专利名称：一种在线指导自动控制方法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种在线指导自动控制方法。
技术背景
一般控制装置或者控制回路包括手动、自动和串级模式，手动模式指人工调节控制输出量；自动模式指根据预定的控制规律(算法)结果，调节控制输出量；串级模式指该控制回路的给定量来自于远程或者上级控制回路的输出量。
当控制模式为自动方式时，人工无法修改控制输出量，如果需要修改控制输出量， 需要先切换到手动模式，修改控制输出量，然后再次切回到自动模式。由于在控制器设计上一般考虑手动自动无扰切换，所以当再次由手动模式切换到自动模式时，控制输出量的初始值是人工给定的控制输出量。
当控制器工作在非串级模式时，自动状态下人工可以修改回路给定量，当控制模式为串级方式时，该控制回路的给定量来自于远程或者上级控制回路的输出量，人工无法修改回路给定量。修改该控制回路给定量需要通过上级控制回路输出量修改才能完成，这就需要将上级控制回路切换到手动模式，修改上级控制回路输出量，完成后切回到自动模式。发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种在线指导自动控制方法，确保进行操作人员训练或者机器学习时系统安全运行；避免在自动模式时因修改控制量需要进行手自动切换操作；避免在串级控制时因修改给定量需要上级回路进行切换操作。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案
—种在线指导自动控制方法，基于控制器来实现，包括自动模式或串级模式，
在自动模式下，控制系统根据在线指导控制量ue (k)修改控制量u (k)，控制系统输出在线指导控制量ue (k)与自动输出控制量uA (k)的偏差Aum (k)，以及自动输出控制量 uA (k)的增量 AuA(k)；
在串级模式下，控制系统根据在线指导给定量re(k)修改给定量r(k)，控制系统输出在线指导给定量re(k)与串级远程给定量r。(k)的偏差AreeGO，以及串级远程给定量 rc(k)的增量 Arc(k)。
在所述自动模式下，在线指导控制量ue (k)优先级高于自动输出控制量uA (k)，为了实现控制系统根据在线指导控制量Ue(k)修改控制量u(k)，控制系统输出在线指导控制量ue(k)与自动输出控制量UA(k)的偏差AumGO，以及自动输出控制量uA(k)的增量 Δ uA (k)，按下述步骤进行
步骤1 控制系统实时捕捉控制量在线指导动作，如果发生控制量在线指导动作， 则控制系统保存在线指导控制量ue (k)；
步骤2 在控制量u(k)更新前，控制系统计算本周期在线指导控制量ue(k)和上周期在线指导控制量ue(k-Ι)的偏差，如果偏差超过预先设定阀值δυ，δ 为控制量范围的 0. 5-10%，则控制系统置控制量在线指导状态位为1 ；
步骤3 在控制量u(k)更新时，控制系统判断控制量在线指导状态位的状态， 如果控制量在线指导状态位(^ 为1，则控制系统置控制量u (k)为在线指导控制量ue (k)， 并复位控制量在线指导状态位(^ 为0;否则控制系统置控制量u(k)为自动输出控制量Ua(k)；
步骤4 控制系统计算在线指导控制量与自动输出控制量的偏差
AuGA(k) = uG (k)-uA (k)；
步骤5 控制系统计算自动输出控制量的增量AuA(k) = uA(k)-uA(k_l)；
步骤6 控制系统置 uG (k-1) = u (k)，uA (k-1) = u (k)。
在所述串级模式下，在线指导给定量ue(k)优先级高于串级远程给定量r。(k)，为了实现控制系统根据在线指导给定量ue(k)修改给定量r(k)，控制系统输出在线指导给定量re(k)与串级远程给定量rc(k)的偏差ArecQO，以及串级远程给定量rc(k)的增量 Arc(k)，按下述步骤进行
步骤1 控制系统实时捕捉给定量在线指导动作，如果发生给定量在线指导动作， 则控制系统保存在线指导给定量re(k)；
步骤2 在给定量r(k)更新前，控制系统计算本周期在线指导给定量re(k)和上周期在线指导给定量re(k-Ι)的偏差，如果偏差超过预先设定阀值δκ，δ 给定量范围的 0. 5-20%，则控制系统置给定量在线指导状态位为1 ；
步骤3 在给定量r (k)更新时，控制系统判断给定量在线指导状态位的状态， 如果给定量在线指导状态位1，则控制系统置给定量r(k)为在线指导给定量re(k)， 并复位给定量在线指导状态位。^为0;否则控制系统置给定量r(k)为串级远程给定量 re(k)，控制系统把给定量r(k)反馈到串级回路，并更新串级回路调节基准值；
步骤4 控制系统计算在线指导给定量与串级远程给定量的偏差
ArGC(k) = rG(k)-rc(k)；
步骤5 控制系统计算串级远程给定量的增量Ar。(k) = rc(k)-rc(k-l)；
步骤6 控制系统置 rG (k-1) = r (k)，rc (k-1) = r (k)。
在串级模式下实现在线指导给定量，如果串级回路给定量来自于上级具有在线指导功能控制器的输出，则对于给定量的在线指导可以通过上级具有在线指导功能控制器的输出控制量在线指导实现；如果串级回路给定量来自于上级其他算法输出，则要求上级算法控制输出具有增量计算特征，即本周期输出结果为本周期基准值与本周期增量值的累加值。
本发明自动控制方法能够完成修改不同模式下的控制输出量和回路给定量，实现在线操作指导或人工优先随时干预，避免在自动模式时因修改控制量需要进行的手自动切换操作；避免在串级控制时因修改给定量需要进行的切换操作。
图1为本发明操作面板示意图。
图2为控制量在线指导判断与处理流程图。
图3为自动控制模式下控制量在线指导算法流程图。
图4为给定量在线指导判断与处理流程图。
图5为串级模式下给定量在线指导算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作更详细说明。
参照图1所示，为一种在线指导控制方法操作面板示意图。操作面板包括有1-操作面板标题栏；2-过程值显示区；3-过程给定值显示输入区，前面显示给定量当前值，后边编辑框修改给定值；4-输出控制量显示输入区，前面显示控制量当前值，后边编辑框修改控制量；5-在线指导允许切换按钮和指示；6-自动方式切换按钮和指示；7-手动方式切换按钮和指示；8-给定值增减按钮；9-输出控制量增大、快速增大、快速减小、减小按钮； 10-过程给定值柱状图显示，11-过程值柱状图显示和12-输出控制量柱状图显示。
参照图2所示，为控制量在线指导判断与处理流程图，为了实现自动模式下控制量的在线指导，控制系统需要判断是否存在在线指导控制量，并对在线指导控制量进行更新。首先判断是否存在在线指导控制量修改，对应图1中4-输出控制量输入区中的输入修改动作，如果存在修改则令ue (k) =11_;如果没有在线指导控制量修改，接着控制系统判断是否存在在线指导控制量增减，对应图1中9-输出控制量增大、快速增大、快速减小、减小按钮动作，如果存在修改，则令ue (k) = ue (k-Ι) +Δ Ue (k)，完成本扫描周期是否存在控制量在线指导的判断与相应处理。
参考图3所示，为自动控制模式下控制量在线指导算法流程图，在控制系统处理阶段已经根据是否存在在线指导更新Ue (k)，根据控制算法更新UA (k)首先控制系统判断本周期在线指导控制量Ue(k)和上周期在线指导控制量ue(k-Ι)的偏差，如果偏差超过预先设定阀值Su，则控制系统置控制量在线指导状态位(Su为1，阀值3 根据实际需要选择，如果在线指导控制量变化较小则控制系统取消本次在线指导作用；接着，控制系统判断控制量在线指导状态位，如果控制量在线指导状态位为1，则控制系统置控制量u (k) 为在线指导控制量ue(k)，并复位控制量在线指导状态位为0 ；否则控制系统置控制量 u(k)为自动输出控制量uA (k)；最后，控制系统计算在线指导控制量与自动输出控制量的偏差AugaQO =ue(k)-uA(k)，计算自动输出控制量的增量AuA(k) = uA(k)-uA(k_l)，并置 Ug(H) =u(k),uA(k-l) =u(k)。完成后进入后续程序。
参照图4所示，为给定量在线指导判断与处理流程图，为了实现串级模式下给定量的在线指导，控制系统需要判断是否存在在线指导给定量，并对在线指导控制量进行更新。首先判断是否存在在线指导给定量修改，对应图1中3-过程给定值输入区中的输入修改动作，如果存在修改则令re(k) = r。。n;如果没有在线指导给定量修改，接着控制系统判断是否存在在线指导给定量增减，对应图1中8-给定值增减按钮动作，如果存在修改则令 rG(k) = re(k-l) + Are(k)，完成本扫描周期是否存在给定量在线指导的判断与处理。
参照图5所示，为串级模式下给定量在线指导算法流程图，在控制系统处理阶段已经根据是否存在在线指导更新re(k)，根据控制算法更新r。(k)；首先控制系统判断本周期在线指导给定量re(k)和上周期在线指导给定量re(k-l)的偏差，如果偏差超过预先设定阀值Sk，则控制系统置给定量在线指导状态位G^为1 ；阀值δκ根据实际需要选择，如果在线指导给定量变化较小则控制系统取消本次在线指导作用；接着，控制系统判断给定量在线指导状态位，如果给定量在线指导状态位《^为1，则控制系统置给定量r(k)为在线指导给定量re (k)，并复位给定量在线指导状态位G、为0 ；否则控制系统置给定量r (k)为串级远程给定量r。(k)，r(k)反馈到串级回路，更新串级回路调节基准值；最后，控制系统计算在线指导给定量与串级远程给定量的偏差ArGC(k) =re(k)-r。(k)，计算串级远程给定量的増量 Arc(k)=む(10-ら&-1)，并置1~(；&-1) =r(k),rc(k-l) =r(k)。完成后进入后续程序。如果串级回路给定量来自于上级具有在线指导功能控制器的输出，则对于给定量的在线指导可以通过上级具有在线指导功能控制器的输出控制量在线指导实现；如果串级回路给定量来自于上级其他算法输出，则要求上级算法控制输出具有増量计算特征，即本周期输出结果为本周期基准值与本周期增量值的累加值。
实施例一种在线指导自动控制方法应用于水泥磨筒体内物料量自动控制。水泥磨筒体内物料量的稳定性直接影响水泥质量和产量的稳定，同时水泥磨筒体内物料量的大小是影响水泥产量的重要因素之一。水泥磨筒体内物料量主要通过调节入磨喂料量进行控制，受物料、研磨体、通风量等因素的影响较大，整个控制对象具有大惯性、大时滞和时变的特性，而且运行參数约束值随水泥型号、物料等因素变化而变化，因此现有自动控制方法难以满足连续稳定自动投运控制要求。当前在控制系统设计时自动化控制和人工控制相对独立，由于自动化控制系统无法满足大惯性、大时滞和时变的特性对控制器的要求，所以基本废弃不用，为此设计具有操作人员在线可指导的控制器结构，以弥补在生产エ况发生较大变化时自动控制能够连续投运。控制器操作面板设计，參照图1所示。1-操作面板标题栏显示水泥磨存料量控制回路；2-过程值显示区显示为水泥磨存料量测量值0 100% ；3-过程给定值显示输入区，前面显示显示水泥磨存料量给定量当前值0 100%，后边编辑框可以用来修改水泥磨存料量给定值；4-输出控制量显示输入区，前面显示喂料皮带秤流量控制指令的当前值0-200t/h，后边编辑框可以用来修改喂料皮带秤流量控制输出；5-在线指导允许切換按钮，用来切換在线指导允许或者禁止，指示灯亮时显示当前处于在线指导允许状态；6-自动方式切換按钮，按下切換到自动方式，指示灯亮时显示当前处于自动状态；7-手动方式切換按钮，按下切換到手动方式，指示灯量时显示当前处于手动状态；8-给定值增减按钮， 增按钮每按下一次增加存料量给定值1%，减按钮每按下一次减少料位给定值;9_输出控制量増大按钮，每按下一次皮带秤流量控制指令増加lt/h，快速增大按钮每按下一次皮带秤流量控制指令増加5t/h，快速减小按钮每按下一次皮带秤流量控制指令减少5t/h，减小按钮每按下一次皮带秤流量控制指令减少lt/h ； 10-过程给定值柱状图对应0 100%， 11-过程值柱状图对应0 100%和12-输出控制量柱状图对应0-200t/h。水泥磨存料量控制器工作于自动模式，水泥磨存料量控制回路控制量由水泥磨存料量増量式PID控制器运算得到。当在线指导模式允许时，操作人员根据运行エ况随时对存料量控制回路控制量进行在线指导。在线指导喂料皮带输出指令优先级高于PID算法输出的喂料皮带输出指令。參考图2所示，首先控制器判断是否存在在线指导控制量修改，如果存在修改则令本周期在线指导喂料皮带输出指令为修改输入量；如果没有修改在线指导喂料皮带输出指令，接着控制系统判断是否存在在线指导喂料皮带输出指令的增减，例如増大、快速增大、快速减小、减小等动作，如果存在修改，则本周期在线指导喂料皮带输出指令为上周期在线指导喂料皮带输出指令与本周期増量或减量的累加。參考图3所示，在本周期在线指导喂料皮带输出指令更新前，控制器计算本周期在线指导喂料皮带输出指令和上周期在线指导喂料皮带输出指令的偏差，如果偏差超过预先设定阀值，取lt/h，则控制器置控制量在线指导状态位为1 ；在本周期在线指导喂料皮带输出指令更新时，控制器判断控制量在线指导状态位的状态，如果控制量在线指导状态位为1，则控制器置喂料皮带输出指令为本周期在线指导喂料皮带输出指令，并复位控制量在线指导状态位为0 ；否则控制器置喂料皮带输出指令为PID算法输出喂料皮带输出指令；最后，控制器计算在线指导喂料皮带输出指令与自动输出喂料皮带输出指令的偏差；计算自动输出喂料皮带输出指令的増量；并置上周期喂料皮带输出指令本为本周期喂料皮带输出指令，本周期PID计算输出值为喂料皮带输出指令。水泥磨存料量控制器工作于串级模式，水泥磨存料量控制回路给定量来自于上级 PID模块输出。当在线指导模式允许时，操作人员根据运行エ况随时对存料量控制回路给定量进行在线指导，在线指导控制算法把根据在线指导给定量修改控制回路给定量，并将在线指导给定量与串级远程给定量的偏差、串级远程给定量的増量返回给上级PID模块，以用来修正下周期的PID基准值。參考图4所示，首先，控制器判断是否存在在线指导存料量给定量修改动作，如果存在修改则令本周期在线指导存料量给定量为修改输入量；如果没有在线指导给定量修改，接着控制器判断是否存在在线指导存料量给定量的增减动作，如果存在修改则令本周期在线指导存料量给定量为上周期在线指导存料量给定量与本周期增减量的累加。參考图5所示，在存料量给定量更新前，控制器计算本周期在线指导存料量给定量和上周期在线指导存料量给定量的偏差，如果偏差超过预先设定阀值，取1 %，则控制器置料位给定量在线指导状态位为1 ；在存料量给定量更新时，控制器判断给定量在线指导状态位的状态，如果给定量在线指导状态位为1，则控制器置存料量给定量为在线指导存料量给定量，并复位存料量给定量在线指导状态位为O ；否则控制器置存料量给定量为上级PID输出的存料量给定量， 控制器把存料量给定量反馈到上级PID回路，并更新上级PID回路控制增量式计算的基准值；控制系器计算在线指导存料量给定量与上级PID输出给定量的偏差；控制器计算上级PID输出给定量的増量；并置上周期存料量给定量在线指导值为本周期存料量给定量，井置上周期上级PID输出量为本周期存料量给定量。本发明自动控制方法能够完成修改不同模式下的控制输出量和回路给定量，实现在线操作指导或人工优先干预，避免在自动模式时因修改控制量需要进行的手自动切換操作；避免在串级控制时因修改给定量需要进行的切換操作。
水泥磨存料量在线指导控制系统运行后，能够长期运行于自动、串级模式，即使在水泥生产状况发生比较大的情況，仅需操作人员进行在线指导调整，减轻了操作人员运行、 劳动强度；另外，通过人工指导，提高了自动控制系统的动态响应速度，增强了系统的稳定性，提高了水泥生产的效率，而且充分发挥了了人工操作经验的优势和计算机控制连续实时的优势。
权利要求
1.一种在线指导自动控制方法，基于控制器来实现，包括自动模式或串级模式，其特征在于在自动模式下，控制系统根据在线指导控制量ue(k)修改控制量u(k)，控制系统输出在线指导控制量ue(k)与自动输出控制量uA (k)的偏差Aum (k)，以及自动输出控制量uA (k) 的增量AuA(k)；在串级模式下，控制系统根据在线指导给定量re(k)修改给定量r(k)，控制系统输出在线指导给定量re(k)与串级远程给定量r。(k)的偏差，以及串级远程给定量r。(k) 的增量Arc(k)0
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于在所述自动模式下，在线指导控制量re (k)优先级高于自动输出控制量uA (k)，为了实现控制系统根据在线指导控制量ue(k) 修改控制量u(k)，控制系统输出在线指导控制量ue(k)与自动输出控制量uA(k)的偏差 Δ ueA (k)，以及自动输出控制量uA (k)的增量△ uA (k)，按下述步骤进行:步骤1 控制系统实时捕捉控制量在线指导动作，如果发生控制量在线指导动作，则控制系统保存在线指导控制量ue (k)；步骤2:在控制量u(k)更新前，控制系统计算本周期在线指导控制量ue(k)和上周期在线指导控制量ue(k-Ι)的偏差，如果偏差超过预先设定阀值δυ，δ 为控制量范围的 0. 5-10%，则控制系统置控制量在线指导状态位为1 ；步骤3:在控制量u (k)更新时，控制系统判断控制量在线指导状态位(Su的状态，如果控制量在线指导状态位(^ 为1，则控制系统置控制量u (k)为在线指导控制量ue (k)，并复位控制量在线指导状态位(^ 为0;否则控制系统置控制量u (k)为自动输出控制量uA (k)； 步骤4 控制系统计算在线指导控制量与自动输出控制量的偏差Δ Uga (k) = uG (k) -Ua (k)；步骤5:控制系统计算自动输出控制量的增量AuA(k) =uA(k)-uA(k-l)； 步骤 6:控制系统置 ue (k-1) = u(k)，uA(k-l) =u(k)。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于在所述串级模式下，在线指导给定量re(k)优先级高于串级远程给定量r。(k)，为了实现控制系统根据在线指导给定量re(k) 修改给定量r(k)，控制系统输出在线指导给定量re(k)与串级远程给定量r。(k)的偏差 Arec(k)，以及串级远程给定量rc(k)的增量ΔαΟΟ，按下述步骤进行步骤1 控制系统实时捕捉给定量在线指导动作，如果发生给定量在线指导动作，则控制系统保存在线指导给定量re(k)；步骤2:在给定量r(k)更新前，控制系统计算本周期在线指导给定量re(k)和上周期在线指导给定量re(k-l)的偏差，如果偏差超过预先设定阀值δκ，δ 给定量范围的 0. 5-20%，则控制系统置给定量在线指导状态位为1 ；步骤3:在给定量r(k)更新时，控制系统判断给定量在线指导状态位《^的状态，如果给定量在线指导状态位。^为1，则控制系统置给定量r(k)为在线指导给定量re(k)，并复位给定量在线指导状态位为O ；否则控制系统置给定量r(k)为串级远程给定量r。(k)， 控制系统把给定量r(k)反馈到上级回路，并更新上级回路调节基准值； 步骤4 控制系统计算在线指导给定量与串级远程给定量的偏差 ArGC(k) = rG (k) -rc (k)；步骤5:控制系统计算串级远程给定量的增量Arc(k) =rc(k)-rc(k-l)； 步骤 6:控制系统置 re(k-l) =r(k),rc(k-l) =r(k)。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于在串级模式下实现在线指导给定量， 如果串级回路给定量来自于上级具有在线指导功能控制器的输出，则对于给定量的在线指导可以通过上级具有在线指导功能控制器的控制量输出在线指导实现；如果串级回路给定量来自于上级其他算法输出，则要求上级算法控制输出具有增量计算特征，即本周期输出结果为本周期基准值与本周期增量值的累加值。
全文摘要
本发明公开了一种在线指导自动控制方法，在自动模式下，控制系统根据在线指导控制量uG(k)修改控制量u(k)，控制系统输出在线指导控制量uG(k)与自动输出控制量uA(k)的偏差ΔuGA(k)，以及自动输出控制量uA(k)的增量ΔuA(k)；在串级模式下，控制系统根据在线指导给定量rG(k)修改给定量r(k)，控制系统输出在线指导给定量rG(k)与串级远程给定量rC(k)的偏差ΔrGC(k)，以及串级远程给定量rC(k)的增量ΔrC(k)。本发明应用于自动控制领域，能够完成修改不同模式下的控制输出量和回路给定量，实现在线操作指导或人工优先随时干预，避免在自动模式时因修改控制量需要进行的手自动切换操作；避免在串级控制时因修改给定量需要进行的切换操作。
文档编号G05B13/04GK102540888SQ201110456219
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者崔栋刚, 徐光华 申请人:西安交通大学