zhuǎn)換的步驟。
[0015] 進(jìn)一步的，所述記錄每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥自預(yù)設(shè)開度-〉最大開度-〉預(yù)設(shè)開度的 時間t高n，及每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥自預(yù)設(shè)開度-〉最小開度-〉預(yù)設(shè)開度的時間tffin的步驟中，
[0016] 包含通過一檢測比較模塊接收調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度信息的步驟；
[0017] 包含判斷調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度是否等于預(yù)設(shè)開度的步驟；
[0018] 包含當(dāng)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度等于預(yù)設(shè)開度時，控制電平輸出電路改變電平的步驟；
[0019] 包含一計(jì)時器記錄所述電平輸出電路當(dāng)前電平輸出時間的步驟。
[0020] 進(jìn)一步的，調(diào)節(jié)閥開始震蕩調(diào)節(jié)后的前Μ個周期的參數(shù)放棄不用，Μ的取值為：1 < Μ <5。
[0021] 本發(fā)明同時提供一種定位器PID自整定參數(shù)獲取系統(tǒng)，包括依次連接的給定控制 模塊、調(diào)節(jié)閥、反饋模塊、檢測比較模塊、電平輸出電路W及計(jì)時器;所述檢測比較模塊和所 述計(jì)時器還同時與一計(jì)算模塊連接；
[0022] 所述給定控制模塊用于控制所述調(diào)節(jié)閥在一預(yù)設(shè)開度上下按預(yù)設(shè)振幅震蕩調(diào)節(jié)；
[0023] 所述反饋模塊用于采集調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度；
[0024] 所述檢測比較模塊用于接收所述反饋模塊反饋的調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度，并判斷該實(shí)際 開度等于預(yù)設(shè)開度時控制所述電平輸出電路改變輸出電平；同時，所述檢測比較模塊還記 錄調(diào)節(jié)閥每個震蕩周期中的實(shí)際最大開度及實(shí)際最小開度；
[0025] 所述計(jì)時器根據(jù)電平輸出電路輸出的電平記錄每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〉 預(yù)設(shè)開度的時間t高η，及每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度 < 預(yù)設(shè)開度時間tffin;
[00%]所述計(jì)算模塊根據(jù)公式
計(jì)算臨界周期Tu，W及將調(diào)節(jié)閥N次震 蕩過程中的實(shí)際最大振幅設(shè)為臨界增益Ku;所述計(jì)算模塊還根據(jù)化、KuW及Z-N法則第二法 得出PID參數(shù)。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過設(shè)置一電平輸出電路，并讓其根 據(jù)檢測到的調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度輸出不同的電平，通過檢測電平的輸出時間記錄調(diào)節(jié)閥的開 度震蕩周期，從而能夠更加精確的記錄、計(jì)算調(diào)節(jié)閥震蕩臨界周期，從而使得定位器PID參 數(shù)計(jì)算更加精準(zhǔn)，快速。
【附圖說明】：
[0028] 圖1為本發(fā)明提供的定位器PID自整定參數(shù)獲取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明電平輸出電路輸出電平與調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度的關(guān)系示例圖。
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中義用的忍片不例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本 發(fā)明上述主題的范圍僅限于W下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明 的范圍。
[0032] 實(shí)施例1: 一種定位器PID自整定參數(shù)獲取方法，包含如下步驟，
[0033] S100:將調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)開度的步驟；
[0034] S200:將調(diào)節(jié)閥在預(yù)設(shè)開度上下按照預(yù)設(shè)振幅a進(jìn)行震蕩調(diào)節(jié)的步驟；
[0035] S300:檢測調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度的步驟;所述檢測調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度的步驟中，包含將采 集的調(diào)節(jié)閥開度信息進(jìn)行濾波放大W及AD轉(zhuǎn)換的步驟。
[0036] S400:調(diào)節(jié)閥開始震蕩調(diào)節(jié)后，拋棄前Ξ個震蕩周期的參數(shù)不予記錄，運(yùn)樣可W讓 調(diào)節(jié)閥的震蕩更加穩(wěn)定，從而讓自整定獲得的參數(shù)更加精確；自第四個周期開始，記錄每個 震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〉預(yù)設(shè)開度的時間t高n，及每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度 <預(yù) 設(shè)開度時間tffin;
[0037] 具體的，本步驟中，包含，
[0038] S401:通過一檢測比較模塊接收調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度信息的步驟；
[0039] S402:包含判斷調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度是否等于預(yù)設(shè)開度的步驟；
[0040] S403:包含當(dāng)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度等于預(yù)設(shè)開度時，控制電平輸出電路改變電平的 步驟，具體如圖2所示，圖2中的豎坐標(biāo)表示調(diào)節(jié)閥相對于預(yù)設(shè)開度的相對開度振幅，當(dāng)調(diào)節(jié) 閥開度大于預(yù)設(shè)開度時（即圖2中振幅位于橫坐標(biāo)上方時），電平輸出電路輸出高電平，當(dāng)調(diào) 節(jié)閥實(shí)際開度等于預(yù)設(shè)開度時（即圖2中曲線與橫坐標(biāo)交叉點(diǎn)，如圖中的①②處），控制電平 輸出電路改變電平，如圖2所示的，在①時刻，曲線與橫坐標(biāo)交匯，此時調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度等于 預(yù)設(shè)開度，電平輸出電路輸出的電平由高電平變?yōu)榈碗娖?；同樣的，在②時刻，曲線再次與 橫坐標(biāo)交匯，即調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度再次等于預(yù)設(shè)開度，此時，電平輸出電路再次將輸出電平由 低電平改為高電平;應(yīng)注意的是，實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度最大值及實(shí)際開度最小 值通常不等于預(yù)設(shè)開度±預(yù)設(shè)振幅a,而是在預(yù)設(shè)開度±預(yù)設(shè)振幅a的上下浮動，圖2中并未 體現(xiàn)運(yùn)一特點(diǎn)。
[0041] 另外，也可根據(jù)需要設(shè)置當(dāng)調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度大于預(yù)設(shè)開度時輸出低電平，而當(dāng)調(diào) 節(jié)閥實(shí)際開度變?yōu)樾∮陬A(yù)設(shè)開度時輸出高電平。
[0042] S404:包含一計(jì)時器記錄所述電平輸出電路當(dāng)前電平輸出時間的步驟，即計(jì)時器 會檢測電平輸出電路的電平變化，同時記錄電平輸出電路每個高電平和低電平的輸出時 間，如圖2中的①時刻，計(jì)時器檢測到電平輸出電路由高電平變?yōu)榈碗娖?，則開始對低電平 的輸出時間進(jìn)行計(jì)時，直到②時刻檢測到電平再次發(fā)生變化，計(jì)時器會將②-①記錄并儲存 至計(jì)算模塊，②-①即為調(diào)節(jié)閥的一個半震蕩時間tffin。
[0043] S500:記錄調(diào)節(jié)閥的震蕩次數(shù)n，直至達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)N，N為大于1的自然數(shù);N的數(shù)值 越到，則最后獲得的參數(shù)越精確，但同時自整定所耗費(fèi)的時間也越久，因此通常將N的取值 范圍設(shè)定為5<N< 15。
[0044] S600:按照公式
十算臨界周期化;將調(diào)節(jié)閥N次震蕩過程中的實(shí) 際最大振幅設(shè)為臨界增益Ku;
[0045] S700:依據(jù)Z-N法則第二法得出PID參數(shù)，具體的，根據(jù)化、Ku獲取PID參數(shù)方式參見 下表一：
[0046] 表一
[0047]
[0048] 實(shí)施例2:如圖1所示，本實(shí)施例提供一種定位器PID自整定參數(shù)獲取系統(tǒng)，包括依 次連接的給定控制模塊1、調(diào)節(jié)閥2、反饋模塊3、檢測比較模塊4、電平輸出電路5W及計(jì)時器 6;所述檢測比較模塊4和所述計(jì)時器6還同時與一計(jì)算模塊7連接；
[0049] 所述給定控制模塊1用于控制所述調(diào)節(jié)閥2在一預(yù)設(shè)開度上下按預(yù)設(shè)振幅震蕩調(diào) T ;
[0050] 所述反饋模塊3用于采集調(diào)節(jié)閥2的實(shí)際開度；
[0051] 所述檢測比較模塊4用于接收所述反饋模塊反饋的調(diào)節(jié)閥2實(shí)際開度，并判斷該實(shí) 際開度等于預(yù)設(shè)開度時控制所述電平輸出電路5改變輸出電平；同時，所述檢測比較模塊4 還記錄調(diào)節(jié)閥2每個震蕩周期中的實(shí)際最大開度及實(shí)際最小開度；
[0052] 所述計(jì)時器6根據(jù)電平輸出電路5輸出的電平記錄每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開 度〉預(yù)設(shè)開度的時間t高n，及每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度 <預(yù)設(shè)開度的時間tffin;
[0053] 所述計(jì)算模塊7根據(jù)公式
計(jì)算臨界周期化，W及將調(diào)節(jié)閥2N次 震蕩過程中的實(shí)際最大振幅設(shè)為臨界增益Ku;所述計(jì)算模塊7還根據(jù)得出Tu、KuW及Z-N法 則第二法得出PID參數(shù)，具體的參加表一。
[0054] 實(shí)際應(yīng)用中，所述給定控制模塊1、調(diào)節(jié)閥2、反饋模塊3、檢測比較模塊4、電平輸出 電路5W及計(jì)時器6及計(jì)算模塊7的功能可由分離電路構(gòu)成，也可由一集成忍片集成完成，如 圖3所示的STM32L152CBT6忍片即可同時集成有定控制模塊1、檢測比較模塊4、電平輸出電 路5、計(jì)時器6及計(jì)算模塊7等功能；圖3中的PA2即調(diào)節(jié)閥反饋信號輸入端口、PB3為電平輸出 電路的輸出端口，STM32L152CBT6忍片中內(nèi)置計(jì)時器計(jì)數(shù)頻率為lus，即每計(jì)一個數(shù)為lus， 運(yùn)也是我們采用他可W達(dá)到的計(jì)時精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種定位器PID自整定參數(shù)獲取方法，其特征在于，包含如下步驟， 將調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)開度的步驟； 將調(diào)節(jié)閥在預(yù)設(shè)開度上下按照預(yù)設(shè)振幅進(jìn)行震蕩調(diào)節(jié)的步驟； 檢測調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度的步驟； 記錄每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〉預(yù)設(shè)開度的時間tSn，及每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥 實(shí)際開度〈預(yù)設(shè)開度時間tffin; 記錄調(diào)節(jié)閥的震蕩次數(shù)n，直至達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)N，N為大于1的自然數(shù)；將調(diào)節(jié)閥N次震蕩過程中的實(shí)際最大振幅設(shè)為臨界增益Ku; 依據(jù)Z-N法則第二法得出PID參數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的定位器PID自整定參數(shù)獲取方法，其特征在于，所述檢測調(diào)節(jié)閥 實(shí)際開度的步驟中，包含將采集的調(diào)節(jié)閥開度信息進(jìn)行濾波放大以及AD轉(zhuǎn)換的步驟。3. 如權(quán)利要求2所述的定位器PID自整定參數(shù)獲取方法，其特征在于，記錄每個震蕩周 期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〉預(yù)設(shè)開度的時間tSn，及每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〈預(yù)設(shè)開度 時間tffo的步驟中， 包含通過一檢測比較模塊接收調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度信息的步驟； 包含判斷調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度是否等于預(yù)設(shè)開度的步驟； 包含當(dāng)調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度等于預(yù)設(shè)開度時，控制電平輸出電路改變電平的步驟； 包含一計(jì)時器記錄所述電平輸出電路當(dāng)前電平輸出時間的步驟。4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的定位器PID自整定參數(shù)獲取方法，其特征在于，調(diào)節(jié)閥 開始震蕩調(diào)節(jié)后的前Μ個周期的參數(shù)放棄不用，Μ的取值為:1 < Μ < 5。5. -種定位器PID自整定參數(shù)獲取系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的給定控制模塊、 調(diào)節(jié)閥、反饋模塊、檢測比較模塊、電平輸出電路以及計(jì)時器;所述檢測比較模塊和所述計(jì) 時器還同時與一計(jì)算模塊連接； 所述給定控制模塊用于控制所述調(diào)節(jié)閥在一預(yù)設(shè)開度上下按預(yù)設(shè)振幅震蕩調(diào)節(jié)； 所述反饋模塊用于采集調(diào)節(jié)閥的實(shí)際開度； 所述檢測比較模塊用于接收所述反饋模塊反饋的調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度，并判斷該實(shí)際開度 等于預(yù)設(shè)開度時控制所述電平輸出電路改變輸出電平；同時，所述檢測比較模塊還記錄調(diào) 節(jié)閥每個震蕩周期中的實(shí)際最大開度及實(shí)際最小開度； 所述計(jì)時器根據(jù)電平輸出電路輸出的電平記錄每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〉預(yù)設(shè) 開度的時間tSn，及每個震蕩周期中調(diào)節(jié)閥實(shí)際開度〈預(yù)設(shè)開度時間計(jì)算臨界周期TU，以及將調(diào)節(jié)閥N次震蕩過程 中的實(shí)際最大振幅設(shè)為臨界臨界增益Ku;所述計(jì)算模塊還根據(jù)Tu、Ku以及Z-N法則第二法得 出PID參數(shù)。
【文檔編號】F16K31/02GK105824781SQ201610209001
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】鮑鶴, 虎恩典, 周朋, 趙文賢, 劉甘霖
【申請人】北方民族大學(xué)