[发明专利]基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法

权利要求书

1.一种基于负载扰动的单入单出控制回路PI控制器优化方法，其特征是，所述方法首先采集待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据；然后进行设定值扰动检测和负载扰动检测，若仅检测到了负载扰动，则采集并存储待优化控制回路的设定值、被控变量和控制器输出的当前时刻数据，待控制回路进入稳态后判断负载扰动是否有效，若有效则利用所存储的数据计算性能指标II和AI，最后根据计算结果给出控制回路PI控制器参数的优化建议；

所述方法按以下步骤进行：

A、采集待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的当前时刻数据；

B、进行设定值扰动检测，若未检测到发生设定值扰动，则转至步骤C，否则等待设定值扰动结束后返回步骤A；

C、进行负载扰动检测，若检测到发生负载扰动，则转至步骤D，否则返回步骤A；

D、采集并存储待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的当前时刻数据，并判断控制回路是否进入稳态；若控制回路未达到稳态则继续采集和存储数据，若回路已经进入稳态，则判断负载扰动是否有效，若负载扰动有效则转至步骤E，若负载扰动无效则返回步骤A；

E、利用所存储的待优化控制回路的设定值SP、被控变量PV和控制器输出CO的时间序列数据，计算性能指标II和AI；

F、根据计算出的性能指标II和AI，给出控制回路PI控制器参数的优化建议；

进行设定值扰动检测的方法为：设上一时刻k-1采集的设定值数据为SP(k-1)，当前时刻k采集的设定值数据为SP(k)，若有|SP(k)-SP(k-1)|＞ΔSP，则判断为发生了设定值扰动，否则，判断为未发生设定值扰动，其中，ΔSP是设定值扰动阈值；

进行负载扰动检测的方法为：设上一时刻k-1采集的被控变量数据为PV(k-1)，控制器输出数据为CO(k-1)，当前时刻k采集的被控变量数据为PV(k)，控制器输出数据为CO(k)，若|PV(k)-PV(k-1)|和|CO(k)-CO(k-1)|有任何一个不为零，则判断为发生了负载扰动；

判断控制回路是否进入稳态的方法为：对于最近5个时刻，即k-4,k-3,k-2,k-1,k所采集的被控变量数据与控制器输出数据，若均满足|PV(i)-PV(i-1)|＜Dy且|CO(i)-CO(i-1)|＜Du(i＝k-4,k-3,k-2,k-1,k)，则判断为进入稳态，否则判断为未进入稳态，其中，PV(i)为时刻i采集的被控变量数据，CO(i)为时刻i采集的控制器输出数据，Dy和Du分别是被控变量和控制器输出的判稳死区；

判断控制回路负载扰动是否有效的方法为：

设PV max为当前负载扰动过程存储的PV时间序列数据的最大值，SteadyValuePV为当前负载扰动过程存储的PV时间序列数据的稳态值，令ΔD＝|PV max-SteadyValuePV|；

设SteadyValueCO为当前负载扰动过程存储的CO时间序列数据的稳态值，COinit为上次负载扰动过程存储的CO时间序列数据的稳态值；令Ad＝|SteadyValueCO-COinit|；

设td为当前负载扰动过程的稳态时间，令

如果满足则判断负载扰动有效，否则负载扰动无效，其中ADIinit为一阈值；

性能指标II和AI的计算方法为：

计算II指标：

令

Δy(k)＝|PV(k)-PV(k-1)|

Δu(k)＝|CO(k)-CO(k-1)|

且

其中k＝2,3,…,M，M为所存储的时间序列数据的长度，Δt为数据采集的时间间隔；

则II指标为

计算AI指标：

计算控制器输出变量CO的稳态值SteadyValueCO

计算控制器输出变量CO与稳态值SteadyValueCO的交叉区域面积A_i：

其中，r₁,r₂,r₃,…,r_N为CO与SteadyValueCO的交点，N为交点个数，i＝1,2,…,N-1，

计算出所有交叉区域面积中的最大值A_m及面积之和A_tot：

A_m＝max{A₁,A₂,L,A_N-1}

则AI指标为