一种控制器参数的调整方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种控制器参数的调整方法和装置，该方法首先获取被控对象在多个状态下的多个传递函数，进而获取控制系统的多个传递函数，并依次从控制系统的多个传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数。根据控制器的预设参数和待分析传递函数，对控制系统仿真，并根据仿真结果判断该预设参数是否满足设定的控制要求。若预设参数不满足要求，则以预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，获得另外一组控制器参数。当控制系统的所有传递函数均被作为待分析传递函数，且所获得的控制器参数均满足控制要求时，则将所获得的控制器参数确定为控制器的最终参数。
【专利说明】—种控制器参数的调整方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制领域，尤其是涉及一种控制器参数的调整方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着工业的发展，控制系统逐渐应用到各个领域。控制系统主要包括:控制器和被控对象。控制器根据控制指令以及被控对象当前的状态，对被控对象进行调节。
[0003]为了使控制系统达到预设的控制要求，比如:保证被控对象的响应时间和超调量在预设的范围内，在设计控制器时，需要根据被控对象当前的状态，来设置控制器的参数，以使满足控制系统的控制要求。
[0004]然而，在实际应用中，被控对象的状态是变化的，当被控对象的状态发生改变后，原先设置好的控制器参数并不一定能够使控制系统满足控制要求。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供一种控制器参数的调整方法和装置，以使控制器的参数在被控对象不同状态下均满足控制要求。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种控制器参数的调整方法，应用于设置所述控制器的控制系统，包括:
[0008]A:获取被控对象在多个状态下分别对应的多个传递函数；
[0009]B:根据所述被控对象的多个传递函数，获取由所述控制器和所述被控对象所构成的控制系统的多个传递函数，并从所述控制系统的多个传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数；
[0010]C:根据所述控制器的预设参数和所述待分析传递函数，对所述控制系统进行仿真，并根据仿真结果判断所述控制器的预设参数是否满足设定的控制要求；
[0011]D:当所述预设参数不满足所述控制要求时，根据预设的寻优规则、所述仿真结果和所述控制要求，以所述预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数，将所述另外一组参数作为所述预设参数，返回执行所述步骤C ；
[0012]E:当所述预设参数满足所述控制要求时，判断所述控制系统的多个传递函数是否均已被作为所述待分析传递函数，如果是，则将所述预设参数设定为所述控制器的最终参数；如果否，则从未被作为所述待分析传递函数的所述控制系统的传递函数中，选取一个传递函数作为待分析传递函数，返回执行所述步骤C。
[0013]优选的，所述根据预设的寻优规则、所述仿真结果和所述控制要求，以所述预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算之前还包括:
[0014]根据所述被控对象的类型，预先设置寻优规则。
[0015]另一方面，本发明还提供了一种控制器参数的调整装置，所述装置包括:
[0016]信息采集单元，用于获取被控对象在多个状态下分别对应的多个传递函数；
[0017]第一目标函数确定单元，用于根据所述被控对象的多个传递函数，获取由所述控制器和所述被控对象所构成的控制系统的多个传递函数，并从所述控制系统的多个传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数；
[0018]仿真单元，用于根据所述控制器的预设参数和所述待分析传递函数，对所述控制系统进行仿真；
[0019]第一判断单元，用于根据所述仿真单元的仿真结果判断所述控制器的预设参数是否满足设定的控制要求；
[0020]参数寻优单元，用于当所述第一判断单元的判断结果为否时，根据预设的寻优规贝U、所述仿真结果和所述控制要求，以所述预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数，并将所述另外一组参数作为所述预设参数，发送至所述仿真单元；
[0021]第二判断单元，用于当所述第一判断单元的判断结果为是时，判断所述控制系统的多个传递函数是否均已被作为所述待分析传递函数；
[0022]参数设定单元，用于当所述第二判断单元的判断结果为是时，将所述预设参数设定为所述控制器的最终参数；
[0023]第二目标函数确定单元，用于当所述第二判断单元的判断结果为否时，从未被作为所述待分析传递函数的所述控制系统的传递函数中，选取一个传递函数作为待分析传递函数，并将所述待分析传递函数发送至所述仿真单元。
[0024]优选的，所述装置还包括:规则保存单元，用于保存根据所述被控对象的类型预先设置的寻优规则。
[0025]与现有技术相比，本发明提供了一种控制器参数的调整方法和装置，该方法首先获取被控对象的多个状态下的传递函数，并根据被控对象的多个传递函数，获取由控制器的被控对象组成的控制系统的多个传递函数，其中，被控对象的多个传递函数与控制系统的多个传递函数一一对应。进而，从控制系统的多个传递函数中，选取一个传递函数作为待分析传递函数。根据控制器的预设参数和待分析传递函数，对控制系统仿真，并根据仿真结果判断该预设参数是否满足设定的控制要求。当该预设参数不满足控制要求时，以预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数。进而，将该组参数作为预设参数，判断该组参数作为预设参数时是否满足控制要求。当预设参数满足控制要求时，判断控制系统的多个传递函数是否均已被作为待分析传递函数。若确定控制系统的多个传递函数均已被作为待分析传递函数时，则说明在被控对象处于多个不同状态下，控制器预设参数均满足控制要求，则将该预设参数设定为控制器的最终参数。若确定控制器的多个传递函数并未均被作为待分析传递函数时，则从未被作为待分析传递函数的控制系统的传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数，返回继续仿真操作。这样，假设被控对象在第一状态下，预设参数满足控制要求，而当被控对象处于第二状态下，预设参数不满足控制要求时，采用预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数。由于新得到的另外一组参数以预设参数为基础，而在被控对象处于第一状态下，该预设参数满足控制要求，因而当被控对象处于第二状态下，新得到的另外一组参数满足控制要求时，则可进一步确定在被控对象处于第一状态和第二状态下，新得到的另外一组参数均满足控制要求。进而，则可得到在被控对象处于不同状态下，均满足控制要求的控制器参数。
【专利附图】
【附图说明】[0026]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0027]显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1示出了本发明一种控制器参数的调整方法的一个实施例的流程示意图；
[0029]图2示出了本发明一种控制器参数的调整装置的一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]参见图1示出了本发明一种控制器参数的调整方法的一个实施例的流程示意图。在本实施例中，该方法包括:
[0032]101:获取被控对象在多个状态下分别对应的多个传递函数。
[0033]在控制器对被控对象的控制过程中，被控对象的状态会发生相应的变化，通常采用被控对象的传递函数来表示被控对象的状态。也就是说，被控对象的不同状态分别对应不同的传递函数。
[0034]102:根据被控对象的多个传递函数，获取由控制器和被控对象所构成的控制系统的多个传递函数，并从控制系统的多个传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数。
[0035]控制器根据下发到控制器中的控制指令以及被控对象当前的状态，对被控对象进行调节。比如:在飞行器控制系统，控制器可根据下发到控制器的控制指令，调整飞行器的运行轨迹。当被控对象的状态发生变化时，由控制器和被控对象组成的控制系统的状态也会发生相应的改变。也就是说，控制系统的状态与被控对象的状态对应。在实际应用中，通常采用控制系统的传递函数来表示控制系统所处的状态。因此，控制系统的多个传递函数也就表征了控制系统的多个状态，而控制系统的多个状态分别与被控对象的多个状态对应，这样，控制系统的多个传递函数实际上也分别与被控对象的多个传递函数对应。
[0036]103:根据控制器的预设参数和待分析传递函数对控制系统进行仿真，并根据仿真结果判断控制器的预设参数是否满足设定的控制要求。
[0037]其中，控制器参数与控制器的结构相对应，例如控制器为PID控制器结构，则控制参数包括:比例参数、微分参数和积分参数。具体的，该仿真过程可以采用相应的仿真软件，根据控制器的比例参数、微分参数、积分参数和控制系统的待分析传递函数，对控制系统进行仿真，以判断当控制器的参数为预设参数时，控制系统是否满足预设的控制要求。
[0038]其中，控制系统的控制要求可包含多种控制项目。该控制项目的种类可根据实际生产需要由本领域的人员设定。比如:响应时间、超调量等。
[0039]104:当预设参数不满足控制要求时，根据预设的寻优规则、仿真结果和控制要求，以预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数，将另外一组参数作为预设参数，返回执行步骤103。[0040]该过程为控制器的参数寻优过程，以获得控制器的最优参数。采用预设的寻优规贝U，比如单纯形法、最速下降法等，根据步骤103中的仿真结果和预设的控制要求，以预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算。比如:在预设参数的作用下，被控对象的响应时间为5s,而预设的允许最大响应时间为ls，此时说明控制器的预设参数不满足控制要求。根据被控对象当前的响应时间和预设的允许最大响应时间，采用相应的寻优规则，以预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数。进而，判断该组参数是否满足控制系统的预设要求，直到获得使被控对象的响应时间小于等于预设允许最大响应时间(如Is)的控制器参数。其中，由于步骤103中的仿真过程只是针对控制系统一个状态下的待分析传递函数，因而只能确定在被控对象的相应状态下，所获得的控制器参数满足控制要求。
[0041]105:当预设参数满足所述控制要求时，判断控制系统的多个传递函数是否均已被作为待分析传递函数，如果是，则将预设参数设定为控制器的最终参数；如果否，则从未被作为待分析传递函数的控制系统的传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数，返回执行步骤103。
[0042]当步骤103中判断出预设参数满足控制要求时，同样由于步骤103中的仿真过程只是针对控制系统一个状态下的待分析传递函数，因而该预设参数只是在被控对象相应的状态下满足控制要求。进而，需要判断在被控对象不同状态下，该预设参数是否均满足控制要求。当确定控制系统的多个传递函数均已被作为待处理传递函数进行了处理，也就是说，在被控对象的不同状态下，控制系统的所有传递函数均已执行了仿真和判断该预设参数是否满足控制要求的操作，且在被控对象不同状态下，该预设参数均满足控制要求，则将预设参数设定为控制器的最终参数。当确定并不是所有的传递函数均被作为待处理传递函数时，则从未被作为待处理传递函数中选择一个传递函数，判断在该待处理传递函数对应的状态下，该预设参数是否满足控制要求，直到所述的控制系统的多个传递函数均已作为待处理传递函数。
[0043]与现有技术相比，该方法首先获取被控对象的多个状态下的传递函数，并根据被控对象的多个传递函数，获取由控制器的被控对象组成的控制系统的多个传递函数，其中，被控对象的多个传递函数与控制系统的多个传递函数一一对应。进而，从控制系统的多个传递函数中，选取一个传递函数作为待分析传递函数。根据控制器的预设参数和待分析传递函数，对控制系统仿真，并根据仿真结果判断该预设参数是否满足设定的控制要求。当该预设参数不满足控制要求时，以预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数。进而，将该组参数作为预设参数，判断该组参数作为预设参数时是否满足控制要求。当预设参数满足控制要求时，判断控制系统的多个传递函数是否均已被作为待分析传递函数。若确定控制系统的多个传递函数均已被作为待分析传递函数时，则说明在被控对象处于多个不同状态下，控制器预设参数均满足控制要求，则将该预设参数设定为控制器的最终参数。若确定并不是所有的传递函数均被作为待分析传递函数时，则从未被作为待分析传递函数的传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数，返回继续仿真操作。这样，假设被控对象在第一状态下，预设参数满足控制要求，而当被控对象处于第二状态下，预设参数不满足控制要求时，采用预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数。由于新得到的另外一组参数以预设参数为基础，而在被控对象处于第一状态下，该预设参数满足控制要求，因而当被控对象处于第二状态下，新得到的另外一组参数满足控制要求时，则可进一步确定在被控对象处于第一状态和第二状态下，新得到的另外一组参数均满足控制要求。进而，则可得到在被控对象处于不同状态下，均满足控制要求的控制器参数。
[0044]需要说明的是，在实际操作过程中，为了避免上述的循环执行操作成为死循环，通常为被控对象的多个传递函数设定状态标志位，以表示是否对该传递函数进行了上述的循环操作，比如:将被控对象的传递函数进行循环操作前的标志位设定为0，进行循环操作后的标志位设定为I。这样，当确定控制系统所有的传递函数均进行了循环操作时，即控制系统的所有传递函数的标志位均为I时，则退出上述的循环过程。
[0045]进一步，在设置寻优规则时，可以从现有的寻优规则中选择合适一个作为预设的寻优规则，比如单纯形法，优选的，可根据被控对象的类型，选择适合被控对象的寻优规则。
[0046]进一步，对应本发明一种控制器参数的调整方法，本发明还公开了一种控制器参数的调整装置。参见图2示出了本发明一种控制器参数的调整装置的一个实施例的结构示意图。在本实施例中，该装置包括:
[0047]信息采集单元21，用于获取被控对象在多个状态下分别对应的多个传递函数。
[0048]第一目标函数确定单元22，用于根据所述被控对象的多个传递函数，获取由所述控制器和所述被控对象所构成的控制系统的多个传递函数，并从所述控制系统的多个传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数。
[0049]仿真单元23，用于根据所述控制器的预设参数和所述待分析传递函数，对所述控制系统进行仿真。
[0050]第一判断单元24，用于根据所述仿真单元23的仿真结果，判断所述控制器的预设参数是否满足设定的控制要求。当第一判断单元24判断出控制器的预设参数不满足设定的控制要求时，则执行参数寻优单元25的操作；当第一判断单元24判断出控制器的预设参数满足设定的控制要求时，则执行第二判断单元26的操作。
[0051]参数寻优单元25，用于根据预设的寻优规则、所述计算结果和所述控制要求，以所述预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数，并将所述另外一组参数作为所述预设参数，发送至所述仿真单元23。
[0052]第二判断单元26，用于判断所述多个传递函数是否均已被作为所述待分析传递函数。当第二判断单26判断出控制系统的所有传递函数均已被作为待分析传递函数时，则执行参数设定单元27的操作；当第二判断单元26判断出控制系统的传递函数并未均被作为待分析传递函数时，则执行第二目标函数确定单元28的操作。
[0053]参数设定单元27，用于将所述预设参数设定为所述控制器的最终参数。
[0054]第二目标函数确定单元28，用于从未被作为所述待分析传递函数的传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数，并将所述待分析传递函数发送至所述仿真单元23。
[0055]进一步，在上述实施例中，该装置还包括:规则保存单元，用于保存根据所述被控对象的类型预先设置的寻优规则。
[0056]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种控制器参数的调整方法，应用于设置所述控制器的控制系统，其特征在于，包括: A:获取被控对象在多个状态下分别对应的多个传递函数； B:根据所述被控对象的多个传递函数，获取由所述控制器和所述被控对象所构成的控制系统的多个传递函数，并从所述控制系统的多个传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数，其中，所述被控对象的多个传递函数与所述控制系统的多个传递函数一一对应； C:根据所述控制器的预设参数和所述待分析传递函数，对所述控制系统进行仿真，并根据仿真结果判断所述控制器的预设参数是否满足设定的控制要求； D:当所述预设参数不满足所述控制要求时，根据预设的寻优规则、所述仿真结果和所述控制要求，以所述预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数，将所述另外一组参数作为所述预设参数，返回执行所述步骤C ； E:当所述预设参数满足所述控制要求时，判断所述控制系统的多个传递函数是否均已被作为所述待分析传递函数，如果是，则将所述预设参数设定为所述控制器的最终参数；如果否，则从未被作为所述待分析传递函数的所述控制系统的传递函数中，选取一个传递函数作为待分析传递函数，返回执行所述步骤C。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的寻优规则、所述仿真结果和所述控制要求，以所述预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算之前还包括: 根据所述被控对象的类型，预先设置寻优规则。
3.—种控制器 参数的调整装置，其特征在于，所述装置包括: 信息采集单元，用于获取被控对象在多个状态下分别对应的多个传递函数； 第一目标函数确定单元，用于根据所述被控对象的多个传递函数，获取由所述控制器和所述被控对象所构成的控制系统的多个传递函数，并从所述控制系统的多个传递函数中选取一个传递函数作为待分析传递函数，其中，所述被控对象的多个传递函数与所述控制系统的多个传递函数一一对应； 仿真单元，用于根据所述控制器的预设参数和所述待分析传递函数，对所述控制系统进行仿真； 第一判断单元，用于根据所述仿真单元的仿真结果判断所述控制器的预设参数是否满足设定的控制要求； 参数寻优单元，用于当所述第一判断单元的判断结果为否时，根据预设的寻优规则、所述仿真结果和所述控制要求，以所述预设参数为寻优初始参数，进行寻优计算，得到另外一组参数，并将所述另外一组参数作为所述预设参数，发送至所述仿真单元； 第二判断单元，用于当所述第一判断单元的判断结果为是时，判断所述控制系统的多个传递函数是否均已被作为所述待分析传递函数； 参数设定单元，用于当所述第二判断单元的判断结果为是时，将所述预设参数设定为所述控制器的最终参数； 第二目标函数确定单元，用于当所述第二判断单元的判断结果为否时，从未被作为所述待分析传递函数的控制系统的传递函数中，选取一个传递函数作为待分析传递函数，并将所述待分析传递函数发送至所述仿真单元。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括:规则保存单元，用于保存根据所述 被控对象的类型预先设置的寻优规则。
【文档编号】G05B13/02GK103439882SQ201310392785
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】罗喜霜, 齐海超 申请人:北京经纬恒润科技有限公司