[发明专利]基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法

权利要求书

1.一种基于闭环阶跃响应数据的串级控制器参数自校正方法，其特征在于，所述方法通过采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数；进而根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正；

所述采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数，包括：

串级控制器主回路被控对象为：

串级控制器副回路被控对象为：

其中μ₁,μ₂分别为主副回路被控对象的过程增益，θ₁,θ₂分别为主副回路被控对象的延迟时间，τ_1i,τ₂分别为主副回路被控对象的时间常数；

在串级控制器的初始参数作用下，获得闭环阶跃响应数据y₁(t)，y₂(t)，u₁(t)，u₂(t)，e₁(t)，e₂(t)；其中y₁(t)为主回路系统输出数据，即主回路被控对象的实际值；y₂(t)为副回路的系统输出数据，即副回路被控对象的实际值；u₁(t)为主回路控制器的输出信号，即副回路被控对象的设定值；u₂(t)为副回路的控制器的输出信号，即控制副回路被控对象的实际值大小的信号；e₁(t)为主回路被控对象的设定值与实际值的误差信号；e₂(t)为副回路被控对象的设定值与实际值的误差信号；

根据闭环阶跃响应数据估计出主副回路被控对象的过程增益μ₁,μ₂，延迟时间θ₁,θ₂和时间常数T₁,T₂：

e₁(t)＝T_sp(t)-y₁(t)

e₂(t)＝u₁(t)-y₂(t)

其中，T_sp为主回路被控对象的设定值；

所述根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正，包括：

对副回路控制器进行校正，副回路控制器为PI控制器，其表达式为：

其中，K_p2,T_i2分别为副回路控制器的比例系数和积分系数，s表示拉普拉斯算子；

对主回路控制器参数进行校正，主回路控制器为PID控制器，其表达式为：

其中K_p1,T_i1,T_d1分别为主回路控制器的比例系数、积分系数和微分系数，s表示拉普拉斯算子；

根据下述公式分别估计出主副回路被控对象的过程增益μ₁,μ₂：

其中A_s为输入信号的幅值大小；K_p1,T_i1分别为主回路控制器的比例系数和积分系数；K_p2,T_i2分别为副回路控制器的比例系数和积分系数；

根据下述公式分别估计出主副回路中总的时间常数T₁,T₂：

其中，v(t)＝μ₁*u₁(t)-y₁(t)，w(t)＝μ₂*u₂(t)-y₂(t)，A_s为主回路的输入信号的幅值大小，K_p2,T_i2为副回路控制器的比例，积分系数，μ₁为主回路过程增益，μ₂为副回路过程增益，θ₂为副回路的时延，τ₂为副回路被控对象的时间常数，τ₂＝T₂-θ₂，

所述根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正，包括：

整定副回路控制器参数和整定主回路控制器参数；其中副回路控制器类型为PI控制器，主回路控制器类型为PID控制器；

副回路控制器参数为：

副回路控制器的比例系数

副回路控制器的积分系数T_i2＝τ₂；

所述整定主回路控制器参数，包括：

计算指标

令K_pi＝K_p1，i＝1,2,3…；

判断初始参数下的阶跃响应是否有超调，根据判断结果整定主回路控制器参数。