[发明专利]基于专家内模控制的串级回路PID控制器参数整定方法

说明书

本发明公开了一种基于专家内模控制的串级回路PID控制器参数整定方法，串级回路包括主回路和副回路，至少包括：利用串级回路的数据，采用网格化搜索寻优，得到主副回路的辨识模型；采用基于专家经验的内模控制方法，进行副回路控制器参数的整定；通过副回路闭环阶跃仿真特征参数与主回路的辨识模型，推出等效串级回路开环模型；采用基于专家经验的二自由度内模控制方法，进行主回路控制器参数的整定。本发明适用于大部分串级回路，具有普适性，通过本发明的方法使得在不改变串级回路采用PID控制器的前提下，实现了和专家内模控制等效的控制效果，可以同时满足串级回路控制的鲁棒性和跟踪性要求。

技术领域

本发明涉及PID控制技术领域，具体涉及一种基于专家内模控制的串级回路PID控制器参数整定方法。

背景技术

在工业流程过程控制中，比例积分微分(PID)控制策略是目前最常见也是应用最广泛的。由于PID控制结构简单、易于实现、稳定性好，故90％以上的自动控制回路均采用该种控制策略。其中，PID控制参数的选取对于回路的性能有着极大的影响，好的参数能够保证工业流程的平稳运行，而不当的参数则可能使回路产生振荡，甚至发散，从而影响工业生产过程，因此PID参数的整定在流程控制中是一个至关重要的步骤。

而串级回路由于具有较好的抗干扰能力，且适用于时间常数和滞后大、负荷变化大的被控对象，因而在工业流程中占据了很大的比例。串级回路包含主回路(外环)和副回路(内环)，通过两个串联的控制器构成双闭环控制。主回路控制器的输出作为副回路的设定值，通过副回路对干扰进行超前调节，提高主回路的控制质量，满足工业现场的许多工艺需求。

但是，当工业现场处于开工阶段，需要将串级回路从手动状态打上串级，或者当工业现场因为某些原因使得生产工况发生变化时，原来的PID控制器参数不再适用当前的串级回路，为了使回路的控制性能符合预期的效果，都须进行串级回路PID控制器参数的整定。对于上述的第一种情况，需要先整定副回路的PID参数，待副回路达到合适的控制性能时，再打上串级，整定主回路的PID参数；针对第二种情况，通常在串级回路的整定过程中，需要先切断串级连接，整定副回路，再整定主回路。因此，对于温度、液位等慢过程，串级回路的整定过程会耗费工程人员大量的时间，效率较低，且工况的切换也会影响生产效率。

申请号为2020114003231的中国专利公开了基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法，该专利所提出的串级回路整定方法是基于采集的闭环阶跃响应数据，进行离线操作得到整定后的控制器参数值，并用直接分析设计原理对副控制器参数进行校正，该方法仅适用于投上自动的串级回路，但不适用于未投自动的串级回路，即不适用于处于手动状态下的串级回路，方法适用情况较单一。

申请号为2018114485010的中国专利公开了一种基于新型二自由度内模PID的加热炉温度控制方法，该专利主要针对加热炉的温度进行控制，采用了改进的二自由度内模控制结构进行控制器的设计和整定，其适用对象不具有普适性，且只是单回路的PID控制器参数整定。

张井岗，李临生于2002年发表的一种二自由度内模控制方法，其采用二自由度内模控制器控制典型的工业过程控制对象，方法可以使系统具有良好的目标跟踪性、干扰抑制性和鲁棒性，改进了常规内模控制的不足，但是在工业现场通常都采用PID控制器，方法虽好但不具有普及的条件。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种基于专家内模控制的串级回路PID控制器参数整定方法。

本发明的方法，无论是开环的数据还是闭环的数据，只要回路数据具有一定程度的激励，即可进行串级回路的PID控制器参数整定。且本发明适用于大部分串级回路，具有普适性。本发明采用基于专家内模控制的串级回路PID控制器参数整定方法，具体是在副回路采用基于专家经验的内模控制进行PI控制器参数的整定，在主回路采用基于专家经验的二自由度内模控制进行PID控制器参数的整定。通过该方法使得在不改变串级回路采用PID控制器的前提下，实现了和专家内模控制等效的控制效果，可以同时满足串级回路控制的鲁棒性和跟踪性要求。