一种双维度PID控制方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及电气自动化控制领域，特别是涉及一种双维度pid控制方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、比例-积分-微分（proportion integration differentiation，pid）控制器是由比例单元p、积分单元i和微分单元d构成，它广泛地应用于各种电气自动化控制的场合。pid的基本思想是通过实时计算并综合考虑误差的比例、积分和微分来调整控制器的输出，以实现对系统输出的准确控制。

2、在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下技术问题：

3、在相关技术方案中，pid控制器一般是通过将系统输出量的测量值与所期望的给定值进行比较，产生偏差信号，并利用这个偏差信号进行调节控制，这样基于偏差进行闭环控制，考虑的维度单一，无法同时兼顾系统响应速度和系统超调量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种双维度pid控制方法、装置、设备及介质，至少可以优化闭环控制，提高系统响应速度，有效抑制系统超调。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种双维度pid控制方法，应用于pid控制器，所述方法包括：

3、将被控变量与期望值之间的差值作为偏差，并结合对应的pid参数值，获取第一控制输出量；

4、将控制斜率与斜率设定值之间的差值作为斜率偏差，并结合对应的pid参数值，获取第二控制输出量；所述控制斜率用于表征被控变量随时间的变化趋势；

5、根据所述第一控制输出量、所述第二控制输出量以及所述第一控制输出量和所述第二控制输出量之间的权重，得到最终控制输出量并传给被控对象。

6、第一方面，在本发明提供的上述双维度pid控制方法中，所述第一控制输出量与所述第二控制输出量之间的权重通过可变系数进行调节；

7、当偏差小于设定偏差阈值时，所述可变系数与偏差呈正比关系；

8、当偏差大于等于设定偏差阈值时，所述可变系数为1。

9、另一方面，在本发明提供的上述双维度pid控制方法中，采用第一公式获取所述第一控制输出量；所述第一公式为：

10、；

11、采用第二公式获取所述第二控制输出量；所述第二公式为：

12、；

13、其中，为所述第一控制输出量，为所述第二控制输出量，与均为比例调节系数，为时刻的计数，为当前偏差，为上一时刻的系统偏差，为第时刻的系统偏差，为采样周期，与均为积分时间常数，与均为微分时间常数，为当前斜率偏差，为上一时刻的斜率偏差。

14、另一方面，在本发明提供的上述双维度pid控制方法中，采用第三公式得到所述最终控制输出量；所述第三公式为：

15、；

16、其中，为所述最终控制输出量，为所述可变系数。

17、另一方面，在本发明提供的上述双维度pid控制方法中，期望值随着偏差的变化而改变；

18、斜率设定值随着偏差的变化而改变；当偏差接近0时，斜率设定值接近0；当被控变量未发生变化时，斜率设定值为0。

19、另一方面，在本发明提供的上述双维度pid控制方法中，期望值对应的表达式为：

20、，；

21、，；

22、其中，是初始期望值，为当前偏差，为设定偏差阈值，为由当前偏差计算出的期望值，为大于1的常数。

23、另一方面，在本发明提供的上述双维度pid控制方法中，斜率设定值对应的表达式为：

24、；

25、其中，为最大斜率设定值，为当前偏差，为设定偏差阈值，为由当前偏差计算出的斜率设定值。

26、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种双维度pid控制装置，应用于pid控制器，所述装置包括：

27、第一获取模块，用于将被控变量与期望值之间的差值作为偏差，并结合对应的pid参数值，获取第一控制输出量；

28、第二获取模块，用于将控制斜率与斜率设定值之间的差值作为斜率偏差，并结合对应的pid参数值，获取第二控制输出量；所述控制斜率用于表征被控变量随时间的变化趋势；

29、输出量计算模块，用于根据所述第一控制输出量，所述第二控制输出量，以及所述第一控制输出量和所述第二控制输出量之间的权重，得到最终控制输出量并传给被控对象。

30、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种双维度pid控制设备，所述设备包括：

31、存储器，用于存储计算机程序；

32、处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述的双维度pid控制方法的步骤。

33、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的双维度pid控制方法的步骤。

34、从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种双维度pid控制方法，该方法包括：将被控变量与期望值之间的差值作为偏差，并结合对应的pid参数值，获取第一控制输出量；将控制斜率与斜率设定值之间的差值作为斜率偏差，并结合对应的pid参数值，获取第二控制输出量；控制斜率用于表征被控变量随时间的变化趋势；根据第一控制输出量、第二控制输出量以及第一控制输出量和第二控制输出量之间的权重，得到最终控制输出量并传给被控对象。

35、本发明的有益效果在于，本发明提供的上述双维度pid控制方法，先利用偏差这个维度进行pid运算来获取第一控制输出量，再利用斜率偏差这个维度进行pid运算来获取第二控制输出量，这样从偏差和控制斜率这两个维度上得到最终控制输出量，可以优化闭环控制，实现被控变量的稳定控制，提高系统响应速度，并且基于第一控制输出量和第二控制输出量之间的权重，有效抑制系统超调，让系统在响应过程中不超过稳定态的最大偏差，进而使得pid控制器能够同时兼顾系统响应速度和系统超调量。

36、此外，本发明还针对双维度pid控制方法提供了相应的双维度pid控制装置、双维度pid控制设备及计算机可读存储介质，与上述提到的双维度pid控制方法具有相同或相对应的技术特征，效果同上。

1.一种双维度pid控制方法，其特征在于，应用于pid控制器，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的双维度pid控制方法，其特征在于，所述第一控制输出量与所述第二控制输出量之间的权重通过可变系数进行调节；

3.根据权利要求2所述的双维度pid控制方法，其特征在于，采用第一公式获取所述第一控制输出量；所述第一公式为：

4.根据权利要求3所述的双维度pid控制方法，其特征在于，采用第三公式得到所述最终控制输出量；所述第三公式为：

5.根据权利要求1所述的双维度pid控制方法，其特征在于，期望值随着偏差的变化而改变；

6.根据权利要求5所述的双维度pid控制方法，其特征在于，期望值对应的表达式为：

7.根据权利要求5所述的双维度pid控制方法，其特征在于，斜率设定值对应的表达式为：

8.一种双维度pid控制装置，其特征在于，应用于pid控制器，所述装置包括：

9.一种双维度pid控制设备，其特征在于，所述设备包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的双维度pid控制方法的步骤。