[发明专利]一种离散PID控制器参数整定方法

说明书

本发明公开了一种离散PID控制器参数整定方法，涉及工业控制领域。确定控制变量的目标值及其死区边界，设定控制系统的控制器输出增量，计算离散PID控制器的积分系数；设定控制系统的相对穿越斜率，计算离散PID控制器的比例系数；设定控制系统的相对穿越曲率，计算离散PID控制器的微分系数，进而确定一组整定参数。本方案克服了现有技术中依靠技术人员经验进行参数整定效率低下且效果不佳的缺陷，并且将整定过程转化为具有实际物理意义的参数设定，易于进行参数调整，并且对激励信号不作要求，适用于各种控制对象。

技术领域

本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种离散PID控制器参数整定方法。

背景技术

离散PID控制器具有控制器结构简单，不依赖于受控对象动态特性，以及适用于计算机控制系统等优点，在机械制造、化工过程、电力生产等工业控制领域被广泛应用。

参见图1所示，典型的工业过程控制系统中，控制变量y与控制变量的目标值y*比较之后得到当前时刻的偏差信号e，偏差信号e经采样开关SW转化为离散偏差信号e_n；离散偏差信号e_n经过死区DZ限制后进入PID控制器C，PID控制器C对离散偏差信号e_n进行逻辑运算，输出离散控制信号u_n；离散控制信号u_n由零阶保持单元ZOH转化为连续控制信号u输出至受控对象P，后者产生新的控制变量y。控制系统的核心逻辑为离散PID控制器C对离散偏差信号e_n计算，输出离散控制信号u_n的过程。

参见图2所示，增量式离散PID控制器内部逻辑结构中，核心参数为比例系数k_p，积分系数k_i，微分系数k_d。该离散PID控制器计算过程如下：

Δu_n＝k_p(e_n-e_n-1)+k_ie_n+k_d(e_n+e_n-2-2e_n-1)

u_n＝u_n-1+Δu_n

式中u_n为控制变量y与控制死区边界相交时刻的控制器输出，u_n-1为上一个时间周期控制变量y与控制死区边界相交时刻的控制器输出，Δu_n为控制变量y与控制死区边界相交时刻的控制器输出增量，e_n为控制偏差，e_n-1为上一个时间周期的控制偏差，e_n-2为上两个时间周期的控制偏差。因此，对比例系数k_p，积分系数k_i和微分系数k_d的整定是PID控制器设计的主要内容。

目前工程上整定PID控制器参数的过程主要分为以下两种方式：

(1)对于可以进行等幅振荡激励控制系统，(i)只设置比例系数k_p，由0开始逐渐增大k_p，直至系统出现等幅震荡，再逐渐减小k_p，使系统等幅震荡消失，记录当前临界比例系数为k_p*，则实际比例系数k_p＝k_p*×60～70％；(ii)保持比例系数k_p固定，用同样的方式确定等幅振荡条件下的临界积分系数k_i*，则实际积分系数k_i＝k_i*×60～70％；(iii)保持比例系数k_p、积分系数k_i固定，用同样的方式确定等幅振荡条件下的临界微分系数k_d*，则实际微分系数k_d＝k_d*×20～50％。