[其他]自動調諧控制器及判定PID參數的方法

無效

• 申請號: 86106272
• 申請日: 1986-09-16
• 公開（公告）號: CN86106272A
• 公開（公告）日: 1987-03-18
• 發明（設計）人: 鈴木伸
• 申請（專利權）人: 山武-霍尼韋爾公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 董江雄

本發明涉及的控制器及方法，用于對根據反饋控制系統中反饋于控制目標（過程）的控制變量（pv）和設置點（sp）之間的偏差進行比例一積分一微分（以下簡稱PID）的運算，并可將如上得到的運算變量（m）傳送至上述過程，以實現在反饋控制系統中對控制目標（過程）的最佳控制。

這種PID控制器可廣泛應用于工業上。但是作為最佳控制先決條件的PID各項參數的調整則一般是以手動來實現的。對于手動調整，階躍響應方法和臨界靈敏度方法已為眾所周知。但是此兩種方法中，要用較長時間來進行特征檢測，且在檢測時要停止控制，從而在這一時刻所得到的pv值不可能為最佳值。再則在操作中這種過程的特征已經變化的情況下，就很難快速地更新最佳參數。

一種可自動調節PID控制器的裝置已經推出。但這種裝置對使用者而言太貴且太復雜。再之雖然也已經有了自適應型的PID控制器，但這種類型的控制器在結構上要比普通型的PID控制器更復雜，且一般要用到計算機才能實現。這就引起了加大運算周期（也即采樣時間）或增加存貯容量用于編制程序。

另外，一種早為人知的系統，其中在控制器中附加有非線性元件，而這種非線性元件的配置是插入于一單獨通道，從而在得到過程特征時相對于偏差進行非連續的控制操作（例如典型的兩位置控制）。如果能產生“一個有限循環”，則從此有限循環的波形中就可容易地得到其過程特征和最佳參數。

但是在此種系統中，非線性元件的兩位置值很大，且在對應該值的控制變量中波動的范圍大到這種系統不能使用，除非一些不要求快速響應的熱控系統或類似系統。

另一方面，作為運算基礎點，其有限循環具有該過程的平衡狀態點（在sp＝pv的m）。因此如果使上述兩位置的值很小，在過程中產生了擾動或sp變化很大時則有時就不能形成上述的有限循環。再之，此時的pv將留停在不希望的，與sp相比很遠的點上。

所以這種常規控制器作為自動調諧控制器（也即可自動決定最佳PID參數的控制器）缺乏實際用途。

根據本發明，這種控制器包括一個非線性元件;用于將該非線性元件插入比例運算部分前級且同時將積分運算部分與非線性元件和比例運算部分并聯相接的轉換裝置，以便將控制轉換到調諧方式;用于觀測在調諧方式于過程中形成的有限循環的觀測器;以觀測器所觀測到的結果為依據，用于確定在過程控制中所用到的最佳PID參數并用于將此參數傳送到運算部分的調節器;還包括控制裝置用于在正常操作方式下根據預定條件的建立使上述轉換裝置工作以進行調諧，并可在調諧方式根據PID參數的確定而恢復上述轉換裝置。

根據本發明的控制器及方法可在正常操作中完成正常PID控制，并對過程中產生的有限循環予以監測以獲得過程特征，如其偏差超過某一預定值時，該控制器可自動轉入調諧狀態，其中PID的參數予以更換以完成對該過程的最佳控制，該最佳PID參數將根據上述監測結果予以確定，其后該控制器又恢復正常操作，而其中所用的為更換后的參數。另外在調諧方式該過程的反饋控制仍予維持。

理想有限循環的生成位置可經上述配置中所觀測到的有限循環生成位置而予以計算，而該過程的特征和最佳PID參數則可根據理想有限循環的生成位置來得到。

圖1的框圖示出了本發明的一種實施方案;

圖2所示為在調諧方式下所產生的“有限循環”;

圖3示出了該“有限循環”的各生成點;

圖4的框圖示出了由微型計算機構成的控制器的典型實例：

圖5和6的流程圖示出了在一個中央處理機（CPU）中處理程序的實例。

其中1為過程，10為控制器，11為比例運算部分，12為積分運算部分，13為微分運算部分，14為輸出部分，15為輸入部分，16為觀測器，17為狀態轉換部分，18為非線性元件，19為調節器，SW1-SW3為開關。

圖1的框圖示出了本發明的一種實施例。此圖中，在本實施例中的自動調諧控制器10包括三個開關SW1，SW2和SW3。這些開關相互連接，可在正常操作方式〔其中每一開關轉至A（自動）側〕和調諧方式〔其中各開關接至T（調諧）側〕之間同時予以轉換。

該控制器10具有比例運算部分11，積分運算部分12，微分運算部分13，輸出部分14（用于將通過這些運算部分的輸出相加所得到的運算可變量m輸送至過程1），還具有輸入部分15（用于將反饋自過程中的受控變量pv和設置點sp之間的偏差輸入至各運算部分）。在正常操作方式，控制器10輸出由等式1所表示的運算變量m

m＝m₁+m₂+m₃