PID控制参数整定方法、装置、设备及存储介质转让专利
申请号 : CN202111583815.3
文献号 : CN113960922B
文献日 : 2022-03-11
发明人 : 苏冬日
申请人 : 深圳市晨北科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种PID控制参数整定方法,其特征在于,包括:获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度,所述设备当前被设定的温度为目标温度;
根据所述多个目标采样温度,进行振荡曲线拟合,得到目标振荡拟合曲线,所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律;
在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下,根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线,确定所述目标温度对应的PID控制参数,所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况,其中,所述偏距用于指示所述目标振荡拟合曲线的偏移程度,所述偏移程度用于反映以所述目标增益进行PID控制时的PID控制是否精准稳定。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:在所述偏距不在所述预设偏差范围内的情况下,根据所述偏距,调整所述目标增益,并返回执行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤,直至所述偏距在所述预设偏差范围内或无法继续调整所述目标增益。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:在无法继续调整所述目标增益的情况下,根据最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标增益,和最接近于所述预设偏差范围的偏距对应的目标振荡拟合曲线,确定所述目标温度对应的PID控制参数。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述多个目标采样温度,进行振荡曲线拟合,得到目标振荡拟合曲线,包括:对所述多个目标采样温度进行振荡曲线拟合,得到所述目标振荡拟合曲线;
所述预设偏差范围为[T‑a,T+a],a为预设常数,T为所述目标温度;
所述根据所述偏距,调整所述目标增益,包括:若所述偏距小于T‑a,则增大所述目标增益;
若所述偏距大于T+a,则减小所述目标增益。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述多个目标采样温度,进行振荡曲线拟合,得到目标振荡拟合曲线,包括:计算所述多个目标采样温度与所述目标温度之间的温度差;
对所述温度差进行振荡曲线拟合,得到所述目标振荡拟合曲线;
所述预设偏差范围为[‑a,a],a为预设常数;
所述根据所述偏距,调整所述目标增益,包括:若所述偏距小于‑a,则增大所述目标增益;
若所述偏距大于+a,则减小所述目标增益。
6.根据权利要求4或5所述的方法,其特征在于,所述增大所述目标增益包括:
以预设变化增益增大所述目标增益;或者以二分法在所述目标增益与最大增益之间调整所述目标增益;
所述减小所述目标增益包括:
以预设变化增益减小所述目标增益;或者以二分法在所述目标增益与最小增益之间调整所述目标增益。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度之前,还包括:获取对设备设定的至少两个设定温度,所述目标温度为所述至少两个设定温度中的任意一个设定温度;
所述根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线,确定所述目标温度对应的PID控制参数之后,还包括:
根据用于确定所述目标温度的PID控制参数的目标增益,确定所述目标温度的下一设定温度对应的目标增益,并将所述下一设定温度设定为所述设备的目标温度,执行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤,直至确定完所有的设定温度的PID控制参数。
8.一种PID控制参数整定装置,其特征在于,包括:温度采样模块,用于获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度,所述设备当前被设定的温度为目标温度;
曲线拟合模块,用于根据所述多个目标采样温度,进行振荡曲线拟合,得到目标振荡拟合曲线,所述目标振荡拟合曲线用于反映所述多个目标采样温度的振荡规律;
参数确定模块,用于在所述目标振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下,根据所述目标增益和所述目标振荡拟合曲线,确定所述目标温度对应的PID控制参数,所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况,其中,所述偏距用于指示所述目标振荡拟合曲线的偏移程度,所述偏移程度用于反映以所述目标增益进行PID控制时的PID控制是否精准稳定。
9.一种计算机设备,其特征在于,包括存储器以及处理器,所述处理器用于执行存储在所述存储器中的一个或多个计算机程序,所述处理器在执行所述一个或多个计算机程序时,使得所述计算机设备实现如权利要求1‑7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1‑7任一项所述的方法。
说明书 :
PID控制参数整定方法、装置、设备及存储介质
技术领域
背景技术
控制具体可用于温度控制、压力控制、液位控制等控制场景中。
PID控制参数进行温度控制,这样会导致在某些温度下无法实现精准控温,因此,如何实现
精准控温是需要解决的问题。
发明内容
的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。
振荡规律的振荡拟合曲线,在振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下,根据目标
增益,确定目标温度对应的PID控制参数。振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内时,说明
采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较小,即按目标增益进行PID控制得
到的实际温度能够与目标温度相符合,从而能够实现精准控温;基于采样温度进行振荡曲
线拟合并确定振荡拟合曲线的偏距的方式,能够快速确定目标温度对应的PID控制参数。
增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤,直至所述偏距在所述预设
偏差范围内或无法继续调整所述目标增益。当振荡拟合曲线的偏距不在预设偏差范围内
时,说明采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较大,按目标增益对应的PID
参数进行PID控制得到的实际温度与目标温度不符,通过调整增益,基于调整后的增益对应
的PID参数进行PID控制得到的实际温度与目标温度相符,从而能够实现精准控温。
所述预设偏差范围的偏距对应的目标振荡拟合曲线,确定所述目标温度对应的PID控制参
数。在无法继续调整目标增益的情况下,将最接近于预设偏差范围的偏距对应的目标增益
所对应的PID参数进行PID控制,能够使得PID控制得到的温度与目标温度最接近。
合,得到所述目标振荡拟合曲线;所述预设偏差范围为[T‑a,T+a],a为预设常数,T为所述目
标温度;所述根据所述偏距,调整所述目标增益,包括:若所述偏距小于T‑a,则增大所述目
标增益;若所述偏距大于T+a,则减小所述目标增益。
之间的温度差;对所述温度差进行振荡曲线拟合,得到所述目标振荡拟合曲线;所述预设偏
差范围为[‑a,a],a为预设常数;所述根据所述偏距,调整所述目标增益,包括:若所述偏距
小于‑a,则增大所述目标增益;若所述偏距大于+a,则减小所述目标增益。
益;所述减小所述目标增益包括:以预设变化增益减小所述目标增益;或者以二分法在所述
目标增益与最小增益之间调整所述目标增益。
目标温度为所述至少两个设定温度中的任意一个设定温度;所述根据所述目标增益和所述
目标振荡拟合曲线,确定所述目标温度对应的PID控制参数之后,还包括:根据用于确定所
述目标温度的PID控制参数的目标增益,确定所述目标温度的下一设定温度对应的目标增
益,并将所述下一设定温度设定为所述设备的目标温度,执行所述获取按目标增益对设备
进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤,直至确定完所有的设定温度的PID控制
参数。通过将当前温度的增益作为当前温度的下一温度完成对所有设定温度的PID控制参
数的设置,能够快速确定每个设定温度的PID控制参数。
所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。
或多个计算机程序时,使得该计算机设备实现上述第一方面的PID控制参数整定方法。
一方面的PID控制参数整定方法。
到的实际温度能够与目标温度相符合,从而能够实现精准控温;基于采样温度进行振荡曲
线拟合并确定振荡拟合曲线的偏距的方式,能够快速确定目标温度对应的PID控制参数。
附图说明
具体实施方式
系的其他设备,如在具有温控系统的设备出厂之前对具有温控系统的设备进行设置或修改
的设备(如上位机)。
荡拟合曲线,当振荡拟合曲线的偏距处于预设的偏差范围时,说明采集到的实际温度的波
动和与设定温度的差距较小,PID控制得到的温度与设定温度相匹配,这种情况下,说明设
置的目标增益是合理的,根据目标增益确定的PID控制参数进行温度控制能实现精准控制;
当振荡拟合曲线的偏距不在预设的偏差范围时,说明采集到的实际温度的波动和与设定温
度的差距较大,PID控制得到的温度与设定温度不匹配,这种情况下,说明设置的目标增益
不够合理,调整目标增益,重复执行采集实际温度和构建振荡拟合曲线的步骤,直至构建得
到的振荡拟合曲线的偏距处于预设的偏差范围内,进而使得温度控制得到的温度与设定温
度相匹配。当调整增益无法使得振荡拟合曲线的偏距处于预设的偏差范围时,依据最接近
于预设偏差范围的偏距对应的目标增益,确定PID控制参数,这种情况下进行温度控制得到
的温度能够与设定温度的差距最小。通过不断设置调整增益并基于实际温度进行振荡曲线
拟合的方式,能够快速对设定温度对应的PID控制参数进行设置;在设定温度较多的情况
下,有助于提高PID控制参数设置的效率。
备。如图1所示,该方法包括如下步骤:
统可以为任意一种具有温度控制功能的设备的温控系统。在具体实施场景中,目标温度可
以是用户设置的温度或者实现加热功能所需的温度,以烤箱为例,假设用户在烤箱上设置
的温度为230°,这里的230°即为目标温度。
度,再根据具体的温度控制需求对温控系统的温度变化范围进行划分,得到多个设定温度,
然后从多个设定温度中选择其中一个设定温度作为目标温度。在一种具体实现方式中,可
以通过等分的形式对温控系统的温度变化范围进行划分,得到多个设定温度。以温度变化
范围为[100,200]为例,则可以以50°为间隔,将温度变化范围划分为100°、150°以及200°,
并将100°、150°以及200°分别作为设定温度。
100°作为目标温度,再选择150°作为目标温度,最后选择200°作为目标温度,确定200°对应
的PID控制参数。可选地,也可以按其他方式选择设定温度作为目标温度。
于输入信号的放大倍数。目标增益可根据经验获得,例如可以设置为10。
控制实际达到的温度,其中,按目标增益进行PID控制是指按目标增益对应的PID参数进行
温度控制。在具体实施场景中,目标采样温度可以是通过温度采集器/温度传感器采集到的
温控系统的实际温度。应理解的是,目标采样温度的数量为多个。
系统的当前温度小于或等于预设温度;在温控系统的当前温度小于或等于预设温度后,将
温控系统的增益设置为目标增益,将温控系统对应的PID控制参数设置为目标增益对应的
PID控制参数进行温度控制,通过温度采集器/温度传感器采集温控系统的运行温度,作为
目标温度在目标增益下对应的目标采样温度。这样可以保证获取到的目标采样温度基于
PID控制得到的,以便于更好地衡量PID控制的精准度。
曲线拟合,得到反映目标采样温度的振荡规律的目标振荡拟合曲线。
温度的初相,反映x为0时的目标采样温度的相位;D1为偏距,反映正弦拟合曲线的整体偏移
程度。
的表达式如下:
时的温度差的相位;D2为偏距,反映正弦拟合曲线的整体偏移程度。
温度的初相,反映x为0时的目标采样温度的相位;D3为偏距,反映余弦拟合曲线的整体偏移
程度。
曲线的表达式如下:
时的温度差的相位;D4为偏距,反映余弦拟合曲线的整体偏移程度。
温度的偏差,进而可以衡量PID控制的精准度;通过对实际温度与目标温度之间的温度差进
行拟合,使得拟合得到的目标振荡拟合曲线能够更直观地反映实际温度的波动和与目标温
度之间的偏差情况。
周期性振荡)状态下的目标采样温度,进行振荡曲线拟合,拟合方式可参见前述内容。其中,
在将温控系统的增益设置为目标增益后,可以对目标采样温度的幅度进行监测,若监测到
目标采样温度的幅度呈现周期性变化,则确定目标采样温度呈周期性振荡。可以理解的是,
在设备的设定温度为目标温度的情况下,当所检测的温度在目标温度的附近波动时,可认
为目标采样温度的幅度呈现周期性变化;波动范围可以为±5℃、±4℃、±3℃、±2℃、±1
℃等,本申请对此不做限定。
之间的温度差进行拟合得到,目标振荡拟合曲线的偏距的绝对值越小,则说明振荡拟合曲
线的偏移程度越低,目标采样温度的波动和相较于目标温度的偏差越小,PID控制越精准稳
定;目标振荡拟合曲线的偏距的绝对值越大,则说明目标振荡拟合曲线的偏移程度越高,目
标采样温度的波动和相较于目标温度的偏差越大,PID控制越不精准稳定。若目标振荡拟合
曲线是对目标采样温度进行拟合得到,目标振荡拟合曲线的偏距与目标温度的差值的绝对
值越小,则说明振荡拟合曲线的偏移程度越低,目标采样温度的波动和相较于目标温度的
偏差越小,PID控制越精准稳定;目标振荡拟合曲线的偏距与目标温度的差值的绝对值越
大,则说明目标振荡拟合曲线的偏移程度越高,目标采样温度的波动和相较于目标温度的
偏差越小,PID控制越不精准稳定。
标振荡拟合曲线的偏距不在预设偏差范围内,则说明PID控制不够精准。预设偏差范围可依
据实际场景中温控系统所需的精准度以及拟合的对象进行设置。
度差进行拟合得到,则预设偏差范围为[‑a,+a],若目标振荡拟合曲线是对目标采样温度进
行拟合得到,则预设偏差范围为[T‑a,T+a]。温控系统所需的精准度越高,则a越小,温度系
统所需的精准度越低,则a越大。当然,预设偏差范围也可以设置为其他情况,本申请对于预
设偏差范围不作限制。
曲线的表达式为前述表达式2为例,目标振荡拟合曲线的偏距为D2。
合曲线上移,则增大目标增益;若目标振荡拟合曲线的偏距大于T+a,则说明目标振荡拟合
曲线向上偏移,目标增益过足,需要使目标振荡拟合曲线下移,则减小目标增益。同理,在预
设偏差范围为前述的[‑a,a]的情况下,若目标振荡拟合曲线的偏距小于‑a,则增大目标增
益;若目标振荡拟合曲线的偏距大于a,则减小目标增益。
点值的平均数)作为调整值进行调整,后续以中间值作为可调区间的一个端点,根据调整后
的情况,以可调区间原来的两个端点中的其中一个端点作为可调区间的另一个端点,对可
调区间进行缩小更新,迭代执行,直至目标振荡拟合曲线的偏距处于预设偏差范围内,或者
可调区间的两个端点的差值小于预设差值。
设置。
标振荡拟合曲线,根据偏距最接近于预设偏差范围的目标振荡拟合曲线对应的目标增益,
和该偏距最接近于预设偏差范围的目标振荡拟合曲线,确定目标温度对应的PID控制参数,
其中,根据目标增益和目标振荡曲线确定目标温度对应的PID控制参数的具体实现方式,可
参考后续步骤S104的介绍。
的振荡规律的振荡拟合曲线,在振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下,根据目
标增益,确定目标温度对应的PID控制参数。振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内时,说
明采样得到的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较小,即按目标增益进行PID控制
得到的实际温度能够与目标温度相符合,从而能够实现精准控温;基于采样温度进行振荡
曲线拟合并确定振荡拟合曲线的偏距的方式,能够快速确定目标温度对应的PID控制参数
目标温度对应的PID控制参数后,还可以根据用于确定目标温度的PID控制参数的目标增
益,确定目标温度的下一设定温度对应的目标增益,将目标温度的下一设定温度作为目标
温度,执行上述步骤S101 S105的方法,直至确定出温控系统中的每个设定温度对应的PID
~
控制参数。通过将当前温度的增益确定当前温度的下一温度完成对所有设定温度的PID控
制参数的设置,能够快速确定每个设定温度的PID控制参数。
控制,其中,在进行温度控制的过程中,设备可根据设定的目标温度,然后确定目标温度对
应的PID控制参数,基于该目标温度对应的PID控制参数实现在该目标温度下的温度控制。
益Ku=15。
进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2A中的A03所示,其中,A03中的目标振荡拟
合曲线的拟合参数分别为A2=2.44950339,B2=0.05840311,C2=‑0.62301285,D2=‑
1.83223762。
样到的目标采样温度如图2B中的A04所示,目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2B
中的A05所示,对A05中的温度差进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2B中的A06
所示,其中,A06中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A2=3.89895638,B2=0.05306906,
C2=‑2.09182717,D2=‑0.52932657。
样到的目标采样温度如图2C中的A07所示,目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2C
中的A08所示,对A08中的温度差进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2C中的A09
所示,其中,A09中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A2=‑4.63277953,B2=0.05149986,
C2=‑0.36517481,D2=0.45502811。
到的目标采样温度如图2D中的A10所示,目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2D中
的A11所示,对A11中的温度差进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2D中的A12所
示,其中,A12中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A2=‑4.20655014,B2=0.05314901,C2
=‑0.271315,D2=‑0.07315267。
采样到的目标采样温度如图2E中的A13所示,目标采样温度与目标温度之间的温度差如图
2E中的A14所示,对A14中的温度差进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2E中的
A15所示,其中,A15中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A2=‑4.29623978,B2=
0.05263611,C2=‑0.17259603,D2=‑0.02544723。
稳定在±1℃,在小范围内波动,实现了精准控温。
样温度与目标温度之间的温度差如图2G中的B02所示,对B02中的温度差进行正弦曲线拟
合,得到的目标振荡拟合曲线如2G中的B03所示,其中,B03中的目标振荡拟合曲线的拟合参
数分别为A2=0.86772904,B2=0.06972082,C2=1.87030148,D2=‑0.62029986。
样到的目标采样温度如图2H中的B04所示,目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2H
中的B05所示,对B05中的温度差进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2H中的B06
所示,其中,B06中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A2= ‑2.86927824,B2=
0.05179062,C2=0.21598589,D2=0.75312382。
目标采样温度如图2I中的B07所示,目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2I中的B08
所示,对B08中的温度差进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2I中的B09所示,其
中,B09中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A2= ‑2.02695986,B2=0.05972457,C2=‑
0.77460054,D2=0.06450292。
目标采样温度如图2J中的B10所示,目标采样温度与目标温度之间的温度差如图2J中的B11
所示,对B11中的温度差进行正弦曲线拟合,得到的目标振荡拟合曲线如2J中的B12所示,其
中,B12中的目标振荡拟合曲线的拟合参数分别为A2= 1.36794808,B2=0.06074273,C2=‑
0.76114218,D2=‑0.18538005。
应的PID控制参数。
关系的其他设备的一部分。如图4所示,该PID控制参数整定装置20包括:
数,所述目标振荡拟合曲线的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。
行所述获取按目标增益对设备进行PID控制时所采集的多个目标采样温度的步骤,直至所
述偏距在所述预设偏差范围内或无法继续调整所述目标增益。
设偏差范围的偏距对应的目标振荡拟合曲线,确定所述目标温度对应的PID控制参数。
数,T为所述目标温度,上述参数确定模块203具体用于:若所述偏距小于T‑a,则增大所述目
标增益;若所述偏距大于T+a,则减小所述目标增益。
线;上述参数确定模块203具体用于:若所述偏距小于T‑a,则增大所述目标增益;若所述偏
距大于T+a,则减小所述目标增益。
设变化增益减小所述目标增益;或者以二分法在所述目标增益与最小增益之间调整所述目
标增益。
201还用于:根据用于确定所述目标温度的PID控制参数的目标增益,确定所述目标温度的
下一设定温度对应的目标增益,并将所述下一设定温度作为所述目标温度,执行所述获取
目标温度在目标增益下对应的目标采样温度的步骤,直至确定完所有的设定温度的PID控
制参数。
律的振荡拟合曲线,在振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内的情况下,根据目标增益,确
定目标温度对应的PID控制参数。振荡拟合曲线的偏距在预设偏差范围内时,说明采样得到
的实际温度的波动和与目标温度之间的偏差较小,即按目标增益进行PID控制得到的实际
温度能够与目标温度相符合,从而能够实现精准控温;基于采样温度进行振荡曲线拟合并
确定振荡拟合曲线的偏距的方式,能够快速确定目标温度对应的PID控制参数。
线连接到存储器302。
(network processor,NP),硬件芯片或者其任意组合。上述硬件芯片可以是专用集成电路
(application specific integrated circuit,ASIC),可编程逻辑器件(programmable
logic device,PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex
programmable logic device,CPLD),现场可编程逻辑门阵列(field‑programmable gate
array,FPGA),通用阵列逻辑(generic array logic,GAL)或其任意组合。
非易失性存储器(non‑volatile memory,NVM),例如只读存储器(read‑only memory,
ROM),快闪存储器(flash memory),硬盘(hard disk drive, HDD)或固态硬盘(solid‑
state drive, SSD);存储器302还可以包括上述种类的存储器的组合。
的偏距用于指示所述多个目标采样温度的波动情况。
机执行如前述实施例所述的方法。
中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁
碟、光盘、只读存储记忆体(Read‑Only memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access
memory,RAM)等。