[發明專利]基于系統辨識及PLC的PID優化仿真系統

在審

• 申請號: 202110307723.6
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112947122A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 殷文平;張運詩;董海洲;王輝;成恒強;李健
• 申請（專利權）人: 山東新馬制藥裝備有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 孫佩佩

本發明涉及一種基于系統辨識及PLC的PID優化仿真系統，屬于工業現場測控技術領域；包括系統傳遞函數辨識模塊、離散化系統函數推導模塊、閉環系統設計模塊、優化仿真模塊和實際設備測試模塊，系統傳遞函數辨識模塊：包括階躍響應信號采集和處理單元以及Matlab系統識別單元，階躍響應信號采集和處理單元用于對實際設備測試模塊的階躍響應信號采集和處理，Matlab系統識別單元用于進行系統辨識，并生成一階、二階和三階函數，比較其擬合度，選取擬合度最高的函數作為系統傳遞函數；減少了現場調試時間，節省了人力、物力、能源投入，且能方便的對設備系統性能進行分析和離線測試，使控制性能達到最優。

技術領域

本發明涉及一種基于系統辨識及PLC的PID優化仿真系統，屬于工業現場測控技術領域。

背景技術

隨著技術的不斷發展，現在的工業控制越來越關注系統運行性能的優化，越來越多的智能控制方法被應用到了現代工業控制中。但是，隨著對被控對象性能的要求不斷提高，在算法編寫、設備調試等方便投入了更多的精力，極大的消耗了工業現場的各種人力、物力以及能源。特別是設備安裝之后，由于現場復雜的環境、公共條件的不成熟而無法連續運行設備以進行調試，設備控制性能沒有達到最優而直接投入使用，這樣對于產品的質量產生了直接的影響。

系統辨識是20世紀60年代以來現代控制理論的一個重要分支，它可以根據系統的輸入和輸出時間函數描述系統的行為。但是，由于算法的復雜，且得到的連續傳遞函數往往依靠某些特殊的工具才能進行離散，更多的工作僅僅在學術或者理論分析中采用，很難集成至實際工業現場的控制器中。

目前絕大多數工業現場的控制還是依賴傳統的PID控制，而隨著自動控制理論的不斷完善，出現了類似模糊控制、神經網絡控制等一大堆智能控制算法。這些新出現的算法，以其特殊的優勢，在某些場合的控制效果遠遠優于傳統的控制。而工業設備往往和生產安排、收益等直接掛鉤，設備生產商又無法建立與工業現場一樣的環境，因此無法實現在線調試和優化。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于系統辨識及PLC的PID優化仿真系統，能方便的對設備系統性能進行分析和離線測試，使控制性能達到最優，減少現場調試時間，節省人力、物力、能源投入。

本發明所述基于系統辨識及PLC的PID優化仿真系統，包括系統傳遞函數辨識模塊、離散化系統函數推導模塊、閉環系統設計模塊、優化仿真模塊和實際設備測試模塊。

系統傳遞函數辨識模塊：包括階躍響應信號采集和處理單元和Matlab系統識別單元，階躍響應信號采集和處理單元用于對設備的階躍響應信號采集和處理，Matlab系統識別單元用于進行系統辨識，并生成一階、二階和三階函數，比較其擬合度，選取擬合度最高的函數作為系統傳遞函數；

離散化系統函數推導模塊：用于將選取的系統傳遞函數Z變換公式推導、差分方程推導；

閉環系統設計模塊：采用Compact PID作為閉環算法，用于將輸出直接作用到標準塊的輸入接口，標準塊的輸出與閉環算法的輸入組成負反饋作用，形成閉環系統；

優化仿真模塊：用于通過Compact PID控制器的預調節和精確調節功能，構建仿真系統后，通過PLC和HMI的仿真功能進行參數優化。

采用Compact PID作為閉環算法，與實際的設備內部采用的控制算法保持一致，經過離線仿真優化的參數直接在現場設備中進行使用，減少了調試成本，控制性能也大大提高。

優選地，所述階躍響應信號采集采用雙穩態數據采集方式。

采樣數據準確。

優選地，所述Z變換公式推導通過將一階、二階和三階系統傳遞函數串聯零階保持器，進行Z變換公式推導，得到Z變換傳遞方程。