專利名稱：工業(yè)過(guò)程的仿人pid智能控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)過(guò)程的仿人PID智能控制方法，適用于復(fù)雜 工業(yè)過(guò)程大遲延、大慣性對(duì)象(如鍋爐再熱汽溫控制、鍋爐過(guò)熱汽溫 控制、主汽壓控制)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。
背景技術(shù)：
工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是十分復(fù)雜的，特別是發(fā)電過(guò)程的一些主要熱力控 制對(duì)象(如主汽溫、主汽壓力系統(tǒng))常常不僅具有非線性、大遲延等 因素，并且結(jié)構(gòu)參數(shù)隨時(shí)間而變化，其變化規(guī)律往往難以確定。經(jīng)典 的PID控制方法三個(gè)控制參數(shù)(比例系數(shù)、積分時(shí)間、微分系數(shù))均 為整定好固定不變的常數(shù)，它的有效工作基于較準(zhǔn)確的、固定的數(shù)學(xué) 模型，這使得它在這些過(guò)程控制中難以實(shí)現(xiàn)理想的控制。然而對(duì)于工 況復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程，人工控制在這方面給了啟示，因?yàn)橐粋€(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富 的操作人員，可憑借其對(duì)被控過(guò)程特性的了解，對(duì)被控過(guò)程施加適當(dāng) 的人工控制，依然可獲得較為滿意的控制效果。因此，根據(jù)仿人控制 特點(diǎn)、尋求一種不依賴于過(guò)程數(shù)學(xué)模型的控制方法是很有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工業(yè)過(guò)程的仿人PID智 能控制方法。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本方法通過(guò)采用分散控制系統(tǒng)即仿人PID智能控制器，根據(jù)對(duì)象 偏差變化的大小、方向及速率動(dòng)態(tài)特征，采取變參數(shù)、智能積分、開
閉環(huán)結(jié)合非線性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的仿人PID智能控制；其具 體方法步驟如下
(1) 當(dāng)e^S0時(shí)，且lege。時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為
(2) 當(dāng)&6>0時(shí)，且|^>6。時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為
(3) 當(dāng)e."0時(shí)，且|^>^。時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為W =尺。e
(4)當(dāng)6咍>0時(shí)，且lege。時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為
式中e為設(shè)定值與測(cè)量值的偏差； 6為e的微分； g。為控制死區(qū)；
W為仿人PID智能控制器的輸出； W"為上一時(shí)刻仿人PID智能控制器的輸出； 《e為比例系數(shù)，由傳統(tǒng)PID整定方法獲得； 《為積分增益常數(shù)，由傳統(tǒng)PID整定方法獲得； 《為較大比例系數(shù)，按2*&初取，具體值視實(shí)際效果調(diào)
所述分散控制系統(tǒng)采用模塊組態(tài)的方法實(shí)現(xiàn)所述仿人PID智能控制。
本發(fā)明的依據(jù)、控制原則及仿人PID智能控制器-
1、 本發(fā)明的依據(jù)
仿人PID智能控制方法的基本思想是在控制過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)
控制系統(tǒng)，模仿人的控制行為功能，最大限度地識(shí)別和利用控制系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)過(guò)程所提供的特征信息，進(jìn)行啟發(fā)和直覺推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺乏精確 模型的對(duì)象進(jìn)行有效的控制。要實(shí)現(xiàn)仿人智能控制，首先應(yīng)獲取反映
過(guò)程特征信息的特征變量。利用特征變量控制PID中的積分作用，使 積分作用更加符合人的控制特征。本發(fā)明以此為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，提出了一 種仿人非線性PID智能控制方法。
2、 本方法的控制原則
(1) 當(dāng)e^〉0時(shí)，采用大比例(可大大超過(guò)傳統(tǒng)比例常數(shù))，加 大調(diào)節(jié)作用以快速抑制超調(diào)，比例系數(shù)尺=《(較大系數(shù)，可取2尺。， 具體值根據(jù)實(shí)際控制效果整定)，體現(xiàn)偏差及其變化較大時(shí)，取較大 的比例，使對(duì)不同工況具有一定的適應(yīng)性；
(2) 當(dāng)e^S0時(shí)，被控量將向目標(biāo)值回落，此時(shí)比例應(yīng)大幅減 至《。(較小系數(shù));
(3) 采取智能積分策略，根據(jù)偏差變化的不同階段模仿人工控 制而進(jìn)行選擇性地積分；即當(dāng)6^>0時(shí)，進(jìn)行積分；當(dāng)e^S0時(shí)停止 積分；
(4) 當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定且偏差較小時(shí)，g卩e^《0且le^e。時(shí)，系統(tǒng)處
于開環(huán)等待狀態(tài)。
3、本方法所述的仿人PID智能控制器
仿人PID智能控制器采用分散控制系統(tǒng)(DCS)，主流的DCS均 可采用模塊組態(tài)的方法實(shí)現(xiàn)上述仿人智能PID算法。圖1其為組態(tài)示 意圖。
傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)，比例、積分作用過(guò)大會(huì)產(chǎn)生振蕩或發(fā)散；而仿 人PID智能控制方法可加強(qiáng)控制作用，在快速抑制動(dòng)態(tài)偏差的同時(shí)， 卻不會(huì)帶來(lái)不穩(wěn)定，這是因?yàn)槠钸^(guò)極點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)立刻進(jìn)入開環(huán)等待 模式，使調(diào)節(jié)的快速性和穩(wěn)定性得到統(tǒng)一。本方法在實(shí)際投運(yùn)中，參 數(shù)易于調(diào)整、方向明確、控制效果顯著。
本發(fā)明的有益效果如下仿人PID智能控制方法對(duì)控制對(duì)象參數(shù) 變化不很敏感，當(dāng)被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)或者滯后時(shí)間發(fā)生變化時(shí)仍然 可以保證被控過(guò)程單調(diào)、無(wú)超調(diào)并且無(wú)靜差的跟蹤設(shè)定值。對(duì)具有大 延遲和超大滯后的對(duì)象，仿人PID智能控制方法不論在穩(wěn)定性、快速 性以及準(zhǔn)確性方面都比PID控制具有明顯的優(yōu)越性，它擯棄了復(fù)雜的 推理與運(yùn)算，直接吸收人工操作的專家經(jīng)驗(yàn)，模仿人工的智能識(shí)別、 智能決策，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜系統(tǒng)中的一些難控特性，仿人智能PID 控制方法表現(xiàn)出了很好的控制效果。


圖1為本發(fā)明采用的DCS組態(tài)示意圖。
在圖1中，條件1為e^〉0且lei〉e。，條件2為6七>0，條件3 為e^^O且iege。； SUM為求和模塊，T為切換模塊，M/A為手/自動(dòng) 模塊。
按照?qǐng)D1所示，逐步將圖1中的各功能塊組態(tài)出，用信號(hào)線連接， 編譯下裝即可。
具體實(shí)施例方式
按照上述發(fā)明內(nèi)容部分中的技術(shù)方案具體操作即可。
權(quán)利要求
1、工業(yè)過(guò)程的仿人PID智能控制方法，其特征在于本方法通過(guò)采用分散控制系統(tǒng)即仿人PID智能控制器，根據(jù)對(duì)象偏差變化的大小、方向及速率動(dòng)態(tài)特征，采取變參數(shù)、智能積分、開閉環(huán)結(jié)合非線性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的仿人PID智能控制；其具體方法步驟如下(1)當(dāng)　時(shí)，且|e|≤e0時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為u＝un-1(2)當(dāng)　時(shí)，且|e|>e0時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為u＝K1e+∫Kiedt(3)當(dāng)　時(shí)，且|e|>e0時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為u＝K0e(4)當(dāng)　時(shí)，且|e|≤e0時(shí)，仿人PID智能控制器的輸出為u＝K0e+∫Kedt式中e為設(shè)定值與測(cè)量值的偏差；　為e的微分；e0為控制死區(qū)；u為仿人PID智能控制器的輸出；un-1為上一時(shí)刻仿人PID智能控制器的輸出；K0為比例系數(shù)，由傳統(tǒng)PID整定方法獲得；Ki為積分增益常數(shù)，由傳統(tǒng)PID整定方法獲得；K1為較大比例系數(shù)，按2*K0初取，具體值視實(shí)際效果調(diào)整。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)過(guò)程的仿人PID智能控制方法，其 特征在于所述分散控制系統(tǒng)采用模塊組態(tài)的方法實(shí)現(xiàn)所述仿人PID智能控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)過(guò)程的仿人PID智能控制方法，適用于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程大遲延、大慣性對(duì)象的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。本方法通過(guò)采用分散控制系統(tǒng)即仿人PID智能控制器，根據(jù)對(duì)象偏差變化的大小、方向及速率動(dòng)態(tài)特征，采取變參數(shù)、智能積分、開閉環(huán)結(jié)合非線性的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的仿人PID智能控制；方法不論在穩(wěn)定性、快速性以及準(zhǔn)確性方面都比PID控制具有明顯的優(yōu)越性，它摒棄了復(fù)雜的推理與運(yùn)算，直接吸收人工操作的專家經(jīng)驗(yàn)，模仿人工的智能識(shí)別、智能決策，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜系統(tǒng)中的一些難控特性，仿人智能PID控制方法表現(xiàn)出了很好的控制效果。
文檔編號(hào)G05B11/42GK101364082SQ20081007945
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者劉永紅, 張洪濤, 鋼 彭, 徐欣航, 高志存 申請(qǐng)人:河北省電力研究院