[发明专利]可分级的快速PID整定方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于自动化控制技术领域的方法和装置，具体是一种可分级的快速PID整定方法和装置。

背景技术

比例-积分-微分(PID)控制器广泛地应用于各种需要自动化控制的场合，它由三个部分组成：比例部分、积分部分和微分部分，其控制原理可以表述为：

u(t)=Kp(e(t)+1Ti∫0tτe(τ)dτ+Tdde(t)dt)]]>

其中e(t)是设定值(SP：Set Point)与过程变量(PV：Process Variable)之差，u(t)是PID控制器的输出。所有PID整定方法的核心在于根据被控系统的特性为PID控制器设定合适的控制参数：比例参数K_p，积分时间T₁和微分时间T_d。

现有的PID整定方法分为两类：手动整定和自动整定。手动整定方法源于经典的PID控制理论及其改进方法，如Ziegler，J.G和Nichols，N.B.于1942年发表的文章《Optimum settings for automatic controllers》(自动控制器的最佳参数设定，发表在Transactions of the ASME.64.pp.759-768)。该方法要求技术人员在现场对被控系统的激励装置进行手动调试，忽略积分部分和微分部分并不断改变比例参数以使PV处于临界振荡状态，然后在该状态下记录PV的振幅和周期，计算出PID的控制参数。该整定方法的缺点在于，它需要参与整定的技术人员经验丰富且知识面广。自动整定方法根据不同的理论分为许多种，但大多数都需要一个或若干个先决条件，如：发明《单输入单输出系统的极限PID控制方法》(发明专利申请号200510112230.8)阐述了一种自整定方法。它假定被控系统是一阶系统，并在计算控制参数之前，将该系统的参数以其他方法测量出来；有些方法不需要对系统作预先假设，但整定过程需要消耗大量时间且被控系统所处状态不易判断，如：美国发明专利《Method and Apparatus for Tuning a PID Controller》(整定PID控制器的方法和装置，美国专利号US20100292813)要求在整定过程中整定设备自动地调节参数K_p，直到PV处于临界振动状态；这个调节K_p使被控系统进入临界振动状态的过程耗时很长且对整定设备而言，PV是否处于临界振动状态是不易判断的。

无论手动方式还是自动方式，很多整定方法都是单一的，整定过程所需要时间和整定生成的参数精度都是不变的，不能满足实际应用中对不同整定时间和不同参数精确度的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术和方案的不足(整定过程需要人工参与；整定时间过长，整定参数的精度不可调)，设计出一种可分级的快速PID整定方法。该方法包含三种不同级别的自动整定方案：快速整定，标准整定和精确整定。快速整定方案不需要额外整定时间，整定速度快；标准整定需要一个额外的降温时间和升温时间；精确整定需要额外的时间来进行阶跃测试。就精确度而言，精确整定最高，标准整定次之，快速整定第三。

本发明还提供了一种可分级的快速PID整定装置。该装置包括检测模块，整定模块和输出模块，如图1所示，其中：