一种PID控制系统及控制方法与流程

一种pid控制系统及控制方法
技术领域
1.本技术涉及自动控制领域，尤其涉及一种pid控制系统及控制方法。


背景技术：

2.pid(proportional integral derivative，比例积分微分)控制装置广泛地应用于各种自动化控制系统的场合。该pid调节装置涉及比例调节、积分调节和微分调节三个调节项，其三个调节项对应三个调节系数。在实际应用中，按照某一固定采样周期的被控参数的控制偏差量和控制偏差增量输入至pid调节装置，根据各个采样周期的控制偏差量和各个采样周期对应的调节系数，得到各个采样周期的输出反馈量。上述各个采样周期对应的控制偏差量为一个采样周期的输出反馈量与其上一个采样周期的输出反馈量的差值。
3.上述控制方式的控制过程中，在被控参数变化十分缓慢时，会出现上述控制偏差量很小，甚至接近零的情况。在该情况下，通常通过增大三个调节系数的调节方式，来保证控制系统能正常响应。然而，该调节方式需要引入较大的外部干扰，使整个控制过程的稳定性较差，从而使自动化控制系统控制失灵。


技术实现要素：

4.本技术提供一种pid控制系统及控制方法，用于解决因被控参数变化缓慢需要引入较大的外界干扰来使各个调节项发挥调节作用，而导致控制系统的稳定性差和动态响应性差的问题。
5.第一方面，提供一种pid控制系统，控制系统包括：采集装置，用于按照采样周期依次采集被控参数的控制偏差量和控制偏差增量；pid调节装置，用于根据各个采样周期输入的输入量，输出对应的输出反馈量；控制偏差量表征前后两个相邻采样周期的输出反馈量的差量；控制器，控制器分别与采集装置和pid调节装置连接；控制器被配置为执行：当输入至pid调节装置的待输入量包括当前采样周期的控制偏差增量的绝对值小于或等于预设偏差阈值时，获取当前采样周期之前各个采样周期的各个控制偏差量；根据各个控制偏差量，确定当前采样周期的第一目标偏差增量，第一目标偏差增量的绝对值大于预设偏差阈值；根据第一目标偏差增量，确定输入至pid调节装置的目标输入量，以使pid调节装置对对应的目标调节项进调节。
6.需要说明的是，目标调节项至少包括为比例调节项、微分调节项中的一项或两项，通常微分调节项不单独存在，则目标调节项包括微分调节项时，目标调节项可以为比例调节项和微分调节项组合的目标调节项；也可以为积分调节项和微分调节项组合的目标调节项；可以为比例调节项、积分调节项和微分调节项组合的目标调节项。并且比例调节项对应的输入基于各个采样周期的控制偏差增量确定、微分调节项对应的输入是基于相邻两个采样周期的控制偏差增量的差值确定。因此，本技术的实施方式是基于目标调节项至少包括比例调节项、微分调节项的场景实施的。
7.上述预设偏差阈值可以根据采集装置的采集精度确定，以保证采集装置能采集到
第一目标偏差量，从而降低了对采集装置的精度要求。上述预设偏差阈值也可以根据本领域技术人员的经验设定，还可以是根据被控参数的变化特征(如被控参数对应的输入量函数的函数特性：单调性或平滑性等)确定的。因此，本技术对预设偏差阈值的具体实施方式不作具体限定。
8.本技术实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：按照采样周期采集到各个采样周期的控制偏差量和控制偏差增量后，不是直接将采集到当前采样周期的控制偏差增量输入至pid调节装置；而是利用采集到的各个控制偏差量，对输入至pid调节装置的目标偏差增量(即第一目标偏差增量)进行调节，使输入至pid调节装置的目标控制偏差增量的绝对值大于或等于预设偏差阈值，从而基于该目标控制偏差增量确定的目标输入量均在合理可控的范围内，以使pid调节装置对应的目标调节项能发挥合理的调节作用。基于此，在被控参数变化缓慢的情况下，并不需要引入外界干扰或较大的外界干扰，pid调节装置对应的目标调节项就能通过重新确定的目标输入量发挥调节作用，提高了控制系统的稳定性和动态响应能力。
9.在一些实施例中，控制器被配置为具体执行根据各个控制偏差量，确定在当前采样周期的第一目标偏差增量，包括：从各个控制偏差量中，确定与当前采样周期的控制偏差量的差值的绝对值大于预设偏差阈值的至少一个控制偏差量；将至少一个控制偏差量确定为候选控制偏差量；将各个候选控制偏差量中对应的采样周期与当前采样周期的时间间隔最小的候选控制偏差量，确定为第一目标采样周期对应的控制偏差量，第一目标采样周期为与当前采样周期的时间间隔最小的候选控制偏差量对应的采样周期；将当前采样周期对应的控制偏差量与第一目标采样周期的控制偏差量的差值，确定为第一目标偏差增量。
10.在该实施方式中，控制器将各个采样周期对应的各个控制偏差量中，满足预设条件的控制偏差量作为候选控制偏差量。再从上述至少一个候选控制偏差量对应的采样周期中，确定与当前采样周期的时间间隔最小的采样周期为第一目标采样周期，从而将当前采样周期的控制偏差差值与第一目标采样周期的控制偏差量的差值确定为第一目标偏差增量。其中，预设条件为与当前采样周期的控制偏差量的差值的绝对值大于预设偏差阈值。
11.基于此，确定出的第一目标偏差增量既满足预设条件又满足周期差时间间隔最小的条件，以使控制系统根据目标输入量对目标调节项调节时控制系统波动范围小、响应速度快；避免了目标输入量太小而需要引入较大外界干扰的问题，同时也避免了因为引入的第一目标采样周期与当前采样周期间隔太大而引起目标调节项的原有参数调节量变化太大，导致控制系统的响应速度变慢和稳定性变差的问题。
12.在一些实施例中，目标调节项包括比例调节项；目标输入量包括比例调节项输入量；控制器被配置为具体执行根据第一目标偏差增量，确定输入至pid调节装置的目标输入量，包括：确定第一目标偏差增量与第一偏差量的正负性一致；正负性一致表征两个对照量同为正数或同为负数；第一偏差量为当前采样周期的控制偏差量和当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值；将第一目标偏差增量确定为比例调节项输入量。
13.需要说明的是，上述输出反馈量基于时间变化并非单一变化特性，即，各个采样周期的控制偏差量的变化特性十分复杂。
14.在该实施方式中，目标调节项包括微分调节项，则需要对该比例调节项配置对应的微分调节项输入量，对比例调节项进行调整。控制器在确定出第一目标偏差增量后，对第
一目标偏差增量的正负性进行了判断。在保证第一目标偏差正增量的正负性，和，当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值的正负性一致情况下，将第一目标偏差增量作为比例调节项输入量，对控制系统的比例调节项进行控制调节。基于此，在目标调节项包括比例调节项时，能使确定出的比例调节项输入量符合pid调节装置输出的输出反馈量随时间变化的变化特性，从而保证pid调节装置对控制系统的精准控制，避免因输入的比例调节项输入量不符合该输出反馈量的变化特性，而对控制系统错误调节控制，以使控制结果不准确的问题。在一些实施例中，控制器还被配置为具体执行：确定第一目标偏差增量和第一偏差量的正负性不一致；正负性不一致表征两个对照量中，一个对照量为正数，另一个对照量为负数；分别确定各个偏差差值的绝对值；各个偏差差值为当前采样周期的控制偏差量分别与当前采样周期之前的周期差个采样周期的控制偏差量的差值，周期差为当前采样周期与第一目标采样周期相差的采样周期个数；将各个偏差差值中绝对值最大的偏差差值确定为比例调节项输入量。
15.在上述实施方式中，针对第一目标偏差正增量的正负性，和，当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值的正负性不一致情况，根据当前采样周期的控制偏差量和周期差个采样周期的控制偏差量的差值，对比例调节项输入量重新确定，以使确定出的比例调节项输入量符合pid调节装置输出的输出反馈量随时间变化的变化特性。
16.在一些实施例中，目标调节项包括微分调节项；目标输入偏差量包括微分调节项输入量，控制器被配置为具体执行根据第一目标偏差增量，确定输入至pid调节装置的目标输入量，还包括：根据第一目标偏差增量，确定上一采样周期的第二目标偏差增量；将第一目标偏差增量和第二目标偏差增量的差值确定为目标偏差变化值；确定目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性一致；其中，当前采样周期的偏差变化值为第一偏差量和第二偏差量的差值；第二偏差量为当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量和当前采样周期的上一采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值；将目标偏差变化值确定为微分调节项输入量。
17.在该实施方式中，目标调节项包括微分调节项，需要对该微分调节项配置对应的微分调节项输入量，对微分调节项进行调整。控制器先确定出第一目标偏差增量，确定第二目标偏差增量。再基于第一目标偏差增量与第二目标偏差增量的差值的正负性进行了判断。在保证第一目标偏差增量与第二目标偏差增量的差值的正负性，和，第一偏差量与第二偏差量的差值的正负性一致情况下，将第一目标偏差增量作为比例调节项输入量，对控制系统的比例调节项进行控制调节。基于此，能使确定出的微分调节项输入量符合各个采样周期控制偏差增量随时间的变化特性，从而保证pid调节装置对控制系统的精准控制，避免因输入的微分调节项输入量不符合该控制偏差增量的变化特性，而对控制系统错误调节控制，以使控制结果不准确的问题。
18.在一些实施例中，各个采样周期按时间顺序排序，控制器被配置为具体执行：根据第一目标偏差增量，确定上一采样周期的第二目标偏差增量；包括：根据第一目标偏差增量对应的周期差，将各个采样周期中，与当前采样周期的上一采样周期相隔周期差个采样周期对应的位序的采样周期，确定为第二目标采样周期；将当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量与第二目标采样周期的控制偏差量的差值，确定为第二目标偏差量。
19.该实施方式是以第一目标偏差增量和第二目标偏差增量跨度采样周期的周期差值相同为前提，根据第一目标偏差增量跨度的采样周期的个数，和以当前采样周期的上一个采样周期为一个采样周期的跨度起点，得到第二目标采样周期。
20.在一些实施例中，控制器还被配置为具体执行：确定目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性不一致；将第三目标偏差增量和第四目标偏差增量的差值确定为为微分调节项输入量；第三目标偏差增量为当前采样周期的控制偏差量与第三目标采样周期的控制偏差量的差值，第四目标偏差增量为第三采样周期的控制偏差量与第四目标采样周期的控制偏差量的差值，当前采样周期与第三目标采样周期的周期间隔差，和，第三目标采样周期与第四目标采样周期的周期间隔差相同；周期间隔差的值为周期差的一半值向上取整的整数值。
21.在上述实施方式中，针对第一目标偏差增量与第二目标偏差增量的差值的正负性，和，第一偏差量与第二偏差量的差值的正负性一致情况，根据当第三目标偏差增量和第四目标偏差增量的差值，对微分调节项输入量重新确定，以使确定出的微分调节项输入量符合各个采样周期控制偏差增量随时间的变化特性。
22.在一些实施例中，控制器还被配置为执行：将目标输入量输入至pid调节装置对应的目标调节项，以使pid调节装置通过调节目标调节项，输出当前采样周期的输出反馈量；获取当前采样周期的输出反馈量。
23.需要说明的是，目标输入量可以为比例调节项输入量、微分调节项输入量中的一项或两项，通常微分调节项输入量不单独存在，则目标输入量包括微分调节项输入量时，目标输入量可以为比例调节项输入量和微分调节项输入量组合的目标输入量；也可以为积分调节项输入量和微分调节项输入量组合的目标输入量；还以为比例调节项输入量、积分调节项输入量和微分调节项输入量组合的目标输入量。
24.基于此实施例，实现了当前采样周期的输出反馈量的获取。
25.在一些实施例中，控制器还被配置为执行：在待输入量包括当前采样周期的控制偏差增量的绝对值大于预设偏差阈值时，根据当前采样周期的控制偏差增量确定输入目标量。
26.该实施例中，针对当前采样周期的控制偏差增量的绝对值大于预设偏差阈值的场景，基于当前采样周期的控制偏差增量确定输入目标量。
27.第二方面，本技术实施例提供一种pid控制方法，该方法包括：在待输入至pid调节装置的待输入量包括当前采样周期的控制偏差增量的绝对值小于或等于预设偏差阈值时，获取当前采样周期之前各个采样周期的各个控制偏差量；控制偏差量表征前后两个相邻采样周期的输出反馈量的差量；根据各个控制偏差量，确定当前采样周期的第一目标偏差增量，第一目标偏差增量的绝对值大于预设偏差阈值；根据第一目标偏差增量，确定输入至pid调节装置的目标输入量，以使pid调节装置对对应的目标调节项进调节。
28.第三方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当该指令在上述任一项装置上运行时，使得装置执行上述任一项pid控制系统的控制方法。
29.第四方面，本技术的实施例提供一种芯片，包括：处理器和存储器；该存储器用于存储计算机执行指令，该处理器与存储器连接，当芯片运行时，处理器执行存储器存储的计
算机执行指令，以使芯片执行上述任一项pid控制系统的控制方法。
30.第五方面，本技术实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当其在上述任一项设备上运行时，使得装置执行上述任一项pid控制系统的控制方法。
31.本技术的实施例中，上述装置各部件的名字对设备本身不构成限定，在实际实现中，这些部件可以以其他名称出现。只要各个部件的功能和本技术的实施例类似，即属于本技术及其等同技术的范围之内。
32.另外，第二方面至第五方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见上述第一方面中不同设计方法所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
33.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
34.图1为本技术的提供的一种pid控制系统的电路系统架构图；
35.图2为本技术实施例提供的一种pid控制系统的控制过程示意图；
36.图3为本技术的实施例提供的一种pid调节装置的结构示意图；
37.图4为本技术实施例提供的一种pid控制系统的控制方法的流程图；
38.图5为本技术实施例提供的又一种pid控制系统的控制方法的流程图；
39.图6为本技术实施例提供的又一种pid控制系统的控制方法的流程图；
40.图7为本技术实施例提供的又一种pid控制系统的控制方法的流程图；
41.图8为本技术实施例提供的一种控制偏差量随时间变化的曲线示意图；
42.图9为本技术实施例提供的又一种pid控制系统的控制方法的流程图；
43.图10为本技术实施例提供的又一种pid控制系统的控制方法的流程图；
44.图11为本技术实施例提供又一控制偏差量随时间变化的曲线示意图；
45.图12本技术实施例提供的一种控制器的硬件结构示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
47.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
48.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
49.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领
域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。另外，在对管线进行描述时，本技术中所用“相连”、“连接”则具有进行导通的意义。具体意义需结合上下文进行理解。
50.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
51.pid控制装置广泛地应用于各种自动化控制系统的场合。该pid调节装置涉及比例调节、积分调节和微分调节三个调节项，其三个调节项对应三个调节系数。在实际应用中，按照某一固定采样周期的被控参数的控制偏差量和控制偏差增量输入至pid调节装置，根据各个采样周期的控制偏差量和各个采样周期对应的调节系数，得到各个采样周期的输出反馈量。上述各个采样周期对应的控制偏差量为一个采样周期的输出反馈量与其上一个采样周期的输出反馈量的差值。
52.上述控制方式的控制过程中，在被控参数变化十分缓慢时，会出现上述控制偏差量很小，甚至接近零的情况。在该情况下，通常通过增大三个调节系数的调节方式，来保证控制系统能正常响应。然而，该调节方式需要引入较大的外部干扰，使整个控制过程的稳定性较差，从而使自动化控制系统控制失灵。
53.有鉴于此，本技术实施例提供pid控制系统，按照采样周期采集到各个采样周期的控制偏差量和控制偏差增量后，不是直接将采集到当前采样周期的控制偏差增量输入至pid调节装置；而是利用采集到的各个控制偏差量，对输入至pid调节装置的目标偏差增量(即第一目标偏差增量)进行调节，使输入至pid调节装置的目标控制偏差增量的绝对值大于或等于预设偏差阈值，从而基于该目标控制偏差增量确定的目标输入量均在合理可控的范围内，以使pid调节装置对应的目标调节项能发挥合理的调节作用。基于此，在被控参数变化缓慢的情况下，并不需要引入外界干扰或较大的外界干扰，pid调节装置对应的目标调节项就能通过重新确定的目标输入量发挥调节作用，提高了控制系统的稳定性和动态响应能力。
54.为进一步对本技术的方案进行描述，参考图1示例性的示出的控制系统架构图，对本技术实施例提供的一种空调系统作以下说明。
55.如图1所示，pid控制系统包括：采集装置101、pid调节装置102和控制器103。
56.其中，采集装置101用于按照采样周期依次采集被控参数的控制偏差量和控制偏差增量；pid调节装置102用于根据各个采样周期输入的输入量，输出对应的输出反馈量；控制偏差量表征前后两个相邻采样周期的输出反馈量的差量；控制器103，控制器103分别与采集装置101和pid调节装置102连接。
57.参照图2示出的pid控制系统控制过程的示意图，采集装置101包括检测传感器和采集器。检测传感器按照采样周期检测输出反馈量。在当前采样周期，采集器采集当前采样周期的输出反馈量，再以当前采样周期的输出反馈量和当前采样周期的上一采样周期的输出反馈量的差值作为控制偏差量，其控制偏差量能利用检测传感器检测到，并传输给采集器。控制器103控基于控制偏差量采用控制算法调整输入至pid调节装置102的目标输入量。pid调节装置102基于目标输入量，输出各个采样周期的输出反馈量。
58.在一些实施例中，如图3所示，pid调节装置102包括比例调节器31、积分调节器32和微分调节器33。pid调节装置102的比例调节器31对应的比例调节项，用于发挥比例作用；积分调节器32对应的积分调节项，用于发挥积分作用和微分调节器33对应微分调节项，用于发挥微分作用。上述比例调节项对应比例调节项，积分调节项对应积分调节系数以及微分调节项对应微分调节系数。
59.影响上述pid调节装置102发挥作用的参数有：各个调节项对应的系数、采样周期和输入的的控制偏差量、控制偏差增量和控制偏差增量的变化值等。因此，当需要对三部分的调节项进行调整时，可以对各调节项对应的参数进行调整，例如，当需要增大比例作用时，可以增大比例调节系数或增大控制偏差增量；当需要增大积分作用时，可以增大积分调节系数；当需要增大微分作用时，可以增大微分调节系数或控制偏差增量的变化值。
60.在一些实施例中，pid调节装置102通过以下算法公式调整目标控制项。
[0061][0062]
其中，ek表示第k次采样时的偏差量；ei表示第i次采样时的控制偏差量；ek-1表示第(k-1)次采样周期的偏差量；δek＝e
k-e
k-1
表示第k次采样时的控制偏差增量；δe
k-1
＝e
k-1-e
k-2
表示第(k-1)次采样周期的控制偏差增量；δδek＝δe
k-δe
k-1
表示第k次采样周期的控制偏差增量的变化值；uk表示第k次采样时调节器的输出；δuk表示第k次采样时调节器的输出增量；kp表示比例系数；ki表示积分系数；kd表示微分系数；t表示采样周期。
[0063]
基于上述pid增量式公式(1)，当被控参数变化比较慢，而采样周期较小即采样时间间隔又比较小时，比如某些温度控制场合，由于被控参数变化量小于传感器的采样精度，会导致控制偏差增量δek＝e
k-e
k-1
和控制偏差增量的变化量δδek＝δe
k-δe
k-1
等于零或很小，从而造成只有积分项发挥作用，而比例项和微分项不能发挥调节作用，以使pid控制系统会变得不稳定，动态响应也会变很差，严重时造成震荡，无法正常工作。
[0064]
若采用增加k
p
、kd系数的方法来调节，就需要将该系数放大很多倍数，这会引进比较大的外部干扰，造成控制系统输出量偏离真实值。
[0065]
在另一些实施例中，通过增加δek和δδek的数值，适当增加δek的采样周期，使δek包含更长时间的偏差变化，就达到增加δek和δδek的目标。具体地，上述控制偏差增量δek＝e
k-e
k-1
修正为如下公式(2)以及将控制偏差增量的变化量δδek＝δe
k-δe
k-1
修正为如下公式(3)。
[0066]
δek＝e
k-e
k-n
公式(2)
[0067]
δδek＝δe
k-δe
k-n
[0068]
＝e
k-2
·ek-n
+e
k-2n
公式(3)
[0069]
在一些实施例中，控制器103是指可以根据指令操作码和时序信号，产生操作控制信号，指示控制系统执行控制指令的装置。示例性的，控制器103可以为中央处理器
(central processing unit，cpu)、通用处理器网络处理器(network processor，np)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)、微处理器、微控制器103或它们的任意组合。控制器103还可以是其它具有处理功能的装置，例如电路、器件或软件模块，本技术实施例对此不做任何限制。
[0070]
在一些实施例中，控制系统还包括：显示器104。该显示器104可用于显示控制系统的控制面板或者其他图像信息。示例性的，控制系统可以通过显示器104显示控制系统当前被控参数的处理过程或输出反馈量的波形。
[0071]
另外，该显示器104可以是液晶显示器104、有机发光二极管(organic light-emitting diode，oled)显示器104。显示器104的具体类型，尺寸大小和分辨率等不作限定，本领技术人员可以理解的是，显示器104可以根据需要做性能和配置上一些改变。
[0072]
在一些实施例中，控制系统还包括通信装置105，该通信装置105是用于根据各种通信协议类型与外部设备或外部服务器进行通信的组件。例如：通信装置105可以包括wi-fi芯片，蓝牙通信协议芯片，有线以太网通信协议芯片等其他网络通信协议芯片或近场通信协议芯片，以及红外接收器中的至少一种。
[0073]
在一些实施例中，控制系统可以通过通信装置105与用户使用的终端设备(例如：手机、平板电脑、可川穿戴式移动设备等)服务器之间进行控制信号和数据信号的传输。
[0074]
在一些实施例中，控制系统还包括人机交互装置106，用于实现用户与控制系统之间的交互。人机交互装置106可以包括物理按键、触控显示面板或者语音识别装置中的一项或多项。在一些实施例中，控制系统还包括供电电源107，用于在控制器103的控制下，将外部电源输入的电力为控制系统提供电源供电支持。
[0075]
基于上述pid控制系统，如图4所示，本技术实施例提供一种pid控制方法，该pid控制方法有上述控制器执行，该方法包括以下步骤：
[0076]
步骤s401，当输入至pid调节装置的待输入量包括当前采样周期的控制偏差增量的绝对值小于或等于预设偏差阈值时，获取当前采样周期之前各个采样周期的各个控制偏差量。
[0077]
应理解的是，上述控制偏差量表征前后两个相邻采样周期的输出反馈量的差量。输出反馈量是根据各个采样周期输入的输入量输出的输出量。上述各个采样周期与被控参数的控制偏差量一一对应。其控制偏差增量相邻两个不同采样周期的控制偏差量的差值。
[0078]
步骤s402，根据各个控制偏差量，确定当前采样周期的第一目标偏差增量。
[0079]
其中，第一目标偏差增量的绝对值大于预设偏差阈值。
[0080]
上述预设偏差阈值可以根据采集装置的采集精度确定，以保证采集装置能采集到第一目标偏差量，从而降低了对采集装置的精度要求。上述预设偏差阈值也可以根据本领域技术人员的经验设定，还可以是根据被控参数的变化特征(如被控参数对应的输入量函数的函数特性：单调性或平滑性等)确定的。因此，本技术对预设偏差阈值的具体实施方式不作具体限定。
[0081]
与该步骤场景相对地，在一些实施例中，控制器还被配置为执行：在待输入量包括当前采样周期的控制偏差增量的绝对值大于预设偏差阈值时，根据当前采样周期的控制偏差增量确定输入目标量。
[0082]
该实施例中，针对当前采样周期的控制偏差增量的绝对值大于预设偏差阈值的场
景，基于当前采样周期的控制偏差增量确定输入目标量。
[0083]
步骤s403，根据第一目标偏差增量，确定输入至pid调节装置的目标输入量，以使pid调节装置对对应的目标调节项进调节。
[0084]
上述目标调节项至少包括为比例调节项、微分调节项中的一项或两项，通常微分调节项不单独存在，则目标调节项包括微分调节项时，目标调节项可以为比例调节项和微分调节项组合的目标调节项；也可以为积分调节项和微分调节项组合的目标调节项；可以为比例调节项、积分调节项和微分调节项组合的目标调节项。并且比例调节项对应的输入基于各个采样周期的控制偏差增量确定、微分调节项对应的输入是基于相邻两个采样周期的控制偏差增量的差值确定。因此，本技术的实施方式是基于目标调节项至少包括比例调节项、微分调节项的场景实施的。
[0085]
图4所示的技术方案至少带来以下有益效果：按照采样周期采集到各个采样周期的控制偏差量和控制偏差增量后，不是直接将采集到当前采样周期的控制偏差增量输入至pid调节装置；而是利用采集到的各个控制偏差量，对输入至pid调节装置的目标偏差增量(即第一目标偏差增量)进行调节，使输入至pid调节装置的目标控制偏差增量的绝对值大于或等于预设偏差阈值，从而基于该目标控制偏差增量确定的目标输入量均在合理可控的范围内，以使pid调节装置对应的目标调节项能发挥合理的调节作用。基于此，在被控参数变化缓慢的情况下，并不需要引入外界干扰或较大的外界干扰，pid调节装置对应的目标调节项就能通过重新确定的目标输入量发挥调节作用，提高了控制系统的稳定性和动态响应能力。
[0086]
作为一种可能的实现方式，如图5所示，上述步骤s402中，控制器执行根据各个控制偏差量，确定在当前采样周期的第一目标偏差增量时，以具体实现为以下步骤：
[0087]
步骤s501，从各个控制偏差量中，确定与当前采样周期的控制偏差量的差值的绝对值大于预设偏差阈值的至少一个控制偏差量。
[0088]
步骤s502，将至少一个控制偏差量确定为候选控制偏差量。
[0089]
步骤s503，将各个候选控制偏差量中对应的采样周期与当前采样周期的时间间隔最小的候选控制偏差量，确定为第一目标采样周期对应的控制偏差量。
[0090]
该步骤中，第一目标采样周期为与当前采样周期的时间间隔最小的候选控制偏差量对应的采样周期。
[0091]
步骤s504，将当前采样周期对应的控制偏差量与第一目标采样周期的控制偏差量的差值，确定为第一目标偏差增量。
[0092]
在该实现方式中，控制器将各个采样周期对应的各个控制偏差量中，满足预设条件的控制偏差量作为候选控制偏差量。再从上述至少一个候选控制偏差量对应的采样周期中，确定与当前采样周期的时间间隔最小的采样周期为第一目标采样周期，从而将当前采样周期的控制偏差差值与第一目标采样周期的控制偏差量的差值确定为第一目标偏差增量。其中，预设条件为与当前采样周期的控制偏差量的差值的绝对值大于预设偏差阈值。
[0093]
基于此，确定出的第一目标偏差增量既满足预设条件又满足周期差时间间隔最小的条件，以使控制系统根据目标输入量对目标调节项调节时控制系统波动范围小、响应速度快；避免了目标输入量太小而需要引入较大外界干扰的问题，同时也避免了因为引入的第一目标采样周期与当前采样周期间隔太大而引起目标调节项的原有参数调节量变化太
大，导致控制系统的响应速度变慢和稳定性变差的问题。
[0094]
作为一种可能的实现方式，如图6所示，针对目标调节项包括微分调节项的情况。上述步骤s403中，控制器执行根据第一目标偏差增量，确定输入至pid调节装置的目标输入量时，以具体实现为以下步骤：
[0095]
步骤s601，确定第一目标偏差增量与第一偏差量的正负性一致；正负性一致表征两个对照量同为正数或同为负数。
[0096]
步骤s602，第一偏差量为当前采样周期的控制偏差量和当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值。
[0097]
步骤s603，将第一目标偏差增量确定为比例调节项输入量。
[0098]
示例性的，当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值为正数(如，1)，且第一目标偏差增量为正数(如，3)，则当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值，和第一目标偏差增量为正负性一致。当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值为负数(如，-3)，且第一目标偏差增量为负数(如，-2)，则当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值，和第一目标偏差增量为正负性一致。
[0099]
需要说明的是，基于各个采样周期的输出反馈量随时间的变化特性通常不是单一变化特性的应用场景。而当上述输出反馈量基于时间变化并非单一变化特性时，各个采样周期的控制偏差量的变化特性也十分复杂。
[0100]
在该实现方式中，目标调节项包括微分调节项，则需要对该比例调节项配置对应的微分调节项输入量，对比例调节项进行调整。控制器在确定出第一目标偏差增量后，对第一目标偏差增量的正负性进行了判断。在保证第一目标偏差正增量的正负性，和，当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值的正负性一致情况下，将第一目标偏差增量作为比例调节项输入量，对控制系统的比例调节项进行控制调节。
[0101]
基于此，在目标调节项包括比例调节项时，能使确定出的比例调节项输入量符合pid调节装置输出的输出反馈量随时间变化的变化特性，从而保证pid调节装置对控制系统的精准控制，避免因输入的比例调节项输入量不符合该输出反馈量的变化特性，而对控制系统错误调节控制，以使控制结果不准确的问题。
[0102]
作为一种可能的实现方式，如图7所示，针对目标调节项包括微分调节项的情况。上述步骤s403还可以通过以下步骤具体实现。
[0103]
步骤s701，确定第一目标偏差增量和第一偏差量的正负性不一致。
[0104]
其中，正负性不一致表征两个对照量中，一个对照量为正数，另一个对照量为负数。
[0105]
可以理解的是，第一目标采样周期与当前采样周期分别对应的控制偏差量处于控制偏差量随时间变化的函数中函数单调性不一致的函数区间中。
[0106]
步骤s702，分别确定各个偏差差值的绝对值。
[0107]
上述各个偏差差值为当前采样周期的控制偏差量分别与当前采样周期之前的周期差个采样周期的控制偏差量的差值，周期差为当前采样周期与第一目标采样周期相差的采样周期个数。
[0108]
步骤s703，将各个偏差差值中绝对值最大的偏差差值确定为比例调节项输入量。
[0109]
示例性的，当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值为正数(如，-1)，且第一目标偏差增量为负数(如，3)，则当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值，和第一目标偏差增量为正负性不一致。当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值为负数(如，-3)，且第一目标偏差增量为正数(如，2)，则当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值，和第一目标偏差增量为正负性不一致。
[0110]
又一示例的，第一目标采样周期为第5个采样周期，当前采样周期为第15个采样周期，则周期差为10。
[0111]
作为一种具体实施方式，如图8所示，控制偏差量随时间变化的函数曲线中，控制偏差量的变化特性并不是单一递增特性或单一的递减特性。故该实施方式根据各个采样周期的控制偏差量得到控制偏差量相对时间的偏差量函数曲线，分析与第一目标周期相隔周期差数量范围的函数的单调性。基于该单调性的分析结果，确定极值点，将当前采样周期对应的控制偏差量与极值点对应的采样周期的控制偏差量的差值作为比例调节项输入量。
[0112]
具体地，以当前采样周期对应的控制偏差量为ek并以第一目标采样周期对应的控制偏差量为e
k-n
为例，其周期差为n，对上述第一目标偏差增量和第一偏差量的正负性不一致作以下说明。
[0113]
依次获取从第(k
–
n)次到第k次(当前采样周期)的控制偏差增量，得到包括(n+1)个值的序列e＝{e
k-n
，e
k-n+1
，
…
，ek}，序列中各数值项依次记为e[0]＝e
k-n
，e[1]＝e
k-n+1
，
…
，e[n]＝ek；按照序列e中数据的逆序，即按照e[n]，e[n-1]，
…
，e[0]顺序，开始依次计算εi＝e[n]-e[i]，其中，i为0到(n-1)的数，选取εi中绝对值最大的εi作为比例调节项输入量。
[0114]
示例性的，以n为5为例，对图8中控制偏差量随时间变化的被控曲线的控制偏差量变化特性作以下说明。本技术中各个采样周期对应一个采样时刻。在采样时刻k的控制偏差增量为δek即δek＝e
k-e
k-5
＜0，但是情况是被控曲线在k-2点达到极值点，以后就开始递增了，δek的实际值是大于零，这样在k点处的比例调节方向就是错误的，必须进行校正。
[0115]
在上述实现方式中，针对第一目标偏差正增量的正负性，和，当前采样周期的控制偏差量与当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量的差值的正负性不一致情况，根据当前采样周期的控制偏差量和周期差个采样周期的控制偏差量的差值，对比例调节项输入量重新确定，以使确定出的比例调节项输入量符合pid调节装置输出的输出反馈量随时间变化的变化特性。
[0116]
作为一种可能的实现方式，如图9所示，针对输入偏差量包括微分调节项输入量，目标调节项包括微分调节项的情况。上述步骤s403还可以通过以下步骤具体实现。
[0117]
步骤s901，根据第一目标偏差增量，确定上一采样周期的第二目标偏差增量。
[0118]
步骤s902，将第一目标偏差增量和第二目标偏差增量的差值确定为目标偏差变化值。
[0119]
步骤s903，确定目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性一致。
[0120]
其中，当前采样周期的偏差变化值为第一偏差量和第二偏差量的差值；第二偏差量为当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量和当前采样周期的上一采样周期的上一
采样周期的控制偏差量的差值。
[0121]
步骤s904，将目标偏差变化值确定为微分调节项输入量。
[0122]
在该实现方式中，目标调节项包括微分调节项，需要对该微分调节项配置对应的微分调节项输入量，对微分调节项进行调整。控制器先确定出第一目标偏差增量，确定第二目标偏差增量。再基于第一目标偏差增量与第二目标偏差增量的差值的正负性进行了判断。在保证第一目标偏差增量与第二目标偏差增量的差值的正负性，和，第一偏差量与第二偏差量的差值的正负性一致情况下，将第一目标偏差增量作为比例调节项输入量，对控制系统的比例调节项进行控制调节。
[0123]
基于此，能使确定出的微分调节项输入量符合各个采样周期控制偏差增量随时间的变化特性，从而保证pid调节装置对控制系统的精准控制，避免因输入的微分调节项输入量不符合该控制偏差增量的变化特性，而对控制系统错误调节控制，以使控制结果不准确的问题。
[0124]
作为一种实现方式，上述第二目标偏差量通过以下方式确定：根据第一目标偏差增量，确定上一采样周期的第二目标偏差增量；包括：根据第一目标偏差增量对应的周期差，将各个采样周期中，与当前采样周期的上一采样周期相隔周期差个采样周期对应的位序的采样周期，确定为第二目标采样周期；将当前采样周期的上一采样周期的控制偏差量与第二目标采样周期的控制偏差量的差值，确定为第二目标偏差量。
[0125]
该实现方式是以第一目标偏差增量和第二目标偏差增量跨度采样周期的周期差值相同为前提，根据第一目标偏差增量跨度的采样周期的个数，和以当前采样周期的上一个采样周期为一个采样周期的跨度起点，得到第二目标采样周期。
[0126]
作为一种可能的实现方式，如图10所示，针对输入偏差量包括微分调节项输入量，目标调节项包括微分调节项的情况。上述步骤s403还可以通过以下步骤具体实现。
[0127]
步骤s111，确定目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性不一致。
[0128]
步骤s112，将第三目标偏差增量和第四目标偏差增量的差值确定为为微分调节项输入量。
[0129]
上述第三目标偏差增量为当前采样周期的控制偏差量与第三目标采样周期的控制偏差量的差值，第四目标偏差增量为第三采样周期的控制偏差量与第四目标采样周期的控制偏差量的差值，当前采样周期与第三目标采样周期的周期间隔差，和，第三目标采样周期与第四目标采样周期的周期间隔差相同；周期间隔差的值为周期差的一半值向上取整的整数值。
[0130]
在一些实施方式中，根据各个采样周期的控制偏差量得到控制偏差增量相对时间的控制偏差量变化函数曲线，分析控制偏差量变化函数曲线的凹凸性。以n为5为例，结合图11中控制偏差量随时间变化的被控曲线对控制偏差增量变化特性作以下说明。在采样时刻k的控制偏差增量的变化值δδek时采用修正式δδek＝δe
k-δe
k-n
的计算控制偏差增量的变化值δδek是δδek＞0，而实际上从拐点(k-3)开始被控曲线已经由下凹变成上凸了，拐点之前的曲线δδek＞0，拐点之后δδek＜0，k点真实情况应该是δδek＜0，从图上看，只要采样时刻k在拐点到采样时刻c的任何时刻，使用修正式的δδek＝δe
k-δe
k-n
计算控制偏差增量的变化值都是错误的。
[0131]
示例性的，依次获取从第(k
–
2n)次到第k次(当前采样周期)的控制偏差增量，以当前采样周期对应的控制偏差量为ek并以第一目标采样周期对应的控制偏差量为e
k-n
为例，其周期差为n，则周期间隔差为m；若n是奇数，取m＝(n+1)/2；若n是偶数，取m＝n/2。在目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性不一致时，微分调节项输入量为修正后的δδek即δδek＝δe
k-δe
k-m
＝e
k-2
·ek-m
+e
k-2m
。在目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性一致时，微分调节项输入量为δδek，可表示为如下公式(4)。
[0132][0133]
对上述目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性不一致的情况作以下说明。
[0134]
需要说明的是，本技术中ej中下标j小于等于0时ej为0，如(k
–
2m)小于零时e
k-2m
等于0。
[0135]
在一些实施例中，分别(k-2n)个采样周期到(k-n)个采样周期对应n个控制偏差变量的特性值e1和(k-n)到k段的特性值e2。通过如下公式(5)和公式(6)确定特性值e1和特性值e2是否同号，如果同号则说明确定目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性一致，如果异号则说明确定目标偏差变化值与当前采样周期的当前偏差变化值的正负性不一致。
[0136][0137][0138]
在上述实施方式中，针对第一目标偏差增量与第二目标偏差增量的差值的正负性，和，第一偏差量与第二偏差量的差值的正负性一致情况，根据当第三目标偏差增量和第四目标偏差增量的差值，对微分调节项输入量重新确定，以使确定出的微分调节项输入量符合各个采样周期控制偏差增量随时间的变化特性。
[0139]
作为一种实现方式，在执行完上述步骤s403以后还可以执行以下步骤。目标输入量输入至pid调节装置对应的目标调节项，以使pid调节装置通过调节目标调节项，输出当前采样周期的输出反馈量；获取当前采样周期的输出反馈量。
[0140]
需要说明的是，目标输入量可以为比例调节项输入量、微分调节项输入量中的一项或两项，通常微分调节项输入量不单独存在，则目标输入量包括微分调节项输入量时，目标输入量可以为比例调节项输入量和微分调节项输入量组合的目标输入量；也可以为积分调节项输入量和微分调节项输入量组合的目标输入量；还以为比例调节项输入量、积分调节项输入量和微分调节项输入量组合的目标输入量。
[0141]
示例性的，以目标输入量为比例调节项输入量为例，对输出反馈量包括内容进行详细说明。控制器将比例调节项输入量输入至pid调节装置对应的比例调节项。pid调节装置根据比例调节项对比例调节项进行调节，输出比例调节项调节后的反馈量。
[0142]
又一示例性的，以目标输入量为比例调节项输入量和微分调节项输入量为例，对输出反馈量包括内容进行详细说明。控制器控制比例调节项输入量将输入至pid调节装置对应的比例调节项，以及将微分调节项输入量至pid调节装置对应的微分调节项。pid调节
装置根据比例调节项对比例调节项进行调节，以及根据微分调节项对微分调节项进行调节，输出比例调节项调节和微分调节项调节综合调节后的反馈量。
[0143]
基于此实现方式，实现了当前采样周期的输出反馈量的获取。
[0144]
可以看出，上述主要从方法的角度对本技术实施例提供的方案进行了介绍。为了实现上述功能，本技术实施例提供了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，本技术实施例能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0145]
本技术实施例可以根据上述方法示例对控制器进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。可选的，本技术实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
[0146]
本技术实施例还提供一种控制器的硬件结构示意图。如图12所示，控制器300包括处理器301，可选的，还包括与处理器301连接的存储器302和通信接口303。处理器301、存储器302和通信接口303通过总线304连接。
[0147]
处理器301可以是中央处理器(central processing unit，cpu)，通用处理器网络处理器(network processor，np)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、微处理器、微控制器、可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)或它们的任意组合。处理器301还可以是其它任意具有处理功能的装置，例如电路、器件或软件模块。处理器301也可以包括多个cpu，并且处理器301可以是一个单核(single-cpu)处理器，也可以是多核(multi-cpu)处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路或用于处理数据(例如计算机程序指令)的处理核。
[0148]
存储器302可以是只读存储器(read-only memory，rom)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备、随机存取存储器(random access memory，ram)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)、只读光盘(compact disc read-only memory，cd-rom)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，本技术实施例对此不作任何限制。存储器302可以是独立存在，也可以和处理器301集成在一起。其中，存储器302中可以包含计算机程序代码。处理器301用于执行存储器302中存储的计算机程序代码，从而实现本技术实施例提供的控制方法。
[0149]
通信接口303可以用于与其他设备或通信网络通信(如以太网，无线接入网(radio access network，ran)，无线局域网(wireless local area networks，wlan)等。通信接口303可以是模块、电路、收发器或者任何能够实现通信的装置。
[0150]
总线304可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)
总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。总线304可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图12中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0151]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机执行指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的任意一种音响设备的音频信号处理方法。
[0152]
本技术实施例还提供了一种包含计算机执行指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的任意一种音响设备的音频信号处理方法。
[0153]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式来实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机执行指令。在计算机上加载和执行计算机执行指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机执行指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机执行指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或者数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可以用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)，光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0154]
尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0155]
尽管结合具体特征及其实施例对本技术进行了描述，显而易见的，在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本技术的示例性说明，且视为已覆盖本技术范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
[0156]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。