一种PI在线切换到PID的控制系统及参数整定方法与流程

技术特征：
1.一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：包括被控对象和pid控制器，所述pid控制器包括比例单元p、积分单元i、微分单元d和控制器增益系数k，所述pid控制器的传递函数为：所述pid控制器基于线性自抗扰控制器启发，则启发下的传递函数为：其中：k
p
为比例系数；t
i
为积分时间；k
d
为微分系数；t
d
为微分时间；k
b
为控制器增益系数；ω0为线性自抗扰控制器中扩张状态观测器leso的带宽，即闭环期望的pid控制器的滤波参数；ω
c
为线性自抗扰控制器中误差反馈律的带宽，即闭环期望的pid控制器带宽；ξ为阻尼比；所述pid控制器中积分时间t
i
、比例系数k
p
、微分时间t
d
和微分系数k
d
的表达式分别为：令所述闭环期望的pid控制器带宽ω
c
与所述闭环期望的pid控制器滤波参数ω0的比值为λ，即则：k
p
＝2ξλ-λ2，k
d
＝(1-2ξλ λ2)；当λ＝1，ξ＝1时，有k
p
＝1，k
d
＝0，此时，即得到pi控制器的传递函数：通过调节所述λ值，以实现所述pi控制器在线切换到所述pid控制器。2.根据权利要求1所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述控制对象为自衡对象，在稳定点处线性化后，分为一阶惯性对象即单容对象和二阶欠阻尼惯性对象即双容对象，所述一阶惯性对象和所述二阶欠阻尼惯性对象均分别包括有延迟和无延迟，高阶自衡对象即多容对象可简化为所述一阶惯性对象加延迟或所述二阶欠阻尼惯性对象加延迟，即：阻尼惯性对象加延迟，即：其中，阶跃响应无超调的简化为所述一阶惯性对象，由所述pi控制器控制；阶跃响应有超调的简化为所述二阶欠阻尼惯性对象，由所述pid控制器控制；其中，二阶等阻尼系统可以简化为所述一阶惯性对象加延迟系统，即：
其中，t2为二阶系统的惯性时间常数，t1为一阶系统的惯性时间常数，τ1为一阶系统的延迟时间，τ2为二阶系统的延迟时间，k为稳态增益。3.根据权利要求2所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述二阶等阻尼系统可简化为所述一阶惯性对象加延迟系统，其中：t1≈1.6t2，τ1≈τ2 0.475t2。4.根据权利要求1所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤一：基于所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法在所述被控对象的控制系统上进行控制算法组态；步骤二：令λ＝1，ξ＝1，对所述被控对象使用所述pi控制器，经过调试得到参数ω
c
和k
b
，所述被控对象的响应曲线是无超调的闭环响应曲线，即超调不超过5％，第一个谷值是第一个峰值的一半，谷底至少不低于97.5％的单调上升曲线；步骤三：ω
c
不变，修改λ＝1为λ＝λ
k
，此时设置k
b
＝a1*k
p
/λ
k
，如果效果满意，结束，效果不满意，转到下一步骤；步骤四：λ＝λ
k
不变，修改ω
cnew
＝a2*ω
cold
，此时设置k
bnew
＝k
bold
/a2，如果效果满意，结束，效果不满意，重复所述步骤四到满意为止；步骤五：选取闭环控制效果满足性能指标的控制器增益系数k，按此时所述pid控制器中积分时间t
i
、比例系数k
p
、微分时间t
d
和微分系数k
d
，设置控制逻辑组态，并投入运行。5.根据权利要求4所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述步骤一中，所述被控对象的控制系统包括dcs控制系统和plc控制系统。6.根据权利要求4所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述步骤二中所述pi控制器对一阶惯性延迟系统的最佳参数为：7.根据权利要求4所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述步骤三中所述pid控制器对二阶等阻尼惯性延迟系统的最佳参数为：8.根据权利要求4所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述步骤三中λ
k
＝0.1。9.根据权利要求4所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述步骤三中，a1的取值范围1.1≤a1≤1.4。10.根据权利要求9所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述步骤三中，a1＝1.2。11.根据权利要求4所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征在于：所述步骤四中，a2的取值范围1.2≤a2≤1.6。12.根据权利要求11所述的一种pi在线切换到pid的控制系统及参数整定方法，其特征
在于：所述步骤四中，a2＝1.5。

技术总结
本申请公开一种PI在线切换到PID的控制系统及参数整定方法，该参数整定方法实现了工业现场控制系统从PI控制器到PID控制器的在线无扰切换，具有可调参数少，整定方向清晰，调试规律和物理意义明确的特点，能更好满足现场控制工程师的调试习惯，避免了通过经验整定公式带来的参数意义模糊、调试过程不明确的问题。本申请广泛适用于工业过程自动化控制领域，尤其适用于火电厂、石油化工，冶金钢铁等过程控制领域。领域。领域。


技术研发人员：范国朝 俞卫新 安风霞 万晖 王飞 王亮 孙明 谢云辰 张文亮
受保护的技术使用者：国家能源集团科学技术研究院有限公司
技术研发日：2021.09.29
技术公布日：2022/2/7