[发明专利]一种基于预测PI与偏置继电反馈的参数自整定PLC控制方法

权利要求书

1.一种基于预测PI与偏置继电反馈的参数自整定PLC控制方法，其特征在于，对于带不对称滞环的继电器系统，其一阶加纯滞后模型传递函数为

其中，K_p、T与τ分别代表对象增益、时间常数与时滞，s表示状态量；滞环大小为ε，其输出为u0+u1或u0-u1，其中u1为常规继电环节输出，u0为偏置量，系统输出在设定值sp附近产生振荡，根据其极限环振荡波形获取振荡周期的波谷部分为T_u1、波峰部分为T_u2，振荡波峰幅值为A_u，振荡波谷幅值为A_d；根据下述公式进行模型辨识计算出一阶加纯滞后模型的参数为：

控制对象模型为：

期望得到的闭环传递函数为：

其中λ为可调参数，用于调节响应速度，通过闭环传递函数计算可以得出：

其中G_p(s)为温度对象传递函数，G_o(s)为期望闭环传递函数，G_c(s)为预测PI控制器传递函数，控制器传递函数具体表达式为：

由上式得到控制器的输入输出关系式

其中，U(s)为控制器的输出，E(s)为控制器的误差输入，即设定值与测量值的差值，将上式离散化得到：

式中k为离散化变量，e(k)和u(k)分别为离散化后的误差值及控制器输出值，两式相减得到增量形式公式：

式中T_s表示采样时间；

根据上述公式，控制方法具体包括如下步骤：

步骤一：设置计时器模块；

步骤二：根据标志变量flag判断该进行模型辨识部分还是预测PI控制部分；模型辨识部分执行前判断当前系统是否为手动状态，若为手动状态则将人机界面上手动输入的阀位值赋值给实际阀位值；若当前系统为自动状态则模拟继电环节输出具有滞环的波形；

步骤三：获取到系统振荡输出波形后，分析得到振荡周期的波谷部分T_u1、波峰部分T_u2，振荡波峰幅值A_u，振荡波谷幅值A_d，并将数据存入对应的寄存器中；

步骤四：当标志变量flag判断此次程序需执行预测PI控制部分代码时，先根据前几次的系统输出与系统设定值的误差判断是否达到执行辨识部分的条件，若此次系统输出值与设定值间的误差超过了设定误差值，且前五次的误差均在设定误差值之内，则判定下个采样周期内的程序需执行模型辨识代码，因此改变flag的值；

步骤五：预测PI控制部分程序在执行前同样先判断当前系统是否为手动状态，若为手动状态则将人机界面上手动输入的阀位值赋值给实际阀位值；若当前系统为自动状态则根据步骤三中寄存器内的数据与增量形式公式进行计算；

步骤六：根据增量形式公式计算出阀位值增量，并限定在设定的阀位值最大值与最小值之间，并将阀位值增量与上次的阀位值相加形成新的阀位值，同时建立数组，保存每次的阀位值数据，每次计算完成后更新数组，使数组中的阀位值保持为(t-τ，t)之间的阀位值，其中t为当前时刻；最后建立数组用以记录系统输出值。