專利名稱：一種具有可選控制模板的pidt控制技術(shù)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能控制領(lǐng)域或工業(yè)控制領(lǐng)域，特別涉及控制器、控制系統(tǒng)的控制技術(shù)及其控制方法。。
背景技術(shù)：
在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。在一些復(fù)雜的精度高的控制系統(tǒng)中，PID控制效果可能還不是特別理想，比如存在調(diào)節(jié)時間與超調(diào)量之間的矛盾，調(diào)試較為困難等，人們不斷探索新的控制策略，如模糊控制(Fuzzy Control)、神經(jīng)元控制(Neuron Control)等。由PID控制算法衍生而來的控制策略越來越多，如遺傳算法PID控制(Genetic Algorithm PID Control)、模糊自適應(yīng)PID控制(Fuzzy Self-adjusting PID Control )、神經(jīng)兀 PID 控制(Neuron PID Control )、最優(yōu) ·PID控制(Optimal PID Control)、非線性 PID 控制(Nonlinear PID Control)和魯棒 PID 控制(Robust PID Control)等。這些控制技術(shù)存在計算量大,應(yīng)用復(fù)雜,對調(diào)試操作人員的要求高等缺陷，這可能是這些技術(shù)難于廣泛應(yīng)用的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，是針對前述背景技術(shù)中的不足和缺陷，公開一種具有可選控制模板庫的PIDT控制技術(shù)、控制器及其方法,控制模板庫(Control TemplateLibrary)由基本控制模板(Basic Template)和自建控制模板(Self-built Template)組成。PIDT控制方案是在PID控制基礎(chǔ)上，增加可選模板控制部分，控制模板具有直接、直觀、簡單、且易于理解的特點，可簡化調(diào)試過程，提高控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)和響應(yīng)性能，對于一些復(fù)雜系統(tǒng)的啟動過程，既可以用模板獨立控制，也可以采用PID和模板(T)聯(lián)合控制，采用模板獨立控制時，PID控制輸出一個常量Uc0為實現(xiàn)上述目標(biāo)，所采用的技術(shù)方案是
具有可選控制模板的PIDT控制器，由PID控制器和可選控制模板庫(TemplateLibrary)組成，可選控制模板的PIDT控制器輸出包含PID輸出和模板(T，Template)輸出兩部分，包括比例(P )控制、積分(I)控制、微分(D )控制、模板(T )控制。具有可選控制模板的PIDT控制器的控制律為+ titempiaie
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上式中，e(t)為偏差信號，(為比例放大系數(shù)，7>為積分時間常數(shù)，7；為微分時間常數(shù)；KI= 尤//>為積分系數(shù)，\=kptd為微分系數(shù)；
u(t):表不具有可選控制模板的PIDT控制器的輸出信號； upid(t):表示具有可選控制模板PIDT控制器的PID輸出部分；·
Utemplate :表不具有可選控制模板PIDT控制器的控制模板輸出；
表示系統(tǒng)在運行過程中，調(diào)用控制模板的次數(shù)；
Tn :表示第n次啟動控制模板的起始時間； e(Tj :表不第n次啟動控制模板時刻的偏差大?。? sgn{e(Tj):確定模板控制量的正負(fù)極性；
_.m):表示7；時刻控制偏差乂/y情況下控制模板的強度系數(shù)，系數(shù)《況)由 )的絕對值的大小所對應(yīng)區(qū)域通過查表確定，決定控制模板所產(chǎn)生的附加控制量的強度大??；
UtemplaJt-TJ :表示第n次啟動控制模板函數(shù)。任何時候，最多只允許且只有一個控制模板工作。通常情況下，為了避免頻繁啟動控制模板，除了滿足控制偏差達(dá)到一定的偏差值的要求外，還要確保相鄰的前控制模板工作停止(控制模板無輸出)后，必須達(dá)到一個最小的時間間距，后續(xù)控制模板才能啟動。這個最小的時間間距定義為控制模板工作窗口保護
期 TWP。t旲板單獨控制時，王要應(yīng)用于系統(tǒng)初始啟動時，PIDT控制器輸出為 U⑴=UpJt)+ Utemplate
UC+ template
UC為控制器輸出的一個常量。PIDT控制器提供一個可選控制模板庫，控制模板庫由基本控制模板(BasicTemplate Library)和自建控制模板(Self-built Template Library)組成。PIDT控制器提供一定存儲空間和操作界面，根據(jù)已有控制經(jīng)驗、統(tǒng)計特性、控制對象特點，技術(shù)人員可自建控制模板并存儲。針對控制系統(tǒng)對控制器輸出、調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量等技術(shù)要求和系統(tǒng)特點，從控制模板庫中選用一個合適的控制模板，并配置模板的作用時間?？刂颇０逄峁┮粋€與被控對象相匹配的具有一定模板形狀的作用時間合適的附加的輸出控制量，以便解決控制系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)參數(shù)難于兼顧快速響應(yīng)與超調(diào)量之間的矛盾，簡化控制系統(tǒng)的PID參數(shù)調(diào)整，提升控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)和整體性能。采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點。(I)具有可選控制模板的PIDT 控制技術(shù)的控制結(jié)構(gòu)仍然具有比例(P)、積分(I)、微分(D)形式，具有經(jīng)典PID控制所具有的結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠、應(yīng)用面廣的優(yōu)點。(2)具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)通過可選控制模板提供一個附加的與控制對象相匹配的作用時間有限的強度與偏差對應(yīng)的控制量，模板控制(T)部分可提升系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)和動態(tài)性能，在PIDT控制器調(diào)試和確定調(diào)節(jié)參數(shù)過程中，便于解決經(jīng)典PID控制器的控制器輸出、調(diào)節(jié)時間與超調(diào)量之間難于兼顧的問題。(3)具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)可依據(jù)其控制模板的建立規(guī)則，自建控制模板，該功能為工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地解決現(xiàn)場具體控制技術(shù)問題提供了一個良好的技術(shù)支撐平臺。(4)與其他智能控制方法相比較，本發(fā)明可選控制模板的PIDT控制技術(shù)具有易于理解、調(diào)試方便、容易推廣等優(yōu)點，實驗證明，該技術(shù)完全能夠滿足控制系統(tǒng)的實時、動態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)量小等動態(tài)性能要求較高的場合。


圖I是具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)原理圖。圖2是本發(fā)明所提供的單極性余弦控制模板。圖3是本發(fā)明所提供的雙極性余弦指數(shù)衰減控制模板。圖4是本發(fā)明所提供的單極性梯形控制模板。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明。I、一種可選控制模板的PIDT控制器的組成結(jié)構(gòu)。PIDT控制器主要由PID控制器、控制模板庫組成，具有人機操作界面并提供足夠的存儲空間。2、控制模板有兩種主要的存儲形式
(1)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式,如cosCOt等；
(2)控制量輸出查詢表。3、三種基本控制模板
可選控制模板庫由余弦控制模板、余弦指數(shù)衰減控制模板、梯形控制模板等基本模板組成，根據(jù)需要，用戶還可自己設(shè)計和自建控制模板。(I)余弦控制模板
權(quán)利要求
1.ー種具有可選控制模板庫的PIDT控制技術(shù)，其特征在于包含PID控制和模板T控制，其中，PIDT控制技術(shù)的控制律為
2.如權(quán)利要求I所述的ー種具有可選控制模板庫的PIDT控制器和系統(tǒng)，其特征在于包括ー個可選控制模板庫，可選控制模板庫由基本控制模板(Basic Template Library)和自建控制模板(Self-built Template Library)組成,具有人機操作界面并提供足夠的存儲空間，控制模板有兩種主要的存儲形式為 (1)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式,如cosω t等； (2)控制量輸出查詢表； 基本控制模板包含余弦控制模板、余弦指數(shù)衰減控制模板、梯形控制模板等基本模板組成，其數(shù)據(jù)特征為(1)余弦控制模板 (cosmt，O < ω < wjlUtempiatei ) = ^ [O 3 ω > π/2(2)余弦指數(shù)衰減控制模板 lcmmt/2) y0<mt<3w/2Utempiat^t)=<產(chǎn)O3 Φ > JMf Z(3)梯形控制模板 50< <ΓιUtemplat^/) = ^ (Tl + T2—t)/T I 5 Tl<t S Γ + Γ2。 Qj>Ti!- Tl
3.如權(quán)利要求1、2所述的控制模板技術(shù)特征為控制模板分為單極性控制模板和雙極性控制模板兩類；控制模板的三個主要技術(shù)特征為(1)模板形狀； (2)幅值；(3)作用時間。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的控制模板技術(shù)特征的模板構(gòu)建和模板應(yīng)用方法。
5.如權(quán)利要求1、2、3、4所述的控制方法的具體實現(xiàn)步驟為步驟I :選擇控制模板；步驟2 :設(shè)置控制模板作用時間和啟動間隔；步驟3 :根據(jù)模板的作用時間，建立時間、模板控制量輸出查詢表；步驟4 :設(shè)置控制模板強度系數(shù)查詢表；步驟5 :設(shè)置可選控制模板的PIDT控制器的初始參數(shù)步驟6 :預(yù)置控制模板工作計時器、工作窗ロ保護期計時器初始參數(shù)；步驟7 :判斷是否滿足控制模板工作的條件；步驟8 :控制模板運行標(biāo)志和模板工作窗ロ運行保護標(biāo)志；步驟9:計算控制模板輸出；步驟10 :計算PID輸出；步驟11 :計算PIDT輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有可選控制模板的PIDT控制技術(shù)及其方法，它包含PID控制和模板控制，通過模板控制，提升系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。PID控制過程中，要做到一組控制參數(shù)既適應(yīng)大偏差時的啟動過程，又適應(yīng)較小偏差時的工作過程是很困難的，存在響應(yīng)快慢與超調(diào)量大小之間的矛盾。PIDT控制技術(shù)的主要方法是在控制系統(tǒng)啟動(偏差相對較大)過程中，采用模板(T)獨立控制或PID控制與模板(T)聯(lián)合控制，模板控制量的大小由選用模板和模板控制強度系數(shù)確定；工作過程中，偏差較小時采用PID控制，超出一定偏差時，調(diào)用模板控制；不同偏差時，選用不同的模板控制系數(shù)；模板每次控制的作用時間是有限的。具有可選控制模板的PIDT控制器中，控制模板既有已建好的，也可以根據(jù)控制規(guī)律自建模板。
文檔編號G05B11/42GK102736514SQ20121024290
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月15日
發(fā)明者何亨貴, 杜飛明 申請人:杜飛明, 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院