[发明专利]一种PID控制器的设计与在一级控制系统中的应用方法

权利要求书

1.一种PID控制器的设计与在一级控制系统中的应用方法，其特征在于包含以下步骤：利用C++平台下编程，将专家式PID程序通过利用Visual studio 2012内置的Visual C++语言平台生成动态链接库.DLL文件，WinCC C脚本调用第三方动态链接库.DLL。

2.根据权利要求1所述的一种PID控制器的设计与在一级控制系统中的应用方法，其特征在于：所述专家式PID程序中，P：比例控制，放大误差，让系统快速响应；I：积分控制，累计误差，消除静态误差；D：微分控制，预测误差变换趋势，在滞后环节必须加入；专家控制的基本原理应用在PID控制中，增量型表达式：

Δu(k)＝K_p(Δe(k))+K_ie(k)+K_d(Δe(k)-Δe(k-1))；

当前偏差为e(k)，同样前一采样时刻的偏差为e(k-1)，而前两个采样时刻的偏差为e(k-2)，则可以得到两次的偏差增量为：

Δe(k)＝e(k)-e(k-1)、Δe(k-1)＝e(k-1)-e(k-2)

设定一个偏差极大值，记为M_max；设定一个偏差较大值，记为M_mid；设定一个偏差极小值，记为M_min。根据以上偏差、偏差增量、偏差极值的设定，分析如下：

(1)如果|e(k)|M_max

说明偏差绝对值已经很大了，不论偏差变化趋势如何，都应该考虑控制器的输入应按最大(或最小)输出，以达到迅速调整偏差的效果，使偏差绝对值以最大的速度减小；

这种情况下其实相当于实施开环控制，是一种对偏差出现极限情况的快速响应；

(2)如果|e(k)|≤M_max

说明需要更具系统的变化趋势来分析，具体的情况实施不同的控制方式，引入偏差增量来协助分析；

(2.1)当e(k)*Δe(k)0或者Δe(k)＝0时

说明偏差在朝向偏差绝对值增大的方向变化，或者偏差为某一固定值，此时再判断偏差的绝对值与偏差的中间值M_mid之间的关系；

(2.1.1)此时如果|e(k)|M_mid

说明偏差也较大，考虑由控制器实施较强的控制作用，以达到扭转偏差绝对值向减小的方向变化，并迅速减小偏差的绝对值；

Δu(k)＝K₁*(K_p(Δe(k))+K_ie(k)+K_d(Δe(k)-Δe(k-1)))

(2.1.2)此时如果|e(k)|≤M_mid

尽管偏差是向绝对值增大的方向变化，但是偏差绝对值本身并不是很大，考虑控制器实施一般的控制作用，只需要扭转偏差的变化趋势，使其向偏差绝对值减小的方向变化即可；

Δu(k)＝K_p(Δe(k))+K_ie(k)+K_d(Δe(k)-Δe(k-1))

(2.2)当e(k)*Δe(k)0且Δe(k)*Δe(k-1)0或者e(k)＝0时

说明偏差的绝对值向减小的方向变化，或者已经达到平衡状态，此时保持控制器输出不变即可；即：Δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝0。

(2.3)当e(k)*Δe(k)0且Δe(k)*Δe(k-1)0时

说明偏差处于极限状态；如果此时偏差的绝对值较大，|e(k)|M_mid，考虑实施较强控制作用；

Δu(k)＝K₁*(K_p(Δe(k)))

如果此时偏差绝对值较小，|e(k)|M_mid，考虑实施较弱控制作用；

Δu(k)＝K₂*(K_p(Δe(k)))

其中，k₁为增益放大系数，k₁取大于1的值；k₂为增益抑制系数，取大于0而小于1的值；

(3)如果|e(k)|M_min

说明偏差绝对值很小，这种偏差有可能是系统静差引起的，此时必须要引入积分作用，实施PID控制或者PI控制；

Δu(k)＝K_p(Δe(k))+K_ie(k)

Kp和Ki可以适当减小，以减小控制作用；当偏差小到一定程度后，甚至可以引入死区的概念，是系统稳定下来而不需要去进行调节。

3.根据权利要求1所述的一种基于C专家式PID控制器设计与在一级控制系统PLC中的应用方法，其特征在于：所述将专家式PID程序通过利用Visual studio 2012内置的VisualC++语言平台生成动态链接库DLL文件，在VS2012中依次点击选择新建、项目、Visual C++、Windows桌面、Windows桌面向导、动态链接库(DLL)和名称Expert.cpp。