检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法及装置与流程

本发明涉及比例积分微分控制器的参数标定领域，具体是一种检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法及装置。

背景技术：

PID(比例积分微分)控制器是由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。

PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。

现有技术中，对于PID控制器的Kp，Ki和Kd三个参数的标定后的效果是通过人为判断，通过肉眼对比多个曲线，进而得出对上述三个参数标定的结果好坏，采用人工读取的方法的误差较大，得到的结果不够准确。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法及装置，用以实现对Kp，Ki和Kd三个参数进行输入后的实际输出电压值进行精确的判断。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法，包括：

获取比例积分微分控制器的目标输出电压值；

获取所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的多个实际输出电压值、多个输出电压极值，所述输出电压极值包括所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值和多个输出电压极小值，所述输出电压极大值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值大于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值，所述输出电压极小值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值小于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值；

根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，判断所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态。

优选地，所述根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，确定所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态的步骤包括：

当获取到的所述比例积分微分控制器的每一实际输出电压值均小于与所述实际输出电压值对应时刻的目标输出电压值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

优选地，所述根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，判断所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态的步骤包括：

当获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值小于获取到的所述比例积分微分控制器的位于所述第一个输出电压极大值之后的其他输出电压极大值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

优选地，所述根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，判断所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态的步骤包括：

当所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第一预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

优选地，所述根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，判断所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态的步骤包括：

当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第二预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数。

优选地，所述根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，判断所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态的步骤包括：

当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第三预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数。

优选地，所述根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，判断所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态的步骤包括：

当获取到的所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第一预设比值，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第二预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第三预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值和第N个输出电压极值分别对应的时刻数值最小时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值达到预设状态。

根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种检测比例积分微分控制器的参数标定效果的装置，包括：

第一获取模块，用于获取比例积分微分控制器的目标输出电压值；

第二获取模块，用于获取所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的多个实际输出电压值、多个输出电压极值，所述输出电压极值包括所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值和多个输出电压极小值，所述输出电压极大值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值大于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值，所述输出电压极小值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值小于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值；

确定模块，用于根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，确定所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态。

优选地，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的每一实际输出电压值均小于与所述实际输出电压值对应时刻的目标输出电压值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

优选地，所述确定模块包括：

第二确定单元，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值小于获取到的所述比例积分微分控制器的位于所述第一个输出电压极大值之后的其他输出电压极大值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

优选地，所述确定模块包括：

第三确定单元，用于当所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第一预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

优选地，所述确定模块包括：

第四确定单元，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第二预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入微分参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数。

优选地，所述确定模块包括：

第五确定单元，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第三预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数。

优选地，所述确定模块包括：

第六确定单元，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第一预设比值，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第二预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第三预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值和第N个输出电压极值分别对应的时刻数值最小时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值达到预设状态。

与现有技术相比，本发明实施例提供的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法，至少具有以下有益效果：

通过根据参数的数值进行输入后的实际输出电压值以及输出电压极值与理想输出电压值的比较，能够精确的确定比例积分微分控制器在某一具体参数下的输出电压值是否达到了目标状态。

附图说明

图1为本发明实施例所述的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法的一具体流程示意图；

图3为本发明实施例所述的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的装置的一具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

参照图1，本发明实施例提供了一种检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法，包括：

步骤1，获取比例积分微分控制器的目标输出电压值；

步骤2，获取所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的多个实际输出电压值、多个输出电压极值，所述输出电压极值包括所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值和多个输出电压极小值，所述输出电压极大值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值大于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值，所述输出电压极小值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值小于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值；

步骤3，根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，判断所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态。

具体的，该比例积分微分控制器的目标输出电压值为一确定的数值，在不同时刻的实际输出电压值是通过下列公式获得：

上述的u(t)为输出电压，e(t)为输入，K_P指比例调节器的比例放大倍数，T_I是积分时间，T_d是微分时间。

上述的预设参数是指的K_P、T_I、T_d三个参数，通过对上述三个参数的数值按照先对K_p、再T_I最后对T_d确定的流程，依次对三个参数进行确定。

所述比例积分微分控制器在参数标定后的预设状态，是指实际输出电压值能够在较快时间内达到目标输出电压值，出现的超调量不能太大，并且在达到目标输出电压值后不出现振荡。

例如，在对参数K_p的数值进行确定时，令T_d为0,T_I为无穷大进行确认，通过对K_p的数值进行指定，获取比例积分微分控制器在此状态下的实际输出电压值随时间的变化曲线，通过实际输出电压值、目标输出电压值和输出电压极值之间的比较，精确的判断出在K_p某一具体数值状态下的实际输出电压值的变化是否满足要求。

参照图2，本发明实施例提供了上述检测比例积分微分的参数标定效果的一具体流程方法，包括：

步骤101，获取比例积分微分控制器的目标输出电压值；

步骤102，获取所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的多个实际输出电压值、多个输出电压极值，所述输出电压极值包括所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值和多个输出电压极小值，所述输出电压极大值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值大于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值，所述输出电压极小值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值小于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值；

步骤103，当获取到的所述比例积分微分控制器的每一实际输出电压值均小于与所述实际输出电压值对应时刻的目标输出电压值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态；

步骤104，当获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值小于获取到的所述比例积分微分控制器的位于所述第一个输出电压极大值之后的其他输出电压极大值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态；

步骤105，当所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第一预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态；

步骤106，当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第二预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数；

步骤107，当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述第N个目标输出电压值的比值大于第三预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数；

步骤108，当获取到的所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第一预设比值，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第二预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第三预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值和第N个输出电压极值分别对应的时刻数值最小时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值达到预设状态。

在步骤103记载的内容中，当比例积分微分控制器的实际输出电压值持续小于目标输出电压值时，即代表此状态下的控制器响应太慢，此种状态是系统不希望出现的，因而在出现此种情况时，确定为比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

步骤104中，在正常状态下，实际输出电压值的第一个输出电压极大值出现在超调状态，当该第一个输出电压极大值小于出现在其之后的其它输出电压极大值，说明在该状态下的实际输出电压值的曲线是处于发散的，这种情况也是系统不允许出现的，说明在这一具体参数数值下的实际输出电压值是不满足要求的。

当实际输出电压值中出现步骤105记载的情况时，表明实际输出电压值出现了振荡，因而不满足要求。

步骤106和步骤107中记载的内容表明实际输出电压值出现的超调量太大，因而不满足要求。

步骤108中记载的内容是该比例积分微分控制器的参数标定在满足要求时的状态。当该比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值的出现的时刻对应的数值最小与第N个输出电压极值出现时刻对应的数值最小时不再同一套参数下时，通过公式T＝t₁*k₁+t₂*k₂确定比例积分微分控制器的最优参数，其中，k₁与k₂的和为1，k1为第一套参数下的第一个输出电压极大值出现时刻的数值最小时的第一个输出电压极大值对应的权重，k2为第二套参数下的第N个输出电压极值出现时刻的数值最小时的第一个输出电压极大值对应的权重，t1为第一套参数下的第一个输出电压极大值出现时刻的数值最小时对应的数值，t2为第二套参数下第N个输出电压极值出现时刻的数值最小时第一个输出电压极大值出现时刻对应的数值。例如，在第一套参数下，第一个输出电压极大值出现时刻在3ms，第N个输出电压极值出现的时刻为10ms；在第二套参数下，第一个输出电压极大值为5ms，第N个输出电压极值出现的时刻为8ms，假设k1为0.7，k2为0.3，此时，计算出的t为3.6ms，也即，在时间为3.6ms时对应的这一套参数为最优参数。

通过本发明提供的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的方法，能够精确的判断出在对K_p、T_I、T_d三个参数的数值输入后的比例积分微分控制器的实际输出电压值的变化效果是否满足要求，相对于人工判断的方法，精确度得到了较大提高。

参照图3，根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种检测比例积分微分控制器的参数标定效果的装置，包括：

第一获取模块11，用于获取比例积分微分控制器的目标理想输出电压值；

第二获取模块12，用于获取所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的多个实际输出电压值、多个输出电压极值，所述输出电压极值包括所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值和多个输出电压极小值，所述输出电压极大值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值大于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值，所述输出电压极小值为所述比例积分微分控制器在相邻三个时刻的中间时刻对应的输出电压值小于其他两个时刻对应的输出电压值时所述中间时刻对应的输出电压值；

确定模块13，用于根据所述比例积分微分控制器的目标输出电压值和在输入预设参数后的实际输出电压值、输出电压极值，确定所述比例积分微分控制器在输入所述预设参数后的实际输出电压值是否达到预设状态。

参照图4，本发明实施例中，所述确定模块13包括：

第一确定单元131，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的每一实际输出电压值均小于与所述实际输出电压值对应时刻的目标输出电压值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

参照图4，本发明实施例中，所述确定模块13包括：

第二确定单元132，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值小于获取到的所述比例积分微分控制器的位于所述第一个输出电压极大值之后的其他输出电压极大值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

参照图4，本发明实施例中，所述确定模块13包括：

第三确定单元133，用于当所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第一预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态。

参照图4，本发明实施例中，所述确定模块13包括：

第四确定单元134，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第二预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数。

参照图4，本发明实施例中，所述确定模块13包括：

第五确定单元135，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值大于第三预设比值时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值未达到预设状态，N为预设正整数。

参照图4，本发明实施例中，所述确定模块13包括：

第六确定单元136，用于当获取到的所述比例积分微分控制器的多个输出电压极大值中的输出电压最大值与所述输出电压最大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第一预设比值，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极大值与所述第N个输出电压极大值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第二预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第N个输出电压极小值与所述第N个输出电压极小值对应时刻的目标输出电压值的差值与所述目标输出电压值的比值小于第三预设比值，N为预设正整数，及

获取到的所述比例积分微分控制器的第一个输出电压极大值和第N个输出电压极值分别对应的时刻数值最小时，确定所述比例积分微分控制器在输入预设参数后的实际输出电压值达到预设状态。

通过本发明提供的检测比例积分微分控制器的参数标定效果的装置，能够精确的判断出在对K_p、T_I、T_d三个参数的数值输入后的比例积分微分控制器的实际输出电压值的变化效果是否满足要求，相对于人工判断的方法，精确度得到了较大提高。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。