[发明专利]一种PID系统及其参数自动调整方法

说明书

本发明公开了一种PID系统及其参数自动调整方法。该PID系统参数自动调整方法包括：步骤1，配置PID系统误差阈值；步骤2，配置PID参数调整步长；步骤3，误差更新；步骤4，误差与阈值比较；步骤5，确定PID参数使用的步长；步骤6，更新PID参数；步骤7，根据PID参数得到PID控制值，返回步骤3。该PID系统包括：实测值获取模块、存储器、误差计算模块、误差阈值及PID参数调整步长配置表、本周期参数步长确定模块、本周期参数计算模块、PID控制值计算模块、以及PID控制值输出模块。本发明实现PID参数的自动调节，适应各种应用场合。

技术领域

本发明涉及一种自动化控制技术，尤其涉及一种PID系统及其参数整定方法。

背景技术

目前，比例-积分-微分(PID)闭环控制系统是工业控制领域重要的控制方法。在PID控制系统中，P、I、D三个参数是经过计算和测试得出的较好值，在PID系统运行中该参数保持不变。PID参数的整定主要有两类：理论计算整定法和工程整定法。

理论计算整定法是PID系统常用的确定PID三个参数的方法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。理论计算出的参数数据通常都不能直接使用，还必须通过工程实际测试进行修改和调整。

工程整定方法主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。在一些复杂的系统中，参数整定比较困难，需要具备丰富经验的工程师才能完成。工程整定法适用范围受限，每种方法只适用于某种特定工程场景，不具备通用性。

可见，现有技术的PID参数的确定比较复杂，往往需要丰富经验的工程师才能够快速得到准确可用的参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种根据误差大小和上一采样周期的PID参数的调整步长来确定本采样周期的PID参数的调整步长从而实时调整PID参数的PID系统及其参数自动调整方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，提供一种PID系统参数自动调整方法。该方法包括如下步骤：

步骤1，配置PID系统误差的阈值区间；

步骤2，配置PID参数每次调整的步长，形成PID参数调整步长配置表；

步骤3，用当前采样得到的实测值更新上一次采样得到的实测值，计算目标值与当前采样得到的实测值之差得到误差；

步骤4，根据计算得到的误差的大小，查询所配置的误差阈值区间，确定误差所在的阈值区间；

步骤5，读取所保存的上一采样周期PID参数的调整步长，查询PID参数调整步长配置表，确定本采样周期PID参数的调整步长；

步骤6，将所确定的本采样周期PID参数调整步长与上一采样周期的PID参数相加，得到本采样周期的PID参数；

步骤7，根据本采样周期的PID参数得到PID系统的控制值，返回步骤3。

对于上述PID系统参数自动调整方法，PID参数调整步长的配置遵循以下原则：根据本采样周期的误差所处的阈值区间，本采样周期的PID参数调整步长配置为相应级别；同时，本采样周期的PID参数调整步长相对于上一采样周期的调整步长要逐级改变。

对于上述PID系统参数自动调整方法，配置PID系统误差的阈值区间进一步包括：将误差的正值从小到大分为4个阈值区间：0区间、低值区间、中值区间、以及高值区间，误差的负值从小到大分为4个阈值区间：负的高值区间、负的中值区间、负的低值区间、以及负的0区间。

对于上述PID系统参数自动调整方法，对应于误差的阈值区间，将PID参数的调整步长分为四级：0、低、中、以及高。