一种人工智能调节器及其调节方法与流程

本发明涉及工业过程的自动化控制领域，特别是指一种人工智能调节器及其调节方法。

背景技术：

工业调节器，主要用于实现工业信号如温度、压力、液位、流量等的调节控制，以使被控工业信号恒定在固定的目标值上。现有工业调节器，通常需由调控人员预先根据被控工业信号相关的执行机构以及现场工况多次调试实验，得出该执行机构该工况下关于被控工业信号的控制参数，以后工业调节器的调节过程中，只需对被控工业信号如热电偶温度信号进行采集，并将采集值与控制参数代入计算，得到相应的输出信号，将该输出信号输送至执行机构，即可实现被测温度等工业物理信号恒定在固定的目标值上。该种工业调节器的调节方法，因需人工确定控制参数，故要求调控人员对执行机构以及工况具有良好的了解和足够的调试经验，对人工的要求门槛高，且在更换不同的执行机构或工况发生变化或改变控制目标值时，其需重新设置调节控制参数，调节复杂，且调节过程中易发生控制偏差，在工况不允许偏差过多的情况下，则易进一步导致工业事故的发生。

技术实现要素：

本发明的目的一在于提供一种人工智能调节器的调节方法。

一种人工智能调节器的调节方法，包括如下步骤：

1）开始前调试执行机构，使执行机构正常工作下输出或停止时间Q，即Q为执行机构的输出周期，其对应被控对象变化单位量所用的时间；

2）确定被控对象的控制目标值SP、有效偏差值m以及上、下有效控制边界值（SP+ m，SP- m），以采集周期t对被控对象对应工业信号进行实时采集；

3）对工业信号采集的同时，以计算周期T对计算周期前后两次的采集值进行实时比较，其中T=n* 采集周期t，n为一正整数，当个计算周期，本次计算采集值PV与前次计算的采集值PV₀进行比较的同时，还将本次计算采集值PV与控制目标值SP进行比较，并计算本次计算采集值PV与控制目标值SP间的实时偏差值E_k；

4）根据本次计算采集值PV与前次计算的采集值PV₀间、本次计算采集值PV与控制目标值SP间的比较结果、以及实时偏差值E_k值，对执行机构施加相应激励，使执行机构于输出周期S内具有相应的控制输出量P_k，其中，输出周期S与计算周期T以及正常工作下执行机构对应的被控对象变化单位量时的输出周期Q相等；

当PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k≥m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出S秒，如此循环，待被控对象波形上升；

当PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k=m-A＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出（m-A）*S/m秒、断开A*S/m秒，如此循环，待被控对象波形上升，其中A为整数，0＜A＜m；

当PV-PV₀≥0且PV>SP，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内断开S秒，如此循环，待被控对象波形上升后下降；

当PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k≥m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内断开S秒，如此循环，待被控对象波形下降；

当PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k=m-B＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出B*S/m秒、断开（m-B）*S/m秒，如此循环，待被控对象波形下降，其中B为整数，0＜B＜m；

当PV-PV₀＜0且PV≤SP，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出S秒，如此循环，待被控对象波形下降后上升。

进一步地，PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k≥m，执行机构在控制输出量P_k为输出周期S内输出S秒的一个输出周期后，（PV-PV₀）大于待被控对象单位量，如此循环待被控对象波形上升后，当PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k=m-A＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出（m-A）*S/m-C秒、断开A*S/m+C秒，如此循环，待被控对象波形上升，其中A、C为整数，0＜A＜m，0≤C＜m，补偿值-C与（PV-PV₀）成正比。工业信号如温度的调节过程，PV-PV₀≥0升温过程中，当当前采集的温度值于有效控制范围的下方，执行机构于单个输出周期S内全开输出时，（PV-PV₀）大于待被控对象单位量，即执行机构升温速率改变（变大），当温度值上升至有效控制范围后，通过增加补偿值-C，改变控制输出量P_k，平衡单个输出周期后，温度值的变化，实现微调，避免因升温速率改变，温度大幅变动，而无法控制于有效控制范围内。

进一步地，PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k≥m，执行机构在控制输出量P_k为输出周期S内断开S秒的一个输出周期后，（PV₀-PV）大于待被控对象单位量，如此循环待被控对象波形下降后，当PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k=m-B＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出B*S/m+C₁秒、断开（m-B）*S/m- C₁秒，其中B、C₁为整数，0＜B＜m，0≤C＜m，补偿值C₁与（PV₀-PV）成正比。工业信号如温度的调节过程，PV-PV₀＜0降温过程中，当当前采集的温度值于有效控制范围的上方，执行机构于单个输出周期S内全断输出时，（PV₀-PV）大于-单位量，即执行机构降温速率改变（变大），当温度值下降至有效控制范围后，通过增加补偿值C₁，改变控制输出量P_k，平衡单个输出周期后，温度值的变化，实现微调，避免因升温速率改变，温度大幅变动，而无法控制于有效控制范围内。

本发明的目的二在于提供一种人工智能调节器。

一种人工智能调节器，用以实现本发明工智能调节器的调节方法，包括依次连接的滤波器、信号采集器、数据放大器、A/D转换器和控制器，所述控制器还分别连接有按键模块、时序控制器、显示模块、存储器和输出模块，所述时序控制器分别与信号采集器和数据放大器连接，所述输出模块与执行机构控制连接，工作时，滤波器与需进行调节的工业信号对应的传感器连接，滤波器对传感器获取的工业信号进行滤波；信号采集器接收时序控制器发送的控制信号、开通相应采集通道、采集滤波后的工业信号；数据放大器接收时序控制器发送的控制信号、开通相应放大通道、对采集的工业信号进行放大；A/D转换器将放大后的工业信号转换成数字信号；按键模块输入工业信号相应的类型信号和控制目标值；控制器读取按键模块输入的工业信号相应的类型信号和控制目标值、接收A/D转换器转换后的采集值、发送工业信号相应的类型信号、控制目标值和采集值至显示模块、对控制目标值和采集值进行自计算、发送控制指令至时序控制器和输出模块、以及存读数据至存储器；显示模块显示工业信号相应的类型信号、控制目标值和采集值；存储器存储调节过程中的数据；时序控制器接收控制控制器发送的控制指令，并发送相关控制指令至信号采集器和数据放大器；输出模块接收控制控制器发送的控制指令，并发送相关控制信号至执行机构。

进一步地，时序控制器与A/D转换器连接。对于不同的工业信号如温度、压力、液位、流量等，时序控制器发送不同的控制给A/D转换器，使A/D转换器开通不同的转换通道，可实现不同工信号具有不同的转换精度。

本发明人工智能调节器的调节方法，对工业信号如温度信号进行实时采集，根据本次计算采集值PV与前次计算的采集值PV₀间、本次计算采集值PV与控制目标值SP间的比较结果，调节执行机构的输出，计算过程中无需关于被控工业信号的固定的控制参数，避免了更换不同的执行机构或工况发生变化或改变控制目标值时，因控制参数的改变而需人工重新调试的情况，即其无需人工干预即可适应多变的工业控制现场，大大减少了人工劳动量，且根据实时偏差值E_k值，确定执行机构的控制输出量P_k，对执行机构的输出进行定量控制，其调节精度高。

附图说明

图1为本发明人工智能调节器的调节方法一种实施方式的流程图；

图2为本发明人工智能调节器的功能结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明人工智能调节器及其调节方法的具体实施方式作详细的说明：

本发明人工智能调节器的调节方法，包括如下步骤：

1）开始前调试执行机构，使执行机构正常工作下输出或停止时间Q，即Q为执行机构的输出周期，其对应被控对象变化单位量所用的时间；

2）确定被控对象的控制目标值SP、有效偏差值m以及上、下有效控制边界值（SP+ m，SP- m），以采集周期t对被控对象对应工业信号进行实时采集；

3）对工业信号采集的同时，以计算周期T对计算周期前后两次的采集值进行实时比较，其中T=n* 采集周期t，n为一正整数，当个计算周期，本次计算采集值PV与前次计算的采集值PV₀进行比较的同时，还将本次计算采集值PV与控制目标值SP进行比较，并计算本次计算采集值PV与控制目标值SP间的实时偏差值E_k；

4）根据本次计算采集值PV与前次计算的采集值PV₀间、本次计算采集值PV与控制目标值SP间的比较结果、以及实时偏差值E_k值，对执行机构施加相应激励，使执行机构于输出周期S内具有相应的控制输出量P_k，其中，输出周期S与计算周期T以及正常工作下执行机构对应的被控对象变化单位量时的输出周期Q相等；

当PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k≥m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出S秒，如此循环，待被控对象波形上升；

当PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k=m-A＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出（m-A）*S/m秒、断开A*S/m秒，如此循环，待被控对象波形上升，其中A为整数，0＜A＜m；

当PV-PV₀≥0且PV>SP，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内断开S秒，如此循环，待被控对象波形上升后下降；

当PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k≥m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内断开S秒，如此循环，待被控对象波形下降；

当PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k=m-B＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出B*S/m秒、断开（m-B）*S/m秒，如此循环，待被控对象波形下降，其中B为整数，0＜B＜m；

当PV-PV₀＜0且PV≤SP，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出S秒，如此循环，待被控对象波形下降后上升。

PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k≥m，执行机构在控制输出量P_k为输出周期S内输出S秒的一个输出周期后，（PV-PV₀）大于待被控对象单位量，如此循环待被控对象波形上升后，当PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k=m-A＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出（m-A）*S/m-C秒、断开A*S/m+C秒，如此循环，待被控对象波形上升，其中A、C为整数，0＜A＜m，0≤C＜m，补偿值-C与（PV-PV₀）成正比。

PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k≥m，执行机构在控制输出量P_k为输出周期S内断开S秒的一个输出周期后，（PV₀-PV）大于待被控对象单位量，如此循环待被控对象波形下降后，当PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k=m-B＜m，执行机构的控制输出量P_k为输出周期S内输出B*S/m+C₁秒、断开（m-B）*S/m- C₁秒，其中B、C₁为整数，0＜B＜m，0≤C＜m，补偿值C₁与（PV₀-PV）成正比。

本发明人工智能调节器的调节方法，用于温度的调节时，假如有效偏差值m=8℃，采集周期t为1s，正整数n为8，对应温度变化1℃时执行机构正常工作下输出或停止时间Q、计算周期T以及输出周期S均为8s，则调节过程具体如图1所示：

当PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k≥8℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出8s，如此循环，待温度输出波形上升；

当PV-PV₀≥0、PV≤SP，此时，如若E_k=7℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出7s、断开1s；如若E_k=6℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出6s、断开2s；如若E_k=5℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出5s、断开3s；如若E_k=4℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出4s、断开4s；如若E_k=3℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出3s、断开5s；如若E_k=2℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出2s、断开6s；如若E_k=1℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出1s、断开7s，如此循环，待温度输出波形上升；

当PV-PV₀≥0且PV>SP，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内断开8秒，如此循环，待温度输出波形上升后下降；

当PV-PV₀＜0且PV>SP、E_k≥8，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内断开8秒，如此循环，待温度输出波形下降；

当PV-PV₀＜0、PV>SP，此时，如若E_k=7℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出1s、断开7s；如若E_k=6℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出2s、断开6s；如若E_k=5℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出3s、断开5s；如若E_k=4℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出4s、断开4s；如若E_k=3℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出5s、断开3s；如若E_k=2℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出6s、断开2s；如若E_k=1℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出7s、断开1s，如此循环，待温度输出波形下降；

当PV-PV₀＜0且PV≤SP，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出8s，如此循环，待温度输出波形下降后上升。

上述温度调节过程中，PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k≥8℃，执行机构在控制输出量P_k为输出周期8s内输出8s秒的一个输出周期后，PV-PV₀=2℃>1℃，如此循环待被控对象波形上升后，当PV-PV₀≥0、PV≤SP，此时，补偿值-C设为-1s，即如若E_k=7℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出6s、断开2s；如若E_k=6℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出5s、断开3s；如若E_k=5℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出4s、断开4s；如若E_k=4℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出3s、断开5s；如若E_k=3℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出2s、断开6s；如若E_k=2℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出1s、断开7s；如若E_k=1℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内断开8s。温度的调节过程，PV-PV₀≥0升温过程中，当当前采集的温度值于有效控制范围的下方，执行机构于单个输出周期8s内全开输出时，PV-PV₀=2℃>1℃，即执行机构升温速率改变（变大），当温度值上升至有效控制范围后，通过增加补偿值-C，改变控制输出量P_k，平衡单个输出周期后，温度值的变化，实现微调，避免因升温速率改变，温度大幅变动，而无法控制于有效控制范围内。

上述温度调节过程中，PV-PV₀≥0且PV≤SP、E_k≥8℃，执行机构在控制输出量P_k为输出周期8s内输出8s秒的一个输出周期后，PV₀-PV=2℃>1℃，如此循环待被控对象波形上升后，当PV-PV₀≥0、PV≤SP，此时，补偿值C₁设为1s，即如若E_k=7℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出8s、断开0s；如若E_k=6℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出7s、断开1s；如若E_k=5℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出6s、断开2s；如若E_k=4℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出5s、断开3s；如若E_k=3℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出4s、断开4s；如若E_k=2℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期8s内输出3s、断开5s；如若E_k=1℃，执行机构的控制输出量P_k为输出周期2s内断开6s。温度的调节过程，PV-PV₀＜0降温过程中，当当前采集的温度值于有效控制范围的上方，执行机构于单个输出周期S内全断输出时，PV₀-PV=2℃>1℃，即执行机构降温速率改变（变大），当温度值下降至有效控制范围后，通过增加补偿值C₁，改变控制输出量P_k，平衡单个输出周期后，温度值的变化，实现微调，避免因升温速率改变，温度大幅变动，而无法控制于有效控制范围内。

本发明人工智能调节器的调节方法，对工业信号如温度信号进行实时采集，根据本次计算采集值PV与前次计算的采集值PV₀间、本次计算采集值PV与控制目标值SP间的比较结果，调节执行机构的输出，计算过程中无需关于被控工业信号的固定的控制参数，避免了更换不同的执行机构或工况发生变化或改变控制目标值时，因控制参数的改变而需人工重新调试的情况，即其无需人工干预即可适应多变的工业控制现场，大大减少了人工劳动量，且根据实时偏差值E_k值，确定执行机构的控制输出量P_k，对执行机构的输出进行定量控制，其调节精度高。

本发明还提供了一种人工智能调节器。

如图2所示，一种人工智能调节器，用以实现本发明工智能调节器的调节方法，包括依次连接的滤波器2、信号采集器3、数据放大器4、A/D转换器5和控制器6，所述控制器6还分别连接有按键模块7、时序控制器8、显示模块9、存储器10和输出模块11，所述时序控制器8分别与信号采集器3和数据放大器4连接，所述输出模块11与执行机构12控制连接，工作时，滤波器2与需进行调节的工业信号对应的传感器1连接，滤波器2对传感器1获取的工业信号进行滤波；信号采集器3接收时序控制器8发送的控制信号、开通相应采集通道、采集滤波后的工业信号；数据放大器4接收时序控制器8发送的控制信号、开通相应放大通道、对采集的工业信号进行放大；A/D转换器5将放大后的工业信号转换成数字信号；按键模块7输入工业信号相应的类型信号和控制目标值；控制器6读取按键模块7输入的工业信号相应的类型信号和控制目标值、接收A/D转换器5转换后的采集值、发送工业信号相应的类型信号、控制目标值和采集值至显示模块、对控制目标值和采集值进行自计算、发送控制指令至时序控制器8和输出模块11、以及存读数据至存储器；显示模块9显示工业信号相应的类型信号、控制目标值和采集值；存储器10存储调节过程中的数据；时序控制器8接收控制控制器6发送的控制指令，并发送相关控制指令至信号采集器3和数据放大器；输出模块11接收控制控制器6发送的控制指令，并发送相关控制信号至执行机构12。

所述时序控制器8与A/D转换器5连接。对于不同的工业信号如温度、压力、液位、流量等，时序控制器8发送不同的控制给A/D转换器5，使A/D转换器5开通不同的转换通道，可实现不同工信号具有不同的转换精度。

本发明人工智能调节器，按键模块7输入工业信号的类型信号至控制器6，控制器6发送相应控制给时序控制器8，时序控制器8接收控制器6发送的控制信号并发送相关控制信号给信号采集器3和数据放大器4，信号采集器3接收时序控制器8发送的控制信号并开通相应采集通道，数据放大器4接收时序控制器8发送的控制信号并开通相应放大通道，所述传感器1获取的工业信号经滤波器2滤波后，依次经信号采集器3采集、数据放大器4放大、A/D转换器5转换成数字信号后输送至控制器6，控制器6将采集值以及调节前由按键模块7输入的控制目标值SP、有效偏差值m均存储至存储器10，同时将采集值发送至显示模块9进行同步显示，控制器6还对本次计算采集值PV与前次计算的采集值PV₀、本次计算采集值PV与控制目标值SP进行比较判断、以及计算实时偏差值E_k值，根据比较、计算结果，发送相应控制信号至输出模块11，输出模块11发送相关控制信号至执行机构12，执行机构12接收控制信号并做相应的动作。

本发明人工智能调节器，设置了时序控制器8，根据调节的工业信号的类型信号，时序控制器8发送相关控制信号给信号采集器3和数据放大器4，使信号采集器3开通相应采集通道对相应工业信号进行采集，数据放大器4开通相应放大通道对相应工业信号进行放大，进而单个人工智能调节器具备多种不同工业信号的调节，其结构简单，应用范围更广。