一种可提高pid控制速度和精度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制领域，尤其是一种可提高PID控制速度和精度的方法。
【背景技术】
[0002]在自动控制系统中，PID控制器是最常用的控制器。PID控制器根据给定值与反馈值构成偏差值，将偏差值的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
[0003]现在的PID控制方法存在以下的不足之处:对于比例增益系数来说，在普通的PID数字控制器中比例增益系数起到的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。比例增益系数越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但容易产生超调，甚至会导致系统的不稳定；比例增益系数取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，是系统静态、动态特征变坏。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是一种提供响应速度快且超调小的可提高PID控制速度和精度的方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步骤:
A、PID控制器开始工作时，每隔100毫秒对PID控制器中的比例增益系数(GAIN)调整一次;
B、比例增益系数(GAIN)的调整过程，是将比例增益系数(GAIN)由大到小递减的规律调整；
C、在对比例增益系数(GAIN)进行调整的同时也要分别对输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值(LMN_LLM)进行调整；
D、输出上限值(LMN_HLM)与输出下限值(LMN_LLM)的调整过程，是输出上限值与输出下限值的差值由大到小递减。
[0006]进一步的是，所述步骤B中比例增益系数(GAIN)的调整输入值通过以下步骤得到:
1)首先给定值(SP_INT)与反馈值(PV_IN)的偏差绝对值除以120得到中间变量；
2)然后对中间变量进行判定，当中间变量大于6.0时取6.0，否则就保持不变；
3)最后将判定后的中间变量加上1.45得到PID控制器中此调整周期内比例增益系数(GAIN)。
[0007]进一步的是，所述步骤C中输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值(LMN_LLM)调整输入值通过以下步骤得到:
(1)首先给定值(SP_INT)与反馈值(PV_IN)的偏差绝对值除以120得到中间变量；
(2)然后对中间变量进行判定，当中间变量大于6.0时取6.0，否则就保持不变； (3)将判定后的中间变量加上50.0得到PID控制器的输出上限值(LMN_HLM)，中间变量减去50.0得到PID控制器的输出下限值(LMN_LLM)。
[0008]本发明具有以下优点:在提高了响应速度的同时也提高了精度作用，且减少了超调量；也避免输出值长时间停留在饱和区，改善了系统的动态影响，一定程度地消除了外部干扰，以及消除由于频繁动作引起的震荡。
【附图说明】
[0009]图1是现有PID控制器的控制原理示意图；
图2是本发明所提供的PID控制器调整流程示意图。
[0010]图中所示:r(t)表示设定值，c(t)表示实际值，e(t)表示偏差值，u(t)表示输出值。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]如图1所示，PID控制器根据给定值与反馈值之差构成偏差值，将偏差值经比例、积分和微分运算后通过线性组合构成输出值，并对被控对象进行控制。PID控制器，由比例单元P、积分单元1、和微分单元D组成，通过比例增益系数、积分系数、微分系数这三个参数的设定来调整PID控制器的输出值。
[0013]而比例增益系数的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度，比例增益系数越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但容易产生超调，甚至会导致系统不稳定；比例增益系数取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态，动态特性变坏。积分系数的作用是消除系统的稳态误差，积分系数越大，系统的静态误差消除越快，但若过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。若积分系数过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度，系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无，而在偏差小时则应加强(积分分离，梯形积分，变速积分，抗积分饱和)；积分系数取大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又迟迟不能消除静差。微分系数作用是改善系统的动态特性，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报；但微分系数过大，会使响应过程提前制动，从而延长调节时间，而且会降低系统的抗干扰性能，微分信号的引入容易引进高频干扰，在误差扰动突变时尤其显出微分项的不足。
[0014]实施例1
一种可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步骤:
A、PID控制器开始工作时，每隔100毫秒对PID控制器中的比例增益系数(GAIN)调整一次;
B、比例增益系数(GAIN)的调整过程，是将比例增益系数(GAIN)由大到小递减的规律调整；
C、在对比例增益系数(GAIN)进行调整的同时也要分别对输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值(LMN_LLM)进行调整；
D、输出上限值(LMN_HLM)与输出下限值(LMN_LLM)的调整过程，是输出上限值与输出下限值的差值由大到小递减。
[0015]如图2所示，其中GAIN表示比例增益系数，LMN_HLM表示输出上限值、LMN_LLM表示输出下限值，SP_INT表示给定值，PV_IN表示反馈值。
[0016]PID控制器开始工作之前都会输入给定值，而实际值为反馈值，将给定值减去反馈值得到误差值，误差值取绝对值得到误差绝对值。上述方法中不同的地方是每隔100毫秒都对比例增益系数、输出上限值、输出下限值进行调整，且比例增益系数刚开始是升大的，这样直接减少过程变量值到达设定值时的响应时间；且后比例增益系数减少，可以提高系统的调节精度并使得系统约稳定。
[0017]实施例2
一种可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步骤:
A、PID控制器开始工作时，每隔100毫秒对PID控制器中的比例增益系数调整一次；
B、在比例增益系数的调整过程中，需要通过计算得到比例增益系数的输入值；
C、首先给定值(SP_INT)与反馈值(PV_IN)的偏差绝对值除以120得到中间变量；
D、然后对中间变量进行判定，当DIV_Data大于6.0时取6.0，否则就保持不变；
E、最后将判定后的中间变量加上1.45得到PID控制器中此调整周期内比例增益系数(GAIN)；
F、在对比例增益系数(GAIN)进行调整的同时也要分别对输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值(LMN_LLM)进行调整；
G、输出上限值(LMN_HLM)与输出下限值(LMN_LLM)的调整过程，是输出上限值与输出下限值的差值由大到小递减。
[0018]上述方法中即提高了响应速度且确保了精度，也根据误差绝对值的大小来确定比例增益系数的大小，更加精确的提高响应速度。如图2所示，图中GAIN为比例增益系数输入，QLMN_HLM为输出上限值，QLMN_LLM为输出下限值。
[0019]实施例3
一种可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步骤:
A、PID控制器开始工作时，每隔100毫秒对PID控制器中的比例增益系数调整一次；
B、在比例增益系数的调整过程中，需要通过计算得到比例增益系数的输入值；
C、首先给定值(SP_INT)与反馈值(PV_IN)的偏差绝对值除以120得到中间变量；
D、然后对中间变量进行判定，当中间变量大于6.0时取6.0，否则就保持不变；
E、最后将判定后的中间变量加上1.45得到PID控制器中此调整周期内比例增益系数(GAIN)；
F、在对比例增益系数(GAIN)进行调整的同时也要分别对输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值(LMN_LLM)进行调整，将判定后的中间变量加上50.0得到PID控制器的输出上限值(LMN_HLM)，中间变量减去50.0得到PID控制器的输出下限值(LMN_LLM)；
G、将上述计算得到的比例增益系数(GAIN)、输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值输入(LMN_LLM)。
[0020]该方法不仅对比例增益系数(GAIN)进行调整，还对输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值输入(LMN_LLM) —起进行调整，可以进一步的确保调整精度。
【主权项】
1.一种可提高PID控制速度和精度的方法，其特征在于:包括以下步骤； A、PID控制器开始工作时，每隔100毫秒对PID控制器中的比例增益系数(GAIN)调整一次; B、比例增益系数(GAIN)的调整过程，是将比例增益系数(GAIN)由大到小递减的规律调整； C、在对比例增益系数(GAIN)进行调整的同时也要分别对输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值(LMN_LLM)进行调整； D、输出上限值(LMN_HLM)与输出下限值(LMN_LLM)的调整过程，是输出上限值与输出下限值的差值由大到小递减。2.如权利要求1所述的一种可提高PID控制速度和精度的方法，其特征在于:所述步骤B中比例增益系数(GAIN)的调整输入值通过以下步骤得到: 1)首先给定值(SP_INT)与反馈值(PV_IN)的偏差绝对值除以120得到中间变量； 2)然后对中间变量进行判定，当中间变量大于6.0时取6.0，否则就保持不变； 3)最后将判定后的中间变量加上1.45得到PID控制器中此调整周期内比例增益系数(GAIN)。3.如权利要求1或2所述的一种可提高PID控制速度和精度的方法，其特征在于:所述步骤C中输出上限值(LMN_HLM)、输出下限值(LMN_LLM)调整输入值通过以下步骤得到: (1)首先给定值(SP_INT)与反馈值(PV_IN)的偏差绝对值除以120得到中间变量； (2)然后对中间变量进行判定，当中间变量大于6.0时取6.0，否则就保持不变； (3)将判定后的中间变量加上50.0得到PID控制器的输出上限值(LMN_HLM)，中间变量减去50.0得到PID控制器的输出下限值(LMN_LLM)。
【专利摘要】本发明涉及自动控制领域，尤其是一种可提高PID控制速度和精度的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种响应速度快且超调小的可提高PID控制速度和精度的方法，包括以下步骤：A、PID控制器开始工作时，每隔1100毫秒对PID控制器中的比例增益系数调整一次；B、比例增益系数的调整过程，是将比例增益系数由大到小递减的规律调整；C、在对比例增益系数进行调整的同时也要分别对输出上限值、输出下限值进行调整；D、输出上限值与输出下限值的调整过程，是输出上限值与输出下限值的差值由大到小递减。本发明具有以下优点：在提高控制响应速度的同时也提高了控制精度，减少了超调量；改善了系统的动态响应，消除由于频繁动作引起的震荡。
【IPC分类】G05B11/32
【公开号】CN104950666
【申请号】CN201510375511
【发明人】王其军
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年7月1日