一种PID控制方法以及PID控制器与流程

一种pid控制方法以及pid控制器
1.本技术要求于2022年3月21日提交中国专利局、申请号为202210277390.1、发明名称为“一种pid控制方法以及pid控制器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本技术中。
技术领域
2.本技术涉及电气自动化控制领域，尤其涉及一种pid控制方法以及pid控制器。


背景技术：

3.比例-积分-微分(proportional-integral-derivative, pid)控制器广泛地应用于各种自动化控制的场合，pid控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。
4.现有的pid整定方法分为用户手动整定方式和参数自动整定方式，对于用户手动整定方式，需要依靠专业技术人员的经验，对于整定响应慢的回路，往往比较耗时。对于参数自动整定方式，大多需要给定一个或若干个初始参数，且对于初始参数有一定的精度要求，随着智能控制技术的发展，如何高效地对pid参数进行整定是目前待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种pid控制方法以及pid控制器，用以实现pid参数的高效整定，其方案如下：一种pid控制方法，应用于pid闭环控制回路，所述方法包括：对所述pid闭环控制回路的输出反馈值进行滤波处理，以得到滤波输出反馈值，所述pid闭环控制回路的输出反馈值通过预设采样周期采样得到；根据所述pid闭环控制回路的输入设定值和所述滤波输出反馈值计算控制偏差；对所述滤波输出反馈值的一阶导数进行滤波处理，以得到第一输出反馈值，所述滤波输出反馈值的一阶导数通过对所述滤波输出反馈值求导得到；对所述滤波输出反馈值的二阶导数进行滤波处理，以得到第二输出反馈值，所述滤波输出反馈值的二阶导数通过对所述第一输出反馈值求导得到；根据所述控制偏差、所述第一输出反馈值、所述第二输出反馈值以及pid参数确定所述pid闭环控制回路的状态特征向量，其中，所述pid参数包括所述pid闭环控制回路的比例分量、积分分量以及微分分量；根据所述pid闭环控制回路的输出反馈值和所述滤波输出反馈值计算噪声水平；根据所述状态特征向量和所述噪声水平确定所述pid闭环控制回路的回路状态；根据所述回路状态对所述pid参数进行控制。
6.优选的，所述根据所述控制偏差，所述第一输出反馈值，所述第二输出反馈值以及所述pid参数确定所述pid闭环控制回路的状态特征向量，包括：根据所述控制偏差，所述第一输出反馈值以及所述第二输出反馈值确定所述pid
闭环控制回路所属的特征段；根据采样时间和所述预设采样周期确定采样点总数；根据所述特征段，所述采样点总数，所述控制偏差，所述第一输出反馈值，所述第二输出反馈值以及所述pid参数构建所述pid闭环控制回路的状态特征向量。
7.优选的，所述根据所述状态特征向量和所述噪声水平确定所述pid闭环控制回路的回路状态，包括：构建所述pid闭环控制回路的状态特征矩阵，其中，所述状态特征矩阵包括n个第一状态特征向量，所述第一状态特征向量包括所述状态特征向量，所述n为大于或等于2的正整数；当从第1个所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差到第n个所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变小，且所述控制偏差和所述噪声水平满足，确定所述回路状态为振荡衰减状态；当所述n个第一状态特征向量对应的最大控制偏差维持在预设波动范围内，且所述控制偏差和所述噪声水平满足与，确定所述回路状态为等幅振荡状态；当从第1个所述第一状态特征对应的最大控制偏差向量到第n个所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变大，且所述控制偏差和所述噪声水平满足，确定所述回路状态为振荡发散状态；当第n个所述第一状态特征向量对应的特征段属于第一预设特征段，且所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差大于预设偏差阈值，确定所述回路状态为发散状态；当第1个所述第一状态特征向量对应的特征段属于第二预设特征段，且所述采样点总数大于预设采样阈值，确定所述回路状态为调节慢状态；其中，所述为预设阈值，所述为所述噪声水平，所述为第i个第一状态特征向量对应的最大控制偏差，所述为第i 1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差。
8.优选的，所述根据所述回路状态对所述pid参数进行控制，包括：根据所述pid参数确定第一调整分量和第二调整分量，所述第一调整分量是所述比例分量、所述积分分量以及所述微分分量中的最大值，所述第二调整分量是所述比例分量以及所述积分分量中的较小值；当所述回路状态为振荡衰减状态，将所述第一调整分量的值调整至所述第一调整
分量的当前值的85%；当所述回路状态为等幅振荡状态，将所述第一调整分量的值调整至所述第一调整分量的当前值的70%；当所述回路状态为振荡发散状态或发散状态，将所述第一调整分量的值调整至所述第一调整分量的当前值的50%；当所述回路状态为调节慢状态，将所述第二调整分量调整至所述第二调整分量的当前值的125%。
9.优选的，所述pid闭环控制回路的状态特征向量具体为：，其中，为大于或等于1的正整数，表示时刻对应的特征段，为当前采样周期起始时刻，表示当前时刻， 表示时刻到时刻的采样点总数，表示时刻到时刻的比例分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的积分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的微分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的控制偏差的面积的大小，表示时刻到时刻的最大控制偏差值，表示时刻到时刻的最大第一输出反馈值，表示时刻到时刻的最大第二输出反馈值，表示转置运算。
10.本技术另一实施例还提供了一种pid控制器，所述pid控制器包括：输出滤波模块，用于对所述pid闭环控制回路的输出反馈值进行滤波处理，以得到滤波输出反馈值，所述pid闭环控制回路的输出反馈值通过预设采样周期采样得到；计算模块，用于根据所述pid闭环控制回路的输入设定值和所述滤波输出反馈值计算控制偏差；第一滤波模块，用于对所述滤波输出反馈值的一阶导数进行滤波处理，以得到第一输出反馈值，所述滤波输出反馈值的一阶导数通过对所述滤波输出反馈值求导得到；第二滤波模块，用于对所述滤波输出反馈值的二阶导数进行滤波处理，以得到第二输出反馈值，所述滤波输出反馈值的二阶导数通过对所述第一输出反馈值求导得到；向量确定模块，用于根据所述控制偏差、所述第一输出反馈值、所述第二输出反馈值以及pid参数确定所述pid闭环控制回路的特征向量，其中，所述pid参数包括所述pid闭环控制回路的比例分量、积分分量以及微分分量；噪声计算模块，用于根据所述pid闭环控制回路的输出反馈值和所述滤波输出反馈值计算噪声水平；状态确定模块，用于根据所述状态特征向量和所述噪声水平确定所述pid闭环控制回路的回路状态；
控制模块，用于根据所述回路状态对所述pid参数进行控制。
11.优选的，所述向量确定模块包括：特征段确定子模块，用于根据所述控制偏差，所述第一输出反馈值以及所述第二输出反馈值确定所述pid闭环控制回路所属的特征段；状态特征向量子模块，用于根据所述特征段，采样点总数，所述控制偏差，所述第一输出反馈值，所述第二输出反馈值以及所述pid参数构建所述pid闭环控制回路的状态特征向量，其中，所述采样点总数根据采样时间和所述预设采样周期确定。
12.优选的，所述状态确定模块包括：矩阵构建子模块，用于构建所述pid闭环控制回路的状态特征矩阵，其中，所述状态特征矩阵包括n个第一状态特征向量，所述第一状态特征向量包括所述状态特征向量，所述n为大于或等于2的正整数；状态确定子模块，用于当从第1个所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差到第n个所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变小，且所述控制偏差和所述噪声水平满足，确定所述回路状态为振荡衰减状态；所述状态确定子模块，还用于当所述n个第一状态特征向量对应的最大控制偏差维持在预设波动范围内，且所述控制偏差和所述噪声水平满足与，确定所述回路状态为等幅振荡状态；所述状态确定子模块，还用于当第1个所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差到第n个所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变大，且所述控制偏差和所述噪声水平满足，确定所述回路状态为振荡发散状态；所述状态确定子模块，还用于当第n个所述第一状态特征向量对应的特征段属于第一预设特征段，且所述第一状态特征向量对应的最大控制偏差大于预设偏差阈值，确定所述回路状态为发散状态；所述状态确定子模块，还用于当第1个所述第一状态特征向量对应的特征段属于第二预设特征段，且所述采样点总数大于预设采样阈值，确定所述回路状态为调节慢状态；其中，所述为预设阈值，所述为所述噪声水平，所述为第i个第一状态特征向量对应的最大控制偏差，所述为第i 1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差。
13.优选的，所述控制模块包括：
调整分量确定子模块，用于根据所述pid参数确定第一调整分量和第二调整分量，所述第一调整分量是所述比例分量、所述积分分量以及所述微分分量中的最大值，所述第二调整分量是所述比例分量以及所述积分分量中的较小值；控制子模块，用于当所述回路状态为振荡衰减状态，将所述第一调整分量的值调整至所述第一调整分量的当前值的85%；所述控制子模块，还用于当所述回路状态为等幅振荡状态，将所述第一调整分量的值调整至所述第一调整分量的当前值的70%；所述控制子模块，还用于当所述回路状态为振荡发散状态或发散状态，将所述第一调整分量的值调整至所述第一调整分量的当前值的50%；所述控制子模块，还用于当所述回路状态为调节慢状态，将所述第二调整分量调整至所述第二调整分量的当前值的125%。
14.优选的，所述pid闭环控制回路的状态特征向量具体为：，其中，为大于或等于1的正整数，表示时刻对应的特征段，为当前采样周期起始时刻，表示当前时刻，表示时刻到时刻的采样点总数，表示时刻到时刻的比例分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的积分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的微分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的控制偏差的面积的大小，表示时刻到时刻的最大控制偏差值，表示时刻到时刻的最大第一输出反馈值，表示时刻到时刻的最大第二输出反馈值，表示转置运算。
15.本技术实施例提供的一种pid控制方法及pid控制器，对pid闭环控制回路的输出反馈值进行滤波处理，以得到滤波输出反馈值；根据所述pid闭环控制回路的输入设定值和所述滤波输出反馈值计算控制偏差；对所述滤波输出反馈值的一阶导数进行滤波处理，以得到第一输出反馈值，所述滤波输出反馈值的一阶导数通过对所述滤波输出反馈值求导得到；对所述滤波输出反馈值的二阶导数进行滤波处理，以得到第二输出反馈值，所述滤波输出反馈值的二阶导数通过对所述第一输出反馈值求导得到；根据所述控制偏差、所述第一输出反馈值、所述第二输出反馈值以及pid参数确定所述pid闭环控制回路的状态特征向量，其中，所述pid参数包括所述pid闭环控制回路的比例分量、积分分量以及微分分量；根据所述pid闭环控制回路的输出反馈值和所述滤波输出反馈值计算噪声水平；根据所述状态特征向量和所述噪声水平确定所述pid闭环控制回路的回路状态；根据所述回路状态对所述pid参数进行控制。本技术实施例提供的pid控制方法利用状态识别的方法，根据输出反馈值和控制偏差的特性确定pid闭环回路控制状态，根据回路控制状态的来判断pid参数
的合理性，并给出pid参数的的调整方向，实现了pid参数的高效和自适应整定。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本技术实施例提供的一种pid闭环控制回路示意图；图2为本技术实施例提供的一种回路状态响应曲线示意图；图3为本技术实施例提供的一种回路状态响应特征段示意图；图4为本技术实施例提供的一种pid控制方法的流程示意图；图5至图8为本技术实施例相关仿真波形示意图；图9为本技术实施例提供的一种pid控制器的模块示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.参见图1所示的一种pid闭环控制回路，图1中 代表被控对象模型，和分别为被控对象的输出反馈值和输入值，为干扰。
20.被控对象可以表示为，控制偏差定义为；其中，为时间，为设定值。
21.定义输出反馈值的一阶导数为： 定义输出反馈值的二阶导数为： 其中，为采样周期。
22.对于线性被控对象，当回路干扰较小且pid参数保持不变时，则认为其单位闭环阶跃响应的特征保持不变，响应特征包括超调量、上升时间、峰值时间、调节时间等，这一组pid参数对应一个状态，定义pid回路的状态为，其中表示pid参数，状态简
写为。
23.pid作用包括比例proportional、积分integral和微分derivative 三部分，被控对象的输入值可以表示为：比例、积分和微分三部分的作用可以表示为：比例作用；积分作用；微分作用；此时，被控对象可以进一步表示为。
24.其中，为比例调节系数，为采样周期，为积分时间，为微分时间。
25.根据测量到的输入值、时刻的控制偏差值、时刻的控制偏差值以及当前的pid参数，可以计算得到时刻的比例作用和微分作用，则积分作用，当需要对三部分参数进行调整时，可以对各部分中的参数进行调整，例如，当需要增大比例作用时，可以增大比例调节系数；当需要增大积分作用时，可以增大比例调节系数或减少积分时间；当需要增大微分作用时，可以增大比例调节系数或增大微分时间。
26.图2示出了一种常见的闭环曲线，输出曲线呈现出振荡衰减的趋势，ac段为上升段，控制偏差且逐渐减小，其中ab段为加速段，bc段为减速段。cd段为减速上升段，cd段的控制偏差且绝对值逐渐增大，代表着超调。de段和hi段为下降段，控制偏差且，但是de段为加速段，hi段为减速段。ef段为减速下降段，且控制偏差。fh段为上升段。
27.如图3所示，将闭环相应曲线划分为8种特征段类型和分界点p，其控制偏差、输出反馈值一阶导和输出反馈值二阶导的特征对应参见表1，其中分界点p表示控制偏差方向变化的分界点，其中图3中的横轴为时间，代表曲线的变化方向，虚线代表设定值，是为了体现输出反馈值对应的特征段与设定值的相对位置。特征段特征段特征段idra1《0≥0≥01ra2》0≥0≥02rd1《0≥0≤03rd2》0≥0≤04da1《0≤0≤05da2》0≤0≤06dd1《0≤0≥07dd2》0≤0≥08p=0
ꢀꢀ028.表1为了实现pid参数的高效整定，本技术实施例提供了一种pid控制方法，应用于pid闭环控制回路，所述方法参阅图4，该方法可以包括：步骤s100：通过预设采样周期采样得到pid闭环控制回路的输出反馈值，对pid闭环控制回路的输出反馈值进行滤波处理，以得到滤波输出反馈值。
29.可以理解的是，当pid参数或设定值发生改变时，回路状态随之发生变化，此时按照预设采样周期开始识别和采集pid闭环控制回路的输出反馈值。
30.在实际计算中，由于干扰的影响，回路的输出反馈值存在毛刺，参见图2中的di段以及图5输出反馈值仿真波形所示，如果直接根据回路的输出反馈值确定特征段，会导致特征段很短，影响后续分析，因此，可以对输出进行宽度为(2l 1)个采样周期的移动平均滤波得到，本技术实施例所提供的滤波方式仅为示例，不因此限定本技术的保护范围。
31.具体的，滤波输出反馈值为。
32.步骤s200：根据pid闭环控制回路的输入设定值和滤波输出反馈值计算控制偏差。
33.具体的，控制偏差为，可以理解的是，由滤波后的输出反馈值计算得到控制偏差，消除了毛刺，计算得到控制偏差更为稳定，参见图6示出的由滤波后的输出反馈值计算得到的控制偏差仿真波形图。
34.步骤s300：对滤波输出反馈值求导得到滤波输出反馈值的一阶导数，对滤波输出反馈值的一阶导数进行滤波处理，以得到第一输出反馈值。
35.具体的，滤波输出反馈值的一阶导数为，同样对进行宽度为(2l 1)个采样周期的移动平均滤波得到第一输出反馈值，第一输出反馈值为，参见图7示出的第一输出反馈值的仿真波形图。
36.步骤s400：对第一输出反馈值求导得到滤波输出反馈值的二阶导数，对滤波输出反馈值的二阶导数进行滤波处理，以得到第二输出反馈值。
37.具体的，滤波输出反馈值的二阶导数为，同样对进行宽度为(2l 1)个采样周期的移动平均滤波得到第二输出反馈值，第二输出反馈值为，参见图8示出的第二输出反馈值的仿真波形图。
38.步骤s500：根据控制偏差、第一输出反馈值、第二输出反馈值以及pid参数确定pid闭环控制回路的状态特征向量，其中，pid参数包括pid闭环控制回路的比例分量、积分分量以及微分分量。
39.可选的，步骤s500可以包括步骤s501和步骤s502，具体如下。
40.s501：根据控制偏差，第一输出反馈值以及第二输出反馈值确定pid闭环控制回路所属的特征段。
41.可以理解的是，特征段可以根据表1所示的规则进行确定。
42.s502：根据特征段，采样点总数，控制偏差，第一输出反馈值，第二输出反馈值以及pid参数构建pid闭环控制回路的状态特征向量。
43.作为一种选择，本技术实施例中状态特征向量可以为：，其中，为大于或等于1的正整数，表示时刻对应的特征段，为当前采样周期起始时刻，表示当前时刻，表示时刻到时刻的采样点总数，表示时刻到
时刻的比例分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的积分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的微分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的控制偏差的面积的大小，表示时刻到时刻的最大控制偏差值，表示时刻到时刻的最大第一输出反馈值，表示时刻到时刻的最大第二输出反馈值，表示转置运算。
44.可以理解的是，状态特征向量中记录有回路的特征段信息，不同特征段对应不同的特征向量，各个特征向量可以根据分界点p进行区分，参见表1，状态特征向量可以为前一个分界点时刻到当前时刻的状态特征向量。
45.步骤s600：根据pid闭环控制回路的输出反馈值和滤波输出反馈值计算噪声水平。
46.具体的，可以根据最近l个采样周期来估计噪声水平，定义噪声水平为原输出与滤波输出的差值的标准差，即。
47.可以理解的是，本技术实施例提供的方法中，不对步骤s600的执行顺序进行限定，步骤s600可以在计算获得滤波输出反馈值之后的任一执行顺序进行。
48.步骤s700：根据状态特征向量和噪声水平确定pid闭环控制回路的回路状态。
49.可选的，步骤s700可以包括步骤s701和步骤s702，具体如下。
50.步骤s701：构建pid闭环控制回路的状态特征矩阵，其中，状态特征矩阵包括n个第一状态特征向量，第一状态特征向量包括状态特征向量，n为大于或等于2的正整数。
51.具体的，状态特征矩阵包括第一状态特征向量，第一状态特征矩阵包括步骤s502中构建的状态特征向量，通过各个状态特征向量构建pid闭环控制回路的状态特征矩阵，便于通过状态特征矩阵确定回路的状态。
52.可选的，状态特征矩阵还可以包括第二状态特征向量，第二状态特征矩阵包括pid闭环控制回路在同一状态下的所有数据统计。
53.作为一种选择，本技术实例第二状态特征矩阵可以为：其中，为状态发生变化的时刻，表示当前时刻，表示当前状态的pid参数，表示当前状态下的采样点总数，表示时刻到时刻的比例分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的积分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻
的微分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的控制偏差的面积的大小，表示时刻到时刻的最大控制偏差值，表示时刻到时刻的最大第一输出反馈值，表示时刻到时刻的最大第二输出反馈值，表示转置运算。
54.可选的，状态特征矩阵可以为，状态随着pid参数的改变而发生变化。
55.可以理解的是，当状态特征矩阵中状态特征向量的数量不足以确定pid闭环控制回路的回路状态时，需要继续记录回路数据直到识别出回路状态。
56.步骤s702：通过状态特征矩阵的变化可以确定pid闭环控制回路的回路状态，包括：当从第1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差到第n个第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变小，且控制偏差和噪声水平满足，确定回路状态为振荡衰减状态；当n个第一状态特征向量对应的最大控制偏差维持在预设波动范围内，且控制偏差和噪声水平满足与，确定回路状态为等幅振荡状态；当从第1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差到第n个第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变大，且控制偏差和噪声水平满足，确定回路状态为振荡发散状态；当第n个第一状态特征向量对应的特征段属于第一预设特征段，且第一状态特征向量对应的最大控制偏差大于预设偏差阈值，确定回路状态为发散状态；具体的，第一预设特征段包括ra1特征段或da2特征段，预设偏差阈值可以根据实际情况设置；当第1个第一状态特征向量对应的特征段属于第二预设特征段，且采样点总数大于预设采样阈值，确定回路状态为调节慢状态；具体的，第二预设特征段包括rd2特征段或dd1特征段，预设采样阈值可以根据实际情况设置；
其中，所述为预设阈值，所述为所述噪声水平，所述为第i个第一状态特征向量对应的最大控制偏差，所述为第i 1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差。
57.步骤s800：根据回路状态对pid参数进行控制。
58.根据前述判断的回路状态对pid参数进行整定，当回路状态为振荡衰减状态、等幅振荡状态、振荡发散状态、发散状态或调节慢状态时，对pid参数进行整定，直到回路状态不再出现控制不佳的状态，即正常状态，结束整定。
59.具体的，步骤s800包括步骤s801和步骤802，具体如下。
60.步骤s801：根据pid参数确定第一调整分量和第二调整分量，第一调整分量是比例分量、积分分量以及微分分量中的最大值，第二调整分量是比例分量以及积分分量中的较小值；具体的，可以根据，，计算比例分量、积分分量以及微分分量的大小，由此判断各分量之间的关系。
61.步骤s802：根据回路状态对pid参数进行控制，具体的，包括：当回路状态为振荡衰减状态，将第一调整分量的值调整至第一调整分量的当前值的85%；当回路状态为等幅振荡状态，将第一调整分量的值调整至第一调整分量的当前值的70%；当回路状态为振荡发散状态或发散状态，将第一调整分量的值调整至第一调整分量的当前值的50%；当回路状态为调节慢状态，将第二调整分量调整至第二调整分量的当前值的125%。
62.可以理解的是，上述对pid参数的调整数值是本技术实例给到的一种方案，技术人员可以具体更具实际情况进一步做出调整，此处不对分量调整比例做出具体限制。
63.通过对不同回路状态的识别，针对不同回路状态，当回路处于需整定状态时，如振荡衰减状态、等幅振荡状态、振荡发散状态、发散状态或调节慢状态时，结合当前pid参数的具体情况和当前回路状态给出pid参数的调整方向。
64.综上所述，本技术实施例提供了一种pid控制方法，基于状态识别的方法，根据输出反馈值和控制偏差的特性确定pid闭环回路控制状态，根据回路控制状态的来判断pid参数的合理性，并给出pid参数的的调整方向，实现了pid参数的高效和自适应整定，避免人工整定消耗人力和时间，同时对回路初始参数不敏感。
65.与上述方法相对应，本发明实施例还提供了一种pid控制器，请参阅图9，示出了pid控制器的结构示意图，可以包括：输出滤波模块100，用于对pid闭环控制回路的输出反馈值进行滤波处理，以得到滤波输出反馈值，pid闭环控制回路的输出反馈值通过预设采样周期采样得到；计算模块200，用于根据pid闭环控制回路的输入设定值和滤波输出反馈值计算控
制偏差；第一滤波模块300，用于对滤波输出反馈值的一阶导数进行滤波处理，以得到第一输出反馈值，滤波输出反馈值的一阶导数通过对滤波输出反馈值求导得到；第二滤波模块400，用于对滤波输出反馈值的二阶导数进行滤波处理，以得到第二输出反馈值，滤波输出反馈值的二阶导数通过对第一输出反馈值求导得到；向量确定模块500，用于根据控制偏差、第一输出反馈值、第二输出反馈值以及pid参数确定pid闭环控制回路的特征向量，其中，pid参数包括pid闭环控制回路的比例分量、积分分量以及微分分量；噪声计算模块600，用于根据pid闭环控制回路的输出反馈值和滤波输出反馈值计算噪声水平；状态确定模块700，用于根据状态特征向量和噪声水平确定pid闭环控制回路的回路状态；控制模块800，用于根据回路状态对pid参数进行控制。
66.优选的，向量确定模块500可以进一步包括：特征段确定子模块501，用于根据控制偏差，第一输出反馈值以及第二输出反馈值确定pid闭环控制回路所属的特征段；状态特征向量子模块502，用于根据特征段，采样点总数，控制偏差，第一输出反馈值，第二输出反馈值以及pid参数构建pid闭环控制回路的状态特征向量，其中，采样点总数根据采样时间和预设采样周期确定。
67.优选的，状态确定模块700可以进一步包括：矩阵构建子模块701，用于构建pid闭环控制回路的状态特征矩阵，其中，状态特征矩阵包括n个第一状态特征向量，第一状态特征向量包括状态特征向量，n为大于或等于2的正整数；状态确定子模块702，用于当从第1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差到第n个第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变小，且控制偏差和噪声水平满足，确定回路状态为振荡衰减状态；状态确定子模块702，还用于当第一状态特征向量对应的最大控制偏差维持在预设波动范围内，且控制偏差和噪声水平满足与，确定回路状态为等幅振荡状态；状态确定子模块702，还用于当从第1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差到第n个第一状态特征向量对应的最大控制偏差逐渐变大，且控制偏差和噪声水平满足，确定回路状态为振荡发散状
态；状态确定子模块702，还用于当第n个第一状态特征向量对应的特征段属于第一预设特征段，且第一状态特征向量对应的最大控制偏差大于预设偏差阈值，确定回路状态为发散状态；具体的，第一预设特征段包括ra1特征段或da2特征段，预设偏差阈值可以根据实际情况设置；状态确定子模块702，还用于当第1个第一状态特征向量对应的特征段属于第二预设特征段，且采样点总数大于预设采样阈值，确定回路状态为调节慢状态；具体的，第二预设特征段包括rd2特征段或dd1特征段，预设采样阈值可以根据实际情况设置；其中，所述为预设阈值，所述为所述噪声水平，所述为第i个第一状态特征向量对应的最大控制偏差，所述为第i 1个第一状态特征向量对应的最大控制偏差。
68.优选的，控制模块800进一步可以包括：调整分量确定子模块801，用于根据pid参数确定第一调整分量和第二调整分量，第一调整分量是比例分量、积分分量以及微分分量中的最大值，第二调整分量是比例分量以及积分分量中的较小值；控制子模块802，用于当回路状态为振荡衰减状态，将第一调整分量的值调整至第一调整分量的当前值的85%；控制子模块803，还用于当回路状态为等幅振荡状态，将第一调整分量的值调整至第一调整分量的当前值的70%；控制子模块803，还用于当回路状态为振荡发散状态或发散状态，将第一调整分量的值调整至第一调整分量的当前值的50%；控制子模块803，还用于当回路状态为调节慢状态，将第二调整分量调整至第二调整分量的当前值的125%。
69.优选的，pid状态特征向量可以为：，其中，为大于或等于1的正整数，表示时刻对应的特征段，为当前采样周期起始时刻，表示当前时刻，表示时刻到时刻的采样点总数，表示时刻到时刻的比例分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的积分分量作用面积的大小，表示时刻到时刻的微分分量作用面积的大小，表示时刻到时
刻的控制偏差的面积的大小，表示时刻到时刻的最大控制偏差值，表示时刻到时刻的最大第一输出反馈值，表示时刻到时刻的最大第二输出反馈值，表示转置运算。
70.需要说明的是，本技术实施例提供的一种pid控制器中各模块所执行的步骤以及相关技术特征与申请实施例所提供方法相对应，装置部分的描述可以参见前述方法部分的实施例，此处不赘述。
71.综上所述，本技术实施例提供了一种pid控制器，能够基于状态识别的方法，根据输出反馈值和控制偏差的特性确定pid闭环回路控制状态，根据回路控制状态的来判断pid参数的合理性，并给出pid参数的的调整方向，实现了pid参数的高效和自适应整定，避免人工整定消耗人力和时间，同时对回路初始参数不敏感。
72.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
73.本领域技术人员可以理解，图所示的流程图仅是本技术的实施方式可以在其中得以实现的一个示例，本技术实施方式的适用范围不受到该流程图任何方面的限制。
74.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
75.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
76.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
77.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。