元宇宙驱动的PID整定方法、系统及平台

本技术实施例涉及工业控制，具体涉及一种元宇宙驱动的pid整定方法、系统及平台。

背景技术：

1、复杂工业过程是指一类具有长流程、大滞后、强非线性、有复杂的化学反应和物理变化、受到未知干扰、动态特性发生变化，难以建立精确模型等特点的工业过程。为实现复杂工业过程的优化控制，复杂工业过程的控制系统需要具有较高的性能；基于pid(proportional-integral-differential，比例-积分-微分)控制器的设计简单、高鲁棒性、易于工程实现等特点，pid控制器能够应用于复杂工业过程的控制系统。

2、pid控制器的控制参数(例如pid参数)需要能够自动调整优化，以适应于复杂工业过程的优化控制，因此如何提供技术方案，以提高元宇宙驱动的pid整定的精确性和可靠性，成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种元宇宙驱动的pid整定方法、系统及平台，以提高元宇宙驱动的pid整定的精确性和可靠性。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案。

3、第一方面，本发明实施例提供一种元宇宙驱动的pid整定方法，包括：

4、获取复杂工业过程的端侧现场图像信息、点云数据和端侧生产过程数据；

5、基于所述端侧现场图像信息、点云数据和所述端侧生产过程数据，构建复杂工业过程的控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景；所述控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景至少显示有，由端侧pid控制系统控制的端侧被控对象对应的端侧控制回路数据，以及显示有由边侧pid控制系统控制的边云协同的数字孪生模型对应的边侧控制回路数据，所述边侧pid控制系统与所述端侧pid控制系统的控制算法相同；

6、由云侧的控制回路评价机制评价端侧控制回路状态，在所述端侧控制回路数据发生异常时，获得复杂工业过程异常信号，并将异常反映在虚拟现实场景中，以及时报警提示；

7、基于所述复杂工业过程异常信号，触发基于强化学习的在边侧数字孪生回路上的pid参数整定，获取当前次的最优pid参数；

8、将所述当前次的最优pid参数应用于所述控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景，根据所述边侧控制回路数据的变化，迭代的获取下一次的最优pid参数，直至所述边侧控制回路数据达到回路控制性能标准时，将达到回路控制性能标准时对应的最优pid参数作为端侧最优pid参数；

9、将所述端侧最优pid参数由虚拟现实场景下发至端侧pid控制系统，以提高端侧控制性能，以及反复执行上述过程形成在虚拟场景中对端侧pid控制性能的持续在线优化。

10、第二方面，本发明实施例提供一种元宇宙驱动的pid整定系统，包括端侧实际运行控制系统、边侧系统和云侧pid控制过程数字孪生系统；

11、所述边侧系统包括边侧pid控制器参数整定系统和边侧虚拟现实可视化系统，所述边侧pid控制器参数整定系统为边侧虚拟现实可视化系统提供当前次的最优pid参数及边侧控制回路数据，所述边侧虚拟现实可视化系统对端侧数据和边侧数据进行可视化，提供人机交互接口；

12、其中，所述端侧系统包括端侧实际运行控制系统和端侧传感装置，所述端侧传感装置用于获取所述端侧实际运行控制系统的复杂工业过程的端侧现场图像信息和点云数据，并将所述复杂工业过程的端侧现场图像信息和点云数据传输至所述边侧虚拟现实可视化系统；

13、所述云侧pid控制过程数字孪生系统，包括：

14、云侧数据服务器，用于存储复杂工业过程的端侧生产过程数据；

15、所述边侧虚拟现实可视化系统，包括：

16、数据交互接口，用于获取云侧数据服务器存储的端侧生产过程数据，和边侧pid控制器参数整定系统传输的边侧pid控制系统控制的边云协同的数字孪生模型对应的边侧控制回路数据；

17、虚拟现实场景构建模块，用于基于端侧传感装置发送的端侧现场图像信息和点云数据，构建复杂工业过程的控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景；所述控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景至少显示有数据交互接口获取的端侧生产过程数据中的端侧控制回路数据和边侧控制回路数据，所述边侧pid控制系统与所述端侧实际运行控制系统中的端侧pid控制系统的控制算法相同；

18、沉浸式控制性能监控模块，用于对所述虚拟现实场景构建模块构建的控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景进行监控，并在所述端侧控制回路数据发生异常时，获得复杂工业过程异常信号；

19、沉浸式pid参数整定模块，用于根据沉浸式控制性能监控模块发出的复杂工业过程异常信号，获取当前次的最优pid参数；并将所述当前次的最优pid参数应用于所述控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景，根据所述边侧控制回路数据的变化，迭代的获取下一次的最优pid参数，直至所述边侧控制回路数据达到回路控制性能标准时，将达到回路控制性能标准时对应的最优pid参数作为端侧最优pid参数，以及将所述端侧最优pid参数下发至端侧pid控制系统。

20、第三方面，本发明实施例还提供了一种元宇宙驱动的pid整定平台，包括：

21、如第二方面所述的元宇宙驱动的pid整定系统；

22、沉浸式交互设备连接装置，用于将沉浸式交互设备与所述元宇宙驱动的pid整定系统中，沉浸式人机交互模块进行连接，以通过沉浸式人机交互模块展示所述元宇宙驱动的pid整定系统中，虚拟现实场景构建模块构建的控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景。

23、本发明实施例提供了一种元宇宙驱动的pid整定方法，包括：获取复杂工业过程的端侧现场图像信息、点云数据和端侧生产过程数据；基于所述端侧现场图像信息和所述端侧生产过程数据，构建复杂工业过程的控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景；所述控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景至少显示有，由端侧pid控制系统控制的端侧被控对象对应的端侧控制回路数据，以及显示有由边侧pid控制系统控制的边云协同的数字孪生模型对应的边侧控制回路数据，所述边侧pid控制系统与所述端侧pid控制系统的控制算法相同；由云侧的控制回路评价机制评价端侧控制回路状态，在所述端侧控制回路数据发生异常时，获得复杂工业过程异常信号，并将异常反映在虚拟现实场景中，以及时报警提示；基于所述复杂工业过程异常信号，触发基于强化学习的在边侧数字孪生回路上的pid参数整定，获取当前次的最优pid参数；将所述当前次的最优pid参数应用于所述控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景，根据所述边侧控制回路数据的变化，迭代的获取下一次的最优pid参数，直至所述边侧控制回路数据达到回路控制性能标准时，将达到回路控制性能标准时对应的最优pid参数作为端侧最优pid参数；将所述端侧最优pid参数由虚拟现实场景下发至端侧pid控制系统，以提高端侧控制性能，以及反复执行上述过程形成在虚拟场景中对端侧pid控制性能的持续在线优化。

24、可见，本发明实施例所提供的元宇宙驱动的pid整定方法，通过利用端侧现场图像信息和点云数据构建与端侧真实复杂工业过程对应的控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景，并且在控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景中显示有端侧pid控制系统数据，和由边侧pid控制系统控制的边云协同的数字孪生模型对应的边侧控制回路数据；从而可以基于控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景中显示的端侧pid控制系统数据判断端侧复杂工业过程中是否出现异常，即端侧pid控制系统数据是否出现不属于正常的pid控制系统数据的范围内，从而导致端侧复杂工业过程的控制性能出现异常；进而由云侧的控制回路评价机制评价端侧控制回路状态，在所述端侧控制回路数据发生异常时，获得复杂工业过程异常信号，以便于根据复杂工业过程异常信号，触发基于强化学习的在边侧数字孪生回路上的pid参数整定，获取当前次的最优pid参数，由于直接根据当前次的最优pid参数对端侧pid控制系统进行参数调整时，会存在当前次的pid参数难以取得更好控制效果，甚至引起更大的端侧控制回路波动的情况，进而导致端侧pid控制系统和由端侧pid控制系统控制的端侧被控对象组成的端侧控制回路出现回路波动的问题，因此本发明实施例在获得到当前次的最优pid参数之后，并未直接将当前次的最优pid参数下发至端侧pid控制系统，而是将当前次的最优pid参数应用到控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景中，以基于控制系统动态性能监控与参数寻优的虚拟现实场景中显示的边侧控制回路数据，由于边侧pid控制系统与所述端侧pid控制系统的控制算法相同，因此可以根据边侧pid控制系统在当前次的最优pid参数的作用下，控制边侧被控对象的输出，即可以基于当前次的最优pid参数所得到的边侧控制回路数据，确定是否达到回路控制性能标准，如果基于当前次的最优pid参数所得到的边侧控制回路数据达到回路控制性能标准，则说明可以应用到端侧pid控制系统，以控制端侧被控对象正常工作，从而端侧现场控制回路的控制性能可以恢复正常；如果基于当前次的最优pid参数所得到的边侧控制回路数据未达到回路控制性能标准，则说明当前次的最优pid参数不适用于端侧pid控制系统，即当前次的最优pid参数是不合适的，也就是说端侧pid控制系统数据仍然处于发生异常的情况，则再次重新获取下一次的最优pid参数，直至边侧控制回路数据达到回路控制性能标准，将达到回路控制性能标准时对应的最优pid参数作为端侧最优pid参数，以下发至端侧pid控制系统，以提高端侧控制性能，反复执行上述过程形成在虚拟场景中对端侧pid控制性能的持续在线优化；从而可以保证最终应用于端侧pid控制系统的最优pid参数是能够使得端侧pid控制系统的控制性能满足控制性能标准，使得端侧被控对象和端侧pid控制系统形成的端侧控制回路是正常工作的；因此本发明实施例提供的复杂工业过程的pid整定方法，可以提高元宇宙驱动的pid整定的精确性和可靠性，使得pid控制系统优化运行，取得更好的在线控制效果。