[发明专利]自动设定PID常数的方法和仪器

说明书

本发明涉及一种自动设定用于过程控制的PID（比例+积分+微分）常数的方法和装置，更详细地说是涉及一种用于自校正（常数的自动调整）PID控制的方法和装置，这种自校正PID控制适合于根据一个过程的控制响应特性自动设定PID常数，这些PID常数能够根据设定点的变化和所施加的扰动来快速地调整控制响应特性。

在PID控制系统中，PID常数的设定向来是根据从熟练的控制工程师的经验所获得的“经验法则”来完成的。然而，在这种手动设定中，每当一个过程开始起动或有变化被引入过程特性时，就要求工程师进行一次PID常数的校正。为了消除这种麻烦的工作，提出了一种具有自动校正PID常数的功能的PID控制器。

起因于设定点变化的控制响应特性不同于起因于施加扰动后的控制响应特性，而针对前一个因素的PID常数通常不同于针对后一个因素的PID常数。当相同的PID常数用于设定点变化和扰动时难于实现获得对设定点变化和扰动二者均有效的控制特性的控制，也就是说，对于选定衰减比为10%和超调量为5%（作为例子）的上述控制是难于实现的。（日本）专利JP-A-62-241003揭示了一种早先技术的以模糊推理法为基础的自校正PID控制器，它用一个唯一的知识库和特征值来实现校正。不利的是，这种早先技术的控制器设定PID常数只对设定点变化和扰动二者之一有效，从而不能获得对这两个因素都有效的控制响应特性。

序列号为177，428的美国专利申请（PID控制器系统）也涉及基于模糊推理法的PID常数的自校正，该专利已转让给（与本专利）相同的受让人并于1988年4月1日申请。

根据专利号为JP-A-61-290505和JP-A-62-9404的专利揭示的内容，只对设定点变化和扰动二者之一有效的PID常数被设定，而当一个扰动或设定点的一个变化出现时，PID常数被一个补偿计算装置校正到与某一控制状态相当的PID常数，该控制状态对于抑制由于出现的那个因素所引起的变化是最优化的。

本发明的一个目的是提供一种PID常数自动设定方法和能够自动设定PID常数的自校正控制器，这些PID常数能够根据设定点的变化和施加给一过程的扰动这两个因素来快速地调整控制响应特性。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，以对过程的一个设定点与从该过程得到的一个被控值之间的误差为基础来确定代表对该过程的可控性的特征值，判定在该过程产生的控制响应特征是由于设定点的一个变化所造成的还是由于施加于该过程的一个扰动所造成的，再根据所确定的特征值和判定的结果来确定PID常数。

根据本发明的另一方面，一个自校正PID控制器包括：根据对过程的一个设定点与从该过程得到的一个被控值之间的误差来提取代表可控性的特征值的装置;用来判定来自该过程的控制响应特性是由于设定点的一个变化所造成的还是由于施加的一个扰动所造成的装置;以及用来根据特征值导出PID常数的PID常数确定装置，该确定装置包括一个用来确定与设定点变化对应的PID常数的第一确定单元，一个用来确定与所施加的扰动对应的PID常数的第二确定单元，以及用来根据来自判定装置的判定结果选择第一和第二确定单元二者之一的选择装置。

图1是一说明根据本发明的一个自校正PID控制器的实施例的框图。

图2是一个误差信号波形例子的示意图。

图3示出了对于设定点变化和所施加的扰动的PID控制规则。

图4是用于设定点变化方式和施加扰动方式下的模糊推理法的隶属函数的例子的示意图。

图5是表明通过模糊推理法确定PID常数的修正系数的步骤的示意图。

图6和7示出了对说明图1实施例的工作（运行过程）有用的一个流程图。

图8是说明自校正PID控制器的另一个实施例的框图。

在说明本发明的实施例之前，将首先说明本发明的原理。

在专利JP-A-62-241003所揭示的现有技术中，对设定的变化和所施加的扰动二者是以同样的方法来实现PID常数的校正的。然而有时候，如果在PID运算中对设定点变化起响应的可控性是最优化的，则对扰动起响应的可控性将降低，反之，如果对扰动起响应的可控性是最优化的，则在设定的变化的瞬态响应特性将变坏。因此就出现了一个问题，即只可能对设定点变化和扰动响应特性二者之一实现PID常数的设定。