专利名称：模型驱动pid控制方法及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动控制领域，尤其涉及模型驱动比例-积分-微分(PID)控制方法及控制装置。
背景技术：
PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。该控制器把收集到的被控对象的状态值和一个参考值进行比较，得出一个差值，然后根据该差值计算控制信号，以控制信号控制被控对象所在的系统，从而使被控对象在控制信号的作用下达到或者保持在参考值。以使用PID控制器为核心的控制方法在工业自动控制领域中由于有着广泛的应用。发明人对现有技术进行研究发现，当使用现有的PID控制器控制具有大时延、大惯性特征的被控对象时，如果被控对象接收到一个阶跃扰动，即便采用效果最好的1/4衰减法作为整定方法设置PID参数，被控对象的状态值也需要经过四个半波的震荡才能与理想值相吻合。由于被控对象发生震荡，会影响被控对象所在系统的稳定性，所以使用现有PID控制方法对具有大时延、大惯性特征的被控对象进行控制时存在被控对象不稳定的问题。
发明内容
本发明实施例提供了模型驱动PID控制方法及控制装置，以解决现有PID控制方式在对具有大时延、大惯性特征的被控对象进行控制时被控对象不稳定的问题。一方面，本发明实施例提供了一种模型驱动PID控制方法，该方法包括:获取被控对象的状态值；将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号；根据所述缩放信号和作为正反馈的反馈信号生成输入信号，所述反馈信号由反馈装置以所述输入信号为输入生成，所述反馈装置的控制模型是所述被控对象的理想模型；根据所述输入信号和作为负反馈的补偿信号生成控制信号，所述补偿信号由补偿装置以所述状态值为输入生成，所述补偿装置用于对所述被控对象进行补偿，经过所述补偿装置补偿后的所述被控对象的控制模型与所述理想模型之间成比例关系；根据所述控制信号控制所述被控对象。结合一方面，在第一种可能的实现方式中，所述获取被控对象的状态值具体为:获取被控锅炉的主蒸汽压力；所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为:将所述主蒸汽压力和预设压力之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入；所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为:根据所述控制信号控制被控锅炉的燃料量，从而控制所述主蒸汽压力。结合一方面，在第二种可能的实现方式中，所述获取被控对象的状态值具体为:获取被控锅炉的主蒸汽温度；所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为:将所述主蒸汽温度和预设温度之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入；所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为:根据所述控制信号控制被控锅炉的减温水量，从而控制所述主蒸汽温度。结合一方面、一方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式,在第三种 可能的实现方式中，所述比例系数为K。；所述反馈装置的控制模型具体为e/(1+Tis)其中s
为所述反馈装置的输入信号，Lc, Ti为所述反馈装置的参数；所述补偿装置的控制模型具体为:Kf (l+TfS)，其中S为所述补偿装置的输入信号，Kf，Tf为所述补偿装置的参数；所述比例系数K。、所述反馈装置的参数L。，Ti,及补偿装置的参数Kf，Tf都根据所述被控对象的动态特征试验数据进行参数计算生成。结合一方面、一方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，在所述获取被控对象的状态值之后还包括:根据所述状态值判断所述被控对象是否在可控制范围内；所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为:当所述被控对象在可控制范围内时，将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号。结合一方面、一方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式、第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，在根据所述控制信号控制所述被控对象之前还包括:分析所述控制信号的变化趋势；当调门全开且所述控制信号有减小趋势时对所述控制信号进行闭减生成闭锁信号，或者，当调门全关且所述控制信号有增大趋势时对所述控制信号进行闭增生成闭锁信号。所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为:根据所述闭锁信号控制所述被控对象。另一方面，本发明实施例还提供了一种模型驱动PID控制装置，该装置包括:获取单元，用于获取被控对象的状态值；缩放单元，用于将所述获取单元获取到的所述状态值和所述理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号；反馈单元，用于根据所述缩放单元生成的缩放信号和作为正反馈的反馈信号生成输入信号，所述反馈信号由反馈装置以所述输入信号为输入生成，所述反馈装置的控制模型是所述被控对象的理想模型；补偿单元，用于根据所述反馈单元生成的输入信号和作为负反馈的补偿信号生成的控制信号，所述补偿信号由补偿装置以所述控制信号为输入生成，所述补偿装置用于对所述被控对象进行补偿，经过所述补偿装置补偿后的所述被控对象的控制模型与所述理想模型之间成比例关系；控制单元，用于根据所述补偿单元生成的所述控制信号控制所述被控对象。结合另一方面，在第一种可能的实现方式中，所述获取单元，具体用于获取被控锅炉的主蒸汽压力；所述缩放单元，具体用于将所述获取单元获取的所述主蒸汽压力和预设的主蒸汽压力之间的偏差按照预，定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入；所述控制单元，具体用于根据所述控制信号控制被控锅炉的燃料量，从而控制所述主蒸汽压力。结合另一方面，在第二种可能的实现方式中，所述获取单元，具体用于获取被控锅炉的主蒸汽温度；所述缩放单元，具体用于将所述获取单元获取的所述主蒸汽温度和预设的主蒸汽温度之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入；所述控制单元，具体用于根据所述控制信号控制被控锅炉的减温水量，从而控制所述主蒸汽温度。结合另一方面、另一方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述缩放单元的比例系数为K。；所述反馈单元的反馈装置的控制模型具体为
权利要求
1.一种模型驱动比例-积分-微分PID控制方法，其特征在于，所述方法包括: 获取被控对象的状态值； 将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号； 根据所述缩放信号和作为正反馈的反馈信号生成输入信号，所述反馈信号由反馈装置以所述输入信号为输入生成，所述反馈装置的控制模型是所述被控对象的理想模型； 根据所述输入信号和作为负反馈的补偿信号生成控制信号，所述补偿信号由补偿装置以所述状态值为输入生成，所述补偿装置用于对所述被控对象进行补偿，经过所述补偿装置补偿后的所述被控对象的控制模型与所述理想模型之间成比例关系； 根据所述控制信 号控制所述被控对象。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述获取被控对象的状态值具体为:获取被控锅炉的主蒸汽压力； 所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为:将所述主蒸汽压力和预设压力之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号； 所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为:根据所述控制信号控制被控锅炉的燃料量，从而控制所述主蒸汽压力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述获取被控对象的状态值具体为:获取被控锅炉的主蒸汽温度； 所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为:将所述主蒸汽温度和预设温度之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号； 所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为:根据所述控制信号控制被控锅炉的减温水量，从而控制所述主蒸汽温度。
4.如权利要求1至3任意一项权利要求所述的方法，其特征在于， 所述比例系数为Kc ； LcS 所述反馈装置的控制模型具体为^，其中S为所述反馈装置的输入信号，LyTi为 I H- XiS所述反馈装置的参数； 所述补偿装置的控制模型具体为:Kf (l+TfS)，其中S为所述补偿装置的输入信号，Kf，Tf为所述补偿装置的参数。
5.如权利要求1至4任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述获取被控对象的状态值之后还包括: 根据所述状态值判断所述被控对象是否在可控制范围内； 所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为: 当所述被控对象在可控制范围内时，将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号。
6.如权利要求1至5任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在根据所述控制信号控制所述被控对象之前还包括: 分析所述控制信号的变化趋势； 当调门全开且所述控制信号有减小趋势时对所述控制信号进行闭减生成闭锁信号，或者，当调门全关且所述控制信号有增大趋势时对所述控制信号进行闭增生成闭锁信号；所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为:根据所述闭锁信号控制所述被控对象。
7.—种模型驱动PID控制装置，其特征在于，所述控制装置包括: 获取单元，用于获取被控对象的状态值； 缩放单元，用于将所述获取单元获取到的所述状态值和所述理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号； 反馈单元，用于根据所述缩放单元生成的缩放信号和作为正反馈的反馈信号生成输入信号，所述反馈信号由反馈装置以所述输入信号为输入生成，所述反馈装置的控制模型是所述被控对象的理想模型； 补偿单元，用于根据所述反馈单元生成的输入信号和 作为负反馈的补偿信号生成的控制信号，所述补偿信号由补偿装置以所述控制信号为输入生成，所述补偿装置用于对所述被控对象进行补偿，经过所述补偿装置补偿后的所述被控对象的控制模型与所述理想模型之间成比例关系； 控制单元，用于根据所述补偿单元生成的所述控制信号控制所述被控对象。
8.如权利要求7所述的PID控制装置，其特征在于， 所述获取单元，具体用于获取被控锅炉的主蒸汽压力； 所述缩放单元，具体用于将所述获取单元获取的所述主蒸汽压力和预设的主蒸汽压力之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入； 所述控制单元，具体用于根据所述控制信号控制被控锅炉的燃料量，从而控制所述主蒸汽压力。
9.如权利要求7所述的PID控制装置，其特征在于， 所述获取单元，具体用于获取被控锅炉的主蒸汽温度； 所述缩放单元，具体用于将所述获取单元获取的所述主蒸汽温度和预设的主蒸汽温度之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入； 所述控制单元，具体用于根据所述控制信号控制被控锅炉的减温水量，从而控制所述主蒸汽温度。
10.如权利要求7至9任意一项权利要求所述的PID控制装置，其特征在于， 所述缩放单元的比例系数为Kc ； P-LcS 所述反馈单元的反馈装置的控制模型具体为:--其中S为所述反馈装置的输入 I + T；S信号，Lc, Ti为所述反馈装置的参数； 所述补偿单元的补偿装置的控制模型具体为:Kf(l+TfS)，其中S为所述补偿装置的输入信号，Kf, Tf为所述补偿装置的参数。
11.如权利要求7至10任意一项权利要求所述的PID控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括:判断单元，用于根据所述状态值判断所述被控对象是否在可控制范围内； 所述缩放单元，具体用于当经过所述判断单元的判断，所述被控对象在可控制范围内时，将所述获取单元获取到的所述状态值和所述理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号。
12.如权利要求7至11任意一项权利要求所述的PID控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括: 分析单元，用于分析所述补偿单元生成的所述控制信号的变化趋势； 闭锁单元，用于当调门全开且经过所述分析单元的判断，所述控制信号有减小趋势时，对所述控制信号进行闭减生成闭锁信号；或者，当调门全关且经过所述分析单元的判断，所述控制信号有增大趋势时，对所述控制信号进行闭增生成闭锁信号； 所述控制单元，具 体用于根据所述闭锁单元生成的所述闭锁信号控制所述被控对象。
全文摘要
本发明实施例提供了模型驱动PID控制方法及控制装置。所述控制方法包括获取被控对象的状态值；将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号；根据所述缩放信号和作为正反馈的反馈信号生成输入信号；根据所述输入信号和作为负反馈的补偿信号生成控制信号；根据所述控制信号控制所述被控对象。所述模型驱动PID控制装置包括获取单元，缩放单元，反馈单元，补偿单元，控制单元。本发明提供的模型驱动PID控制方法及控制装置，不但可以缩短被控对象调整所需要的时间，而且可以消除调整过程中被控对象的震荡，使被控对象更加稳定。
文档编号G05B11/42GK103197536SQ20131007825
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者金生祥, 谷中和, 张奇, 杨勇, 王琪, 李前宇, 王潇, 刘治, 李远澄, 李振华, 赵岩, 王力彪, 刘玉龙, 陈海文, 范双利, 程峰, 康鹏, 王建峰, 廉旭刚, 秦浩宇 申请人:北京源深节能技术有限责任公司