一种用于PID控制系统的转换方法与流程

一种用于pid控制系统的转换方法
技术领域
1.本发明涉及系统自动化控制领域，尤其涉及一种用于pid控制系统的转换方法。

背景技术：

2.1998年icst公司推出trusted安全plc，经过二十多年的发展，其广泛应用于重工业、消费品、交通运输等行业。用于trusted编程的软件iec1131toolset软件库中包含了tmcpid功能块，用于pid控制。tmcpid功能块因集成度高、功能全面被用于压缩机组控制系统中的转速、防喘振、油路、气路、温度等pid控制。
3.但是，tmcpid功能块只支持在iec1131 toolset软件中使用，此软件和windows操作系统已经不兼容windows7 64-bit及以上操作系统。iec1131 toolset软件也被aadvance-trusted sis workstation软件所替代。但是aadvance-trusted sis workstation软件实现pid的功能块为ipid，ipid功能块并不能直接实现tmcpid功能块的功能，为项目升级带来困难和风险。

技术实现要素：

4.本发明目的是：提供一种用于pid控制系统的转换方法，以解决现有技术中ipid功能块不能直接实现tmcpid功能的问题。
5.本发明的技术方案是：一种用于pid控制系统的转换方法，基于采用tmcpid功能块执行pid控制的软件a、采用ipid功能块执行pid控制的软件b，通过将tmcpid功能块中的参数向ipid功能块中的参数转换，实现软件b的pid控制；所述转换方法如下：
6.步骤一：获取tmcpid功能块中需要转化的tmcpid参数；
7.步骤二：将获取的tmcpid参数中的部分或全部参数分别转换为ipid功能块中相对应的ipid参数。
8.优选的，所述转换方法包括将tmcpid参数中的比例调节系数kp、积分调节系数ki、微分调节系数kd，以及手动自动转换参数mode分别转换为对应ipid参数中的比例调节系数kp【ipid】、积分调节时间ti、微分调节时间td，以及手动自动转换参数auto。
9.优选的，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的kp生成对应的ipid参数中的kp【ipid】：
10.设定被控变量实测值的最大值emax和最小值emin；
11.所述kp【ipid】＝kp*100.0/(emax-emin)。
12.优选的，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的ki和kp生成对应的ipid参数中的ti：
13.设定第一系统扫描周期ts，常数ts2，以及第一标志位cfg_intr；所述ts2≠ts，所述cfg_intr可被设置为真或假；
14.当所述ipid功能块的执行周期等于ts，且所述cfg_intr设定为真时，所述ti＝60000.0/ki；
15.当所述ipid功能块的执行周期等于ts，且所述cfg_intr设定为假时，所述ti＝kp*60000.0/ki；
16.当所述ipid功能块的执行周期等于ts2，且所述cfg_intr设定为真时，所述ti＝(ts/ts2)*60000.0/ki；
17.当所述ipid功能块的执行周期等于ts2，且所述cfg_intr设定为假时，所述ti＝kp*(ts/ts2)*60000.0/ki。
18.优选的，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的kd和kp生成对应的ipid参数中的td：
19.设定第一标志位cfg_intr，所述cfg_intr可设定为真或假；
20.当所述cfg_intr设定为真时，所述td＝kd*60000.0；
21.当所述cfg_intr设定为假时，所述td＝kd*60000.0/kp。
22.优选的，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的mode生成对应的ipid参数中的auto：
23.当所述mode＝0时，所述auto＝0，系统设置为手动；
24.当所述mode≠0时，所述auto＝1，系统设置为自动。
25.与现有技术相比，本发明的优点是：
26.(1)通过本发明提供的转换方法，实现了从旧的iec1131 toolset系统到新的aadvance-trusted sis workstation系统之间主要参数的转换，使得用户升级系统更换软件时无需重新整定pid参数，极大程度上节省了调试时间，从而避免了可能出现的错误，进而规避风险和降低成本。
27.(2)搭载ipid功能块的aadvance-trusted sis workstation软件相比iec1131 toolset拥有更高的分辨率，执行速度更快，在生产经营中存在巨大优势，且iec1131 toolset软件的受用体庞大。使用本发明提供的转换方法有利于提高用户更换软件的积极性，提高生产效率的同时，避免因老旧的windows xp难以维护而导致数据安全存在风险，进而可能导致的严重损失。
28.(3)在未使用本专利所述的转换方法前，用户一般需要测试几十组数据，耗费大量时间，去逐渐调整ipid功能块中的包括kp、ti、td在内的诸多参数，且几乎不可能得出一组能够完全实现和tmcpid相同的控制效果的数据。而通过本发明所提供的转换方法实现了新旧系统之间的平稳过度，不需要用户再进行过度测试。
29.(4)本发明所提供的转换方法简洁明了，易于应用，且转换后的被控变量相对于设定值的跟随效果良好，无论是响应速度还是稳定性均相比tmcpid功能块控制下的更加敏捷和稳定。
附图说明
30.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
31.图1为本发明所述被控变量跟随设定值变化的响应速度的仿真测试图；
32.图2为本发明所述被控变量跟随设定值变化的稳定性的仿真测试图；
33.图3和图4为本发明所述被控变量跟随设定值变化的现场测试图；
具体实施方式
34.下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：
35.一种用于pid控制系统的转换方法，基于采用tmcpid功能块执行pid控制的软件iec1131 toolset、采用ipid功能块执行pid控制的软件aadvance-trusted sis workstation，通过将tmcpid功能块中的参数向ipid功能块中的参数转换，实现软件aadvance-trusted sis workstation的pid控制；如表1所示，tmcpid参数和ipid参数有较多差异。
[0036][0037][0038]
表1
[0039]
本发明主要阐述tmcpid参数中的比例调节系数kp、积分调节系数ki、微分调节系数kd，以及手动自动转换参数mode向ipid参数中对应比例调节系数kp【ipid】、积分调节时间ti、微分调节时间td，以及手动自动转换参数auto的转换方法。
[0040]
所述转换方法如下：
[0041]
步骤一：获取包括比例调节系数kp、积分调节系数ki、微分调节系数kd，以及手动自动转换参数mode在内的tmcpid参数；
[0042]
步骤二：将获取的tmcpid参数中的kp、ki、kd和mode转换为ipid参数中对应的比例调节系数kp【ipid】、积分调节时间ti、微分调节时间td，以及手动自动转换参数auto。
[0043]
设定被控变量实测值的最大值emax和最小值emin，设定第一系统扫描周期ts，常数ts2，以及第一标志位cfg_intr。其中，ts2的值不等于ts，cfg_intr可被设置为真或假。
[0044]
本实施例中，kp到kp【ipid】按照如下方式转换：
[0045]
kp【ipid】＝所述kp*100.0/(emax-emin)。
[0046]
ki到ti按照如下方式转换：
[0047]
当ipid执行周期等于ts，且cfg_intr设定为真时，ti＝60000.0/ki；
[0048]
当ipid执行周期等于ts，且cfg_intr设定为假时，ti＝kp*60000.0/ki；
[0049]
当ipid执行周期等于ts2，且cfg_intr设定为真时，ti＝(ts/ts2)*60000.0/ki；
[0050]
当ipid执行周期等于ts2，且cfg_intr设定为假时，ti＝kp*(ts/ts2)*60000.0/ki。
[0051]
kd到td按照如下方式转换：
[0052]
当cfg_intr设定为真时，td＝kd*60000.0；
[0053]
当cfg_intr设定为假时，td＝kd*60000.0/kp。
[0054]
mode到auto按照如下方式转换：
[0055]
当mode＝0时，auto＝0，系统设置为手动；
[0056]
当mode≠0时，auto＝1，系统设置为自动。
[0057]
通过本发明依据tmcpid功能块转换得到的kp【ipid】、ti、td和auto等参数，并设定第二标志位derr，被控变量设定值sp，被控变量实际值pv，第二系统扫描周期t。其中，derr可设定为真或假。
[0058]
当所述auto为1时，可执行如下计算：
[0059]
e[t]＝sp-pv；
[0060]
de[t]＝e[t]-e(t-1)；
[0061]
i[t]＝(e[t]*t)；
[0062]
当derr设定为真时，ddd[t]＝de[t]-de[t-1]；
[0063]
当derr设定为假时，ddd[t]＝dpv[t-1]-dpv[t]；
[0064]
fddd[t]＝ddd[t]。
[0065]
进而通过如下计算得出比例作用下的输出值dqp、积分作用下的输出值dqi、微分作用下的输出值dqd和上述三者作用下的总的输出值dxout。实现ipid功能块的pid控制功能。
[0066]
dqp＝kp*de[t]；
[0067]
dqi＝kp*i[t]/ti；
[0068]
dqd＝kp*fddd[t]*td/t；
[0069]
dxout＝dqp+dqi+dqd。
[0070]
此外，根据tmcpid参数经过上述方法转换后的ipid参数以空气压缩机组为对象进行模拟仿真测试。
[0071]
如图1所示，可以看出，测试过程中设定转速和被控变量的趋势基本一致，即满足响应速度的要求。
[0072]
如图2所示，可以看出，测试过程中被控变量的值并未震荡，即满足稳定性的要求。
[0073]
通过根据tmcpid参数经过上述方法转换后的ipid参数对空气压缩机组进行现场实际测试。
[0074]
空压机启动后升到500rpm并暖机一定时间后，设定转速与实测转速如图3所示。
[0075]
暖机结束之后，人工确认升速后由500rpm升到1000rpm，然后再暖机30分钟，设定转速与实测转速如图4所示。
[0076]
综上，模拟仿真测试及现场实际测试的结果表明，通过本发明转换而来的ipid参数控制效果显著。
[0077]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：

1.一种用于pid控制系统的转换方法，基于采用tmcpid功能块执行pid控制的软件a、采用ipid功能块执行pid控制的软件b，通过将tmcpid功能块中的参数向ipid功能块中的参数转换，实现软件b的pid控制；其特征在于，所述转换方法如下：步骤一：获取tmcpid功能块中需要转化的tmcpid参数；步骤二：将获取的tmcpid参数中的部分或全部参数分别转换为ipid功能块中相对应的ipid参数。2.根据权利要求1所述的一种用于pid控制系统的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括将tmcpid参数中的比例调节系数kp、积分调节系数ki、微分调节系数kd，以及手动自动转换参数mode分别转换为对应ipid参数中的比例调节系数kp【ipid】、积分调节时间ti、微分调节时间td，以及手动自动转换参数auto。3.根据权利要求2所述的一种用于pid控制系统的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的kp生成对应的ipid参数中的kp【ipid】：设定被控变量实测值的最大值emax和最小值emin；所述kp【ipid】＝kp*100.0/(emax-emin)。4.根据权利要求2所述的一种用于pid控制系统的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的ki和kp生成对应的ipid参数中的ti：设定第一系统扫描周期ts，常数ts2，以及第一标志位cfg_intr；所述ts2≠ts，所述cfg_intr可被设置为真或假；当所述ipid功能块的执行周期等于ts，且所述cfg_intr设定为真时，所述ti＝60000.0/ki；当所述ipid功能块的执行周期等于ts，且所述cfg_intr设定为假时，所述ti＝kp*60000.0/ki；当所述ipid功能块的执行周期等于ts2，且所述cfg_intr设定为真时，所述ti＝(ts/ts2)*60000.0/ki；当所述ipid功能块的执行周期等于ts2，且所述cfg_intr设定为假时，所述ti＝kp*(ts/ts2)*60000.0/ki。5.根据权利要求2所述的一种用于pid控制系统的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的kd和kp生成对应的ipid参数中的td：设定第一标志位cfg_intr，所述cfg_intr可设定为真或假；当所述cfg_intr设定为真时，所述td＝kd*60000.0；当所述cfg_intr设定为假时，所述td＝kd*60000.0/kp。6.根据权利要求2所述的一种用于pid控制系统的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括根据tmcpid参数中的mode生成对应的ipid参数中的auto：当所述mode＝0时，所述auto＝0，系统设置为手动；当所述mode≠0时，所述auto＝1，系统设置为自动。

技术总结

本发明涉及系统自动化控制领域，尤其涉及一种用于PID控制系统的转换方法。基于采用tmcpid功能块执行PID控制的软件A、采用iPID功能块执行PID控制的软件B，通过将tmcpid功能块中的参数向iPID功能块中的参数转换，实现软件B的PID控制；所述转换方法如下：步骤一：获取tmcpid功能块中需要转化的tmcpid参数；步骤二：将获取的tmcpid参数中的部分或全部参数分别转换为iPID功能块中相对应的iPID参数。通过本发明提供的转换方法，实现了从旧的IEC1131TOOLSET系统到新的AADvance-TrustedSISWorkstation系统之间主要参数的转换，使得用户升级系统更换软件时无需重新整定PID参数，极大程度上节省了调试时间，从而避免了可能出现的错误，进而规避风险和降低成本。进而规避风险和降低成本。进而规避风险和降低成本。