一種pid控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊及實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊及實現(xiàn)方法，其中，所述PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊包括：溫度信號采集單元和PID控制及其參數(shù)自整定單元；溫度信號采集單元用于采集被控對象的溫度數(shù)據(jù)，并發(fā)送至PID控制及其參數(shù)自整定單元；PID控制及其參數(shù)自整定單元用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定，并通過擴展總線輸出整定結(jié)果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數(shù)進行查看和/或修改。從而在PLC的擴展功能模塊上實現(xiàn)溫度測量與PID控制，節(jié)省用戶PLC程序資源；進一步地，還具有自整定功能，從而節(jié)約了用戶參數(shù)整定的時間，提高了參數(shù)整定的準(zhǔn)確性，從而保證了控制器的控制質(zhì)量和魯棒性。
【專利說明】一種PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊及實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及PLC控制系統(tǒng)與工業(yè)溫度控制領(lǐng)域，尤其涉及一種PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊及實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PLC ( Programmable Logic Controller可編程邏輯控制器)是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。
[0003]PID (比例(proportion)、積分(integral)、微分(derivative))控制器作為最早實用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。
[0004]在工業(yè)控制中常常需要用到PID控制，以工業(yè)溫度PLC控制系統(tǒng)為例，其常常用到PID控制器，PID控制器的關(guān)鍵就是參數(shù)整定(調(diào)整并確定控制器的參數(shù)):控制器三參數(shù)(t匕例系數(shù)、積分時間、微分時間)的整定?，F(xiàn)有技術(shù)中的工業(yè)溫度PLC控制系統(tǒng)的PID控制器的參數(shù)整定通常是通過手動進行的，其不但效率低下，而且難以保證整定的準(zhǔn)確性，從而影響到控制質(zhì)量，而且還會影響到控制器的魯棒性。
[0005]有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)有待改進和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊及實現(xiàn)方法，旨在解決現(xiàn)有的工業(yè)溫度PLC控制系統(tǒng)的PID控制器的參數(shù)整定通過人工進行所帶來的效率低下、準(zhǔn)確性不高等問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊，通過擴展總線連接總控制器連接；其中，所述PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊包括:溫度信號采集單元和PID控制及其參數(shù)自整定單元；
其中，所述溫度信號采集單元用于采集被控對象的溫度數(shù)據(jù)，并將所述溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至PID控制及其參數(shù)自整定單元；
所述PID控制及其參數(shù)自整定單元用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定，并通過擴展總線輸出整定結(jié)果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數(shù)進行查看和/或修改。
[0008]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊，其中，所述溫度信號采集單元進一步包括:依次連接的多路復(fù)用電路、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和處理器；
所述多路復(fù)用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)采集，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器處理后得到相應(yīng)的傳感器溫度數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊，其中，所述PID控制及其參數(shù)自整定單元進一步包括:
自整定子單元，用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定，并將整定過程輸出值寫入下述的輸出寄存器子單元，同時在整定完成后將整定結(jié)果寫入下述的結(jié)果寄存器子單元；輸出寄存器子單元，用于存儲整定過程輸出值；
結(jié)果寄存器子單元，用于存儲整定結(jié)果。
[0010]一種上述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其中，所述方法包括以下步驟:
51、溫度信號采集單元采集被控對象的溫度數(shù)據(jù)，并將所述溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至PID控制及其參數(shù)自整定單元；
52、PID控制及其參數(shù)自整定單元根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定，并通過擴展總線輸出整定結(jié)果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數(shù)進行查看和/或修改。[0011 ] 優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟SI具體包括:多路復(fù)用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)采集，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器處理后得到相應(yīng)的傳感器溫度數(shù)據(jù)，并將所述溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至PID控制及其參數(shù)自整定單元。
[0012]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟SI之前還包括:
S0、總控制器根據(jù)用戶指令啟動所述PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的自整定功能，當(dāng)自整定被啟動后，PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的PID控制功能將被禁用優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟S2中所述PID控制及其參數(shù)自整定單元用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定具體包括:S2UPID控制及其參數(shù)自整定單元用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)通過自整定算法進行參數(shù)自整定；
S22、判斷所述自整定是否完成，若是則將整定結(jié)果寫入結(jié)果寄存器子單元，否則將整定過程輸出值寫入輸出寄存器子單元。
[0013]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其中，所述步驟S21中的自整定算法為基于繼電反饋的算法。
[0014]優(yōu)選地，所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其中，所述基于繼電反饋的算法中加入一滯后參數(shù)。
[0015]有益效果:本發(fā)明公開的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊及實現(xiàn)方法，通過在PLC的擴展功能模塊上實現(xiàn)溫度測量與PID控制，節(jié)省用戶PLC程序資源；進一步地，所述擴展功能模塊還具有自整定功能，從而節(jié)約了用戶參數(shù)整定的時間，提高了參數(shù)整定的準(zhǔn)確性，從而保證了控制器的控制質(zhì)量和魯棒性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常用的模擬PID控制系統(tǒng)的原理框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的結(jié)構(gòu)框圖。[0018]圖3為本發(fā)明的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實施例的應(yīng)用示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實施例中溫度信號采集單元的示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法的流程圖。
[0021 ] 圖6為本發(fā)明的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法中進行參數(shù)自整定的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提供一種PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊及實現(xiàn)方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]為了便于理解，首先介紹一下PID控制系統(tǒng)的工作原理，請參閱圖1，其為現(xiàn)有技術(shù)中常用的模擬PID控制系統(tǒng)的原理框圖。如圖所示，r(t)是給定值，y(t)是系統(tǒng)的實際輸出值，給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差e (t)，e (t)作為PID控制器的輸入，如式I所示:
【權(quán)利要求】
1.一種PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊，通過擴展總線連接總控制器連接；其特征在于，所述PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊包括:溫度信號采集單元和PID控制及其參數(shù)自整定單元； 其中，所述溫度信號采集單元用于采集被控對象的溫度數(shù)據(jù)，并將所述溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至PID控制及其參數(shù)自整定單元； 所述PID控制及其參數(shù)自整定單元用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定，并通過擴展總線輸出整定結(jié)果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數(shù)進行查看和/或修改。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊，其特征在于，所述溫度信號采集單元進一步包括:依次連接的多路復(fù)用電路、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和處理器； 所述多路復(fù)用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)采集，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器處理后得到相應(yīng)的傳感器溫度數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊，其特征在于，所述PID控制及其參數(shù)自整定單元進一步包括: 自整定子單元，用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定，并將整定過程輸出值寫入下述的輸出寄存器子單元，同時在整定完成后將整定結(jié)果寫入下述的結(jié)果寄存器子單元； 輸出寄存器子單元，用于存儲整定過程輸出值； 結(jié)果寄存器子單元，用于存儲整定結(jié)果。
4.一種權(quán)利要求1所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 51、溫度信號采集單元采集被控對象的溫度數(shù)據(jù)，并將所述溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至PID控制及其參數(shù)自整定單元； 52、PID控制及其參數(shù)自整定單元根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定，并通過擴展總線輸出整定結(jié)果到總控制器，便于通過總控制器對PID控制器的參數(shù)進行查看和/或修改。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟Si具體包括:多路復(fù)用電路選擇被控對象的溫度傳感器信號，并將所述溫度傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)采集，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理器處理后得到相應(yīng)的傳感器溫度數(shù)據(jù)，并將所述溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至PID控制及其參數(shù)自整定單J Li ο
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟SI之前還包括: SO、總控制器根據(jù)用戶指令啟動所述PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的自整定功能，當(dāng)自整定被啟動后，PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的PID控制功能將被禁用。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S2中所述PID控制及其參數(shù)自整定單元用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)進行參數(shù)自整定具體包括: S2UPID控制及其參數(shù)自整定單元用于根據(jù)所述溫度數(shù)據(jù)通過自整定算法進行參數(shù)自整定； S22、判斷所述自整定是否完成，若是則將整定結(jié)果寫入結(jié)果寄存器子單元，否則將整定過程輸出值寫入輸出寄存器子單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S21中的自整定算法為基于繼電反饋的算法。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的PID控制器及其參數(shù)自整定擴展模塊的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述基于繼電反饋 的算法中加入一滯后參數(shù)。
【文檔編號】G05B11/42GK103616845SQ201310609955
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張恒 申請人:深圳市億維自動化技術(shù)有限公司