[发明专利]一种基于PID算法的改进的阀门定位器控制算法

权利要求书

1.一种基于PID算法的改进的阀门定位器控制的算法

步骤一：对传统的PID算法原理及其控制进行介绍；

步骤三：对PID参数整定方法进行优化；

步骤三：在传统的PID算法上改进优化算法；

PID控制是指对偏差的比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Derivative)的综合控制。PID控制器对连续系统中输入的误差信号e(t)进行比例、积分、微分运算从而计算得出控制信号u(t)，最后实现对目标对象的有效控制，所以称作PID控制器。

当系统是连续控制时，其偏差信号e(t)的表达式为

e(t)＝r(t)-y(t) (1)

PID控制器的响应输出u(t)与输入信号e(t)存在的关系为：

式中，K_p、T_I、T_D依次是比例系数、积分时间常数以及微分时间常数。写成常见的传递函数表达式为：

在计算机控制系统中，也普遍采用PID的控制思想。此时控制器的输入与输出的关系为：

其中：T为采样周期，k为采样序号，k＝0，1，2...u(KT)为第k次数据采样输出值，e(kT)为第k次采样的输入输出误差大小，e(kT-T)为(k-1)次采样的输入误差大小。由上述式子可得只要系统存在误差，控制器就会采取响应措施使误差减小，三个环节各司其职影响着最终的控制输出。

2.根据权利要求1所述的基于PID算法的改进的阀门定位器控制的算法，步骤二中优化PID参数整定方法包括以下步骤：

步骤一：PID控制器参数整定的结果对系统的控制性能起着至关重要的作用，因此PID参数的整定是PID控制算法研究中不可或缺的部分。参数整定就是依据已知的系统结构利用整定公式或者一定的整定方法计算PID控制器关键参数K_p、T_I、T_D的过程。

改进后的PID参数整定只需要确定一个参数，而且它不仅直接影响闭环系统的调节时间和鲁棒性，还能使控制系统表现出较好的控制效果。

内膜控制系统的闭环传递函数为：

反馈信号为：

ε(s)＝[G_p(s)-G_m(s)]u(s)+G_d(s)d(s) (6)

3.根据权利要求1所述的基于PID算法的改进的阀门定位器控制的算法，步骤三中改进传统PID算法包括以下步骤：

步骤一：根据阀位反馈值与设定值之间的差值e(t)，同时考虑阀门在全开全关是的响应速度设置了定位器PID算法的分段控制。

为了实现计算机采样的输出，必须将式(2)模拟的PID算式实现离散化，将其改变为数字PID算式为：

上式中，e为设定信号与测量反馈值的偏差量、e_n第n次采样的偏差量、e_n-1第n次采样的偏差量、T为采样周期、T_I积分时间、T_D微分时间、K_P比例系数。

步骤二：根据(8)推理出了(n-1)PID输出表达式为：

步骤三：由式(10)和式(11)可以得出PID的增量式算法为：

步骤四：将(11)进行简化可得下式：

P_n＝Ae_n+(P_n-1-Be_n-1+Ce_n-2) (9)

即式中P_n＝Ae_n+Q_n-1、Q_n＝P_n-Be_n+Ce_n-1，因此只需获取其中A、B、C三个值即确定PID的控制输出。A、B、C三值算式如下：

步骤五：其中Q_n-1＝0，e_n-1＝0算法每一步都要计算e_n、P_n和Q_n，其中Q_n用于计算P的值，PD校正的控制量为：

步骤六：计算机离散算法表示为：