一种PID控制器动态调整控制周期的方法

摘要

本发明公开了一种PID控制器动态调整控制周期的方法，具体包括：S1、基于预设的稳态巡航开关以及稳态标志更新可变控制周期；S2、基于第一参数与可变控制周期的比较结果确定是否计算PID控制器的第二参数和控制增量，若第一参数大于等于可变控制周期，则计算PID控制器的第二参数和控制增量，否则不执行步骤S3；S3、比较计算得到的PID控制器的第二参数与预设阈值，并基于比较结果更新稳态标志以及输出累加控制增量的控制量；本发明兼顾长周期控制与扰动时的快速响应，稳态状态下实现短控制周期以及有调节输出之后的长控制周期自动切换，以快速响应扰动，又保证了输出不频繁调节。

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制系统的实时控制领域，具体涉及一种PID控制器动态调整控制周期的方法。

背景技术

工业领域90％以上的控制回路采用了PID算法，PID算法的基本思路是，每隔固定的时间间隔，用偏差变化量计算出比例控制增量，用偏差量计算出积分增量，用偏差变化量的变化量(即当前偏差与上一个计算时刻的偏差的差，与上一个计算时刻的偏差与上上一个计算时刻的偏差的差，这二个差值的差，也称为偏差变化加速度)计算出微分控制增量。

有些工业流程之中，如离心风机的控制，控制输出不应该频繁动作，因而PID控制器设定较长的控制周期，但是一旦扰动引起工艺指标波动，又希望能及时响应。现有技术中PID控制器均采用固定控制周期控制，在长周期控制时难以实现对扰动的快速响应。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种PID控制器动态调整控制周期的方法，兼顾长周期控制与扰动时的快速响应，提升工业现场的控制品质。

本发明提出的一种PID控制器动态调整控制周期的方法，具体包括：S1、基于预设的稳态巡航开关以及稳态标志更新可变控制周期；S2、基于第一参数与可变控制周期的比较结果确定是否计算PID控制器的第二参数，所述第二参数包括控制增量，若第一参数大于等于可变控制周期，则计算PID控制器的第二参数，否则不执行步骤S3；S3、比较计算得到的PID控制器的第二参数与预设阈值，并基于比较结果更新稳态标志以及输出累加控制增量的控制量。

进一步的，步骤S1具体包括：若预设的稳态巡航开关为ON且稳态标志为ON，可变控制周期更新为系统扫描周期，否则可变控制周期保持预设控制周期不变。

若预设稳态巡航开关为ON且稳态标志为ON，则PID控制器开启了动态调整控制周期的功能且系统处于稳定状态。

进一步的，所述系统扫描周期小于预设控制周期，且预设控制周期为系统扫描周期的整数倍。

可变控制周期在稳态状态下可实现短控制周期快速响应扰动，在有调节输出时采用长控制周期。

进一步的，所述步骤S2中第一参数的值为周期计数器的值累加系统扫描周

通过周期计数器和系统扫描周期的累加用来确定进行PID控制器第二参数的计算。

进一步的，步骤S3具体包括：S31，若控制增量小于预设阈值，则判断系统处于稳定状态，稳态标志置为ON，输出的控制量不变；S32、若控制增量大于预设阈值，则稳态标志置为OFF，判断系统不处于稳态，则输出控制量累加控制增量。

进一步的，步骤S32还包括，若控制增量大于预设阈值且超过预设增量限幅，则将控制增量限定为增量限幅。

进一步的，所述第二参数还包括测量值与设定值的差值。

进一步的，步骤S3具体包括：S31

本发明的有益效果是：

1、通过检测控制增量是否小于阈值而动态设定PID控制器控制周期，实现长周期控制时对扰动的快速响应。

2、稳态状态下实现了短控制周期以及有调节输出之后的长控制周期自动切换，以快速响应工艺指标波动，又保证了输出不频繁调节。

3、对输出限定了安全阈值，从而保证了输出的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中的PID控制器动态调整控制周期的方法流程示意图；

图2为本发明实施例中的PID控制器动态调整控制周期软件功能实现流程图。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。

为了方便对本发明的理解，首先对本发明中提到的一些专业术语进行说明。

PID控制器，工业现场大量使用的一种控制算法，通过计算测量值与设定值之间的偏差、偏差变化速度、偏差变化加速度等信息，得出控制增量，从而使测量值跟踪设定值。

偏差，测量值与设定值的差值。

控制周期，由工程师设定的PID控制器计算周期，是系统扫描周期的整数倍。

可变控制周期，本方法提出的一种动态变化的PID控制器控制周期。

系统扫描周期，由控制系统决定的周期性扫描的算法逻辑的时间间隔。

稳态，指测量值符合工艺需求，与设定值在一定时间内保持接近或相等的状态。

稳态巡航，本方法提出的，在上述稳态状态下，PID控制器采用较短控制周期的运行状态。

周期计数器，每个系统扫描周期累加的计数器，用于实现PID控制器按控制周期运行。

增量限幅，控制增量为正时，要求控制增量不得大于此限幅，控制增量为负时，要求控制增量不得小于0减去此限幅。

如图1所示，为本发明实施例中的PID控制器动态调整控制周期的方法流程示意图，具体包括S1、基于预设的稳态巡航开关以及稳态标志更新可变控制周期；S2、基于第一参数与可变控制周期的比较结果确定是否计算PID控制器的第二参数，所述第二参数包括控制增量，若第一参数大于等于可变控制周期，则计算PID控制器的第二参数，否则不执行步骤S3；S4、重复执行步骤S1-S3。

下面结合焦化行业焦炉集气管系统中对离心风机的控制对本发明提出的一种PID控制器动态调整控制周期的方法加以说明。

在焦化行业焦炉集气管系统中，风机前压力是重要的工艺控制指标之一。过高的机前压力会造成集气管压力过高，引起荒煤气泄漏，违反环保要求，过低的机前压力会造成荒煤气中氧含量超标，引发爆炸等生产事故。

大部分焦化行业焦炉集气管系统采用离心风机，采用PID控制器通过调节风机转速控制机前压力。离心风机的设备特点要求转速不能频繁调节，故风机转速PID控制器的控制周期设定较长。但是各种扰动会引起机前压力瞬间大幅度波动，例如焦炉装煤喷氨水等，为及时抑制压力波动，工艺希望风机转速能快速响应，为此本实施采用如下方法解决上述问题。

S1、操作人员或者工程师设定稳态巡航开关为ON，则开启PID控制器动态调整控制周期的功能，设定稳态巡航开关为OFF,则关闭PID控制器动态调整控制周期的功能。控制离心风机转速的PID控制器的预设控制周期为20秒，此时可变控制周期为预设控制周期，即为20秒；

系统首次运行的稳态标志设为OFF，则代表系统不处于稳态，此时可变控制周期不变，PID控制器保持20s的控制周期对离心风机进行控制，使离心风机风速的变化不会有较大波动。

若在后续的运行过程中若稳态标志设为ON，则代表系统处于稳态，此时将课表控制周期的时间更新为系统扫描周期为0.5s，可以及时的响应扰动。

S2、周期计数器的初始值为0，周期计数器和系统扫描周期累加，作为第一参数。并且将累加后的周期计数器和可变控制周期比较，如果累加后的周期计数器大于等于可变控制周期，则计算第二参数。在本实施例中，则根据PID控制算法，计算PID比例、积分、微分各项控制增量，并将各部分累加，得到总的PID控制器的控制增量。

如果步骤S1得的可变控制周期如果为0.5s，则周期计数器一定大于等于可变控制周期，即系统处于稳态。对PID控制器的控制增量进行一次计算，周期计数器也恢复初始值为0。本发明的实施例中，PID控制器的第二参数还可以为测量值与设定值的差值。

如果步骤S2得的可变控制周期如果为20s，周期计数器为0.5s,则周期计数器不进行PID控制器的控制增量的计算，重新从步骤S1开始执行。

S3、将步骤S2中计算得到的PID控制器的控制增量与预设阈值进行比较。

本发明实施例中，预设阈值为增量限幅的一定比例，优选的，预设阈值为为增幅限幅的1％。如果控制增量小于预设阈值，则更新稳态标志位为ON，系统处于稳态，控制增量也设为0，则输出的控制量不变,不修改控制输出。

如果控制增量大于预设阈值，则更新稳态标志位OFF，系统不处于稳态，则输出的控制量为控制量和控制增量的累加。

为了保证输出的安全，对控制增量的进行了上限限制，即对控制增量和增量限幅进行比较。如果控制增量大于增量限幅，则将增量限幅的值作为控制增量，用于与控制量累加后作为控制量。

S4、重复执行S1-S3。

如图2所示为本发明实施例中的PID控制器动态调整控制周期软件功能实现流程图。具体包括：

(1)开始PID控制器动态调整控制周期扫描。

(2)设置可变控制周期等于预设控制周期。

(3)稳态巡航循环开关由操作人员或工程师设定，如果稳态巡航开关为ON，则转第4步，判断当前是否处于稳态，否则转第6步。

(4)如果稳态标志为ON，则转第5步，否则转第6步。

(5)设定可变控制周期等于系统扫描周期。

(6)周期计数器和系统扫描周期进行累加计数。

(7)如果周期计数器大于等于可变控制周期，转第8步，否则转第17步。

(8)将周期计数器清零。

(9)根据PID控制算法，计算PID比例、积分、微分各项控制增量，并累加，得到总的控制增量。

(10)如果控制增量小于预设阈值，则转第11步，否则转第12步。

(11)设定稳态标志为ON，即控制增量已经小于预设阈值了，认为系统处于稳态状态。

(12)如果控制增量大于阈值，即已经有明显的调节输出了，则设定稳态标志为OFF，认为系统不处于稳态。

(13)如果控制增量小于一定的阈值，则设定控制增量为0，不修改控制输出。

(14)上述计算的控制增量如果大于增量限幅，则转第15步，否则转第16步。

(15)设定控制增量不得超过增量限幅。

(16)控制量叠加上述计算出来的控制增量输出。

(17)重复执行上述步骤。

以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。