一种基于改进增量式PID控制的张力控制方法与流程

本发明涉及钢丝绳收盘相关，尤其是指一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法。

背景技术：

1、在现代工业控制系统中，钢丝绳收盘系统的张力控制是一个至关重要的环节。张力控制不仅关乎生产效率和产品质量，还直接关系到设备的安全运行。然而，由于钢丝绳收盘系统控制对象的特性，如分布式特性和参数变化等，传统的建模和控制方法面临着诸多挑战。因此，在实际应用中，我们需要探索更为灵活和有效的控制策略。

2、张力控制系统理论数学模型为我们提供了理解系统行为的基础。然而，正如理论所示，由于控制对象的复杂性，建立一个精确且统一的数学模型并非易事。同时，系统参数的动态变化进一步增加了控制难度。在这种情况下，虽然现代控制理论为我们提供了丰富的模型辨识工具，但由于其高昂的成本和难以达到预期效果的现实，使得这些工具在实际应用中受到限制。

3、考虑到上述挑战，绳索收盘机张力控制系统中广泛采用了pid控制算法。pid控制算法以其简单、稳定和可靠的特点，成为工业控制领域中的佼佼者。在传统的pid(比例+积分+微分)控制中，微分项通过预测系统未来的行为，有助于提高系统响应速度、减少超调和抑制振荡；积分项则通过累积过去的偏差，有助于消除静态误差。通过将比例、积分、微分三者有机结合，pid控制器能够在确保快速响应的同时，实现平稳的控制效果。

4、随着计算机技术的飞速发展，计算机控制系统以其强大的数据处理和逻辑判断能力，在过程控制领域得到了广泛应用。然而，传统的模拟式pid控制方法由于存在速度慢、效率低等问题，已难以满足现代自动智能式控制系统的需求。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种能够快速平稳控制的基于改进增量式pid控制的张力控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法，具体包括如下步骤：

4、(1)对传统模拟pid控制器进行离散化处理，获得增量式pid算法；

5、(2)对获得增量式pid算法进行改进，获得带积分分离的增量式pid算法和带死区的增量式pid算法；

6、(3)结合积分分离的增量式pid算法和带死区的增量式pid算法，得到改进后的增量式pid控制算法。

7、本发明提出了一种基于计算机的离散式pid控制方法。离散式pid控制方法的核心在于对传统模拟pid控制器的积分和微分项进行离散化处理。这需要对原系统模拟控制器的数学模型进行转换，使其适应计算机采样控制的特性。通过离散化处理，我们可以将模拟控制器的算法转化为计算机可实现的程序，从而构建出计算机控制系统。在计算机控制系统中，常用的控制算法包括位置式控制算法和增量式控制算法。位置式控制算法直接计算当前时刻的控制量，适用于需要精确控制的应用场景；而增量式控制算法则计算控制量的增量，适用于对系统稳定性要求较高的场合。在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的控制算法，以实现最佳的控制效果。综上所述，pid控制算法在钢丝绳收盘机张力控制系统中发挥着重要作用。通过灵活运用比例、积分、微分三种调节规律，pid控制器能够实现既快速又平稳的控制效果。

8、作为优选，在步骤(1)中，增量式pid算法的获取方式如下：

9、模拟pid控制的原理是将偏差的比例、积分、微分通过线形组合构成控制量，对被控对象进行控制，其控制规律为下式所示：

10、

11、式中：kp—比例系数，ti—积分时间常数，td—微分时间常数；

12、按模拟pid控制算法(1)，以一系列的采样时刻点kt代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微分进行近似变换：

13、

14、将式(2)带入式(1)，可得离散pid表达式为：

15、

16、式中：k—采样序号，k＝0,1,2…；u(k)—调节器的输出信号；ti＝kp/ki—调节器的积分时间常数；td＝kd/kp—调节器的微分时间常数；t—采样周期；e(k)—系统设定值与被控制量之间的偏差，调节器输出的偏差信号；ki指的是调节器的积分系数，kd指的是调节器的微分系数；

17、由式(3)可以得出：

18、

19、将式(3)和式(4)两式相减得：

20、

21、式中

22、

23、

24、

25、作为优选，在步骤(2)中，带积分分离的pid算法原理为：在pid控制系统中，系统会存在静态误差，实际测量值与给定值之间具有偏差，当偏差值超过给定的范围时，去掉积分项，采用pd调节控制算法，消除饱和作用的影响；当实际测量值与给定值的偏差落在给定范围内，再引入积分项，利用积分项消除静态误差。

26、作为优选，在步骤(2)中，带积分分离的增量式pid算法的具体方法为：在增量式pid算法中引入系数β，假设偏差量为x，当e(k)≤x，β＝1；当e(k)＞x，β＝0；引入积分分离系数的增量式pid算法为：

27、δu(k)＝(kp+βki+kd)e(k)-(kp+2kd)e(k-1)+kde(k-2)。

28、作为优选，在步骤(2)中，带死区的增量式pid算法的具体方法为：在增量式pid算法中设定一个参数值α，当设定值与检测值的偏差的绝对值e(k)≤α时，直接判定为没有误差存在；偏差值公式为：

29、

30、作为优选，在步骤(3)中，改进后的增量式pid控制算法具体为：

31、δu(k)＝kae(k)+kbe(k-1)+kce(k-2)

32、式中，ka＝kp+βki+kd，kb＝-(kp+2kd)，kc＝kd；

33、设死区参数为α，积分分离参考值x；当e(k)≤α时，e(k)默认为0，即系统进入死区状态；否则，当e(k)≤x时，进行pid运算；当e(k)＞x时，取消积分作用，只进行pd控制。

34、本发明的有益效果是：通过灵活运用比例、积分、微分三种调节规律，pid控制器能够实现既快速又平稳的控制效果。

技术特征：

1.一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法，其特征是，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法，其特征是，在步骤(1)中，增量式pid算法的获取方式如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法，其特征是，在步骤(2)中，带积分分离的pid算法原理为：在pid控制系统中，系统会存在静态误差，实际测量值与给定值之间具有偏差，当偏差值超过给定的范围时，去掉积分项，采用pd调节控制算法，消除饱和作用的影响；当实际测量值与给定值的偏差落在给定范围内，再引入积分项，利用积分项消除静态误差。

4.根据权利要求3所述的一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法，其特征是，在步骤(2)中，带积分分离的增量式pid算法的具体方法为：在增量式pid算法中引入系数β，假设偏差量为x，当e(k)≤x，β＝1；当e(k)＞x，β＝0；引入积分分离系数的增量式pid算法为：

5.根据权利要求4所述的一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法，其特征是，在步骤(2)中，带死区的增量式pid算法的具体方法为：在增量式pid算法中设定一个参数值α，当设定值与检测值的偏差的绝对值e(k)≤α时，直接判定为没有误差存在；偏差值公式为：

6.根据权利要求5所述的一种基于改进增量式pid控制的张力控制方法，其特征是，在步骤(3)中，改进后的增量式pid控制算法具体为：

技术总结本发明公开了一种基于改进增量式PID控制的张力控制方法。它具体包括如下步骤：(1)对传统模拟PID控制器进行离散化处理，获得增量式PID算法；(2)对获得增量式PID算法进行改进，获得带积分分离的增量式PID算法和带死区的增量式PID算法；(3)结合积分分离的增量式PID算法和带死区的增量式PID算法，得到改进后的增量式PID控制算法。本发明的有益效果是：通过灵活运用比例、积分、微分三种调节规律，PID控制器能够实现既快速又平稳的控制效果。技术研发人员：袁法培,黄伟君,喻岩珑,陈承,沈骥,华凯凯,周翰佳,王伟,王华铭,周宗飞,贝兴祥,陈杰涛,李浩,沈玺,李卓峄受保护的技术使用者：浙江大有实业有限公司电力建设分公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18