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CN109375896B - 一种类似积分方法及装置 - Google Patents

一种类似积分方法及装置 Download PDF

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CN109375896B CN201811269708.1A CN201811269708A CN109375896B CN 109375896 B CN109375896 B CN 109375896B CN 201811269708 A CN201811269708 A CN 201811269708A CN 109375896 B CN109375896 B CN 109375896B
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Guangdong Power Grid Co Ltd
Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种类似积分方法及装置，其中方法包括101、将当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号进行加法运算，得到当前步长的加法信号；102、将所述当前步长的加法信号进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号；103、将所述当前步长的类似积分输出信号作为上一步长的类似积分输出信号后，返回步骤101计算下一步长的类似积分输出信号。本申请中在进行积分运算时，采用滑动窗滤波器取代构造常规积分器时使用的一阶惯性滤波器，使得计算时的输出速度和输出效率都有明显提升，进而提高了跟踪输入常值扰动的效率。

Description

一种类似积分方法及装置
技术领域
本申请属于过程控制技术领域，尤其涉及一种类似积分方法及装置。
背景技术
PID(Proportion integration differentiation)控制技术是工业过程控制领域的一种首选的基础控制技术，但这并不代表PID控制已经能够较好满足控制实际要求，这其实也是一种无奈的选择，因为没有更好的选择。长期以来，人们一直在探索寻找能够全面超越PID控制的方法。遗憾的是，至今为止，任何试图挑战PID基础控制地位的方法仍没取得优势。长期以来，PID控制之所以难以被全面超越，根源在于在PID中存在一个看不见的严重缺陷，即在PID中存在常规积分(Integration，I)控制跟踪输入常值扰动效率不高的问题。
发明内容
本申请提供了一种类似积分方法及装置，用于取代PID中常规积分控制，可以有效提高跟踪输入常值扰动的效率，达到提高PID控制性能的目的。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种类似积分方法，包括：
101、将当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号进行加法运算，得到当前步长的加法信号；
102、将所述当前步长的加法信号进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号；
103、将所述当前步长的类似积分输出信号作为上一步长的类似积分输出信号后，返回步骤101计算下一步长的类似积分输出信号。
优选地，步骤102具体包括：
将所述当前步长的加法信号根据
Figure BDA0001845722840000011
进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号
Figure BDA0001845722840000012
其中，WSWF(s)为滑动窗滤波器的传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s，YADD(t)为当前步长的加法信号，YADD(t-dt)为上一步长的加法信号，YSI(t)为当前步长的类似积分输出信号，s为拉普拉斯算子。
优选地，步骤101具体包括：
将当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号根据YADD(t)＝YP(t)+YSI(t-dt)进行加法运算，得到当前步长的加法信号；
其中，YP(t)为当前步长的过程信号，YSI(t-dt)为上一步长的类似积分输出信号，YADD(t)为当前步长的加法信号。
本申请第二方面提供一种类似积分装置，包括：加法器和滑动窗滤波器；
所述加法器的第一输入端作为过程信号的输入端；
所述加法器的输出端和所述滑动窗滤波器的输入端连接；
所述滑动窗滤波器的输出端作为类似积分装置的输出端；
所述滑动窗滤波器的输出端和所述加法器的第二输入端连接。
优选地，所述滑动窗滤波器的传递函数具体为：
Figure BDA0001845722840000021
所述类似积分装置的输出表达式具体为：
Figure BDA0001845722840000022
其中，WSWF(s)为滑动窗滤波器的传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s，YADD(t)为当前步长的加法信号，YADD(t-dt)为上一步长的加法信号，YSI(t)为当前步长的类似积分输出信号，s为拉普拉斯算子。
优选地，所述加法器的表达式具体为：
YADD(t)＝YP(t)+YSI(t-dt)；
其中，YP(t)为当前步长的过程信号，YSI(t-dt)为上一步长的类似积分输出信号，YADD(t)为当前步长的加法信号。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请提供了一种类似积分方法：101、将当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号进行加法运算，得到当前步长的加法信号；102、将所述当前步长的加法信号进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号；103、将所述当前步长的类似积分输出信号作为上一步长的类似积分输出信号后，返回步骤101计算下一步长的类似积分输出信号。由于PID控制中的常规积分(Integration，I)控制是一种常值扰动观测器(Constantdisturbance observer，CDO)，起到消除稳态偏差的作用的同时，也决定了过程输出跟踪过程给定的性能。本申请中在进行积分运算时，采用滑动窗滤波器取代构造常规积分器时使用的一阶惯性滤波器，使得计算时的输出速度和输出效率都有明显提升，进而提高了跟踪输入常值扰动的效率。
附图说明
图1为现有PID控制中常规积分器的结构示意图；
图2为本申请实施例中一种类似积分方法的实施例的流程示意图；
图3为本申请实施例中一种类似积分装置的结构示意图；
图4为本申请实施例中一种类似积分方法的积分结果。
具体实施方式
现有PID控制中的常规积分器如图1所示，该常规积分器中使用一阶惯性滤波器，但是一阶惯性滤波器存在输出速度慢及输出效率低的问题。
本申请实施例提供了一种类似积分方法及装置，用于取代PID中常规积分控制，可以有效提高跟踪输入常值扰动的效率，达到提高PID控制性能的目的。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图2，本申请实施例中一种类似积分方法的实施例的流程示意图，包括：
步骤101、将当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号进行加法运算，得到当前步长的加法信号。
需要说明的是，在进行加法运算时，首先需要当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号进行加法运算，得到当前步长的加法信号。可以理解的是，此处根据YADD(t)＝YP(t)+YSI(t-dt)进行加法运算，其中，YP(t)为当前步长的过程信号，YSI(t-dt)为上一步长的类似积分输出信号，YADD(t)为当前步长的加法信号。
步骤102、将当前步长的加法信号进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号。
需要说明的是，在得到当前步长的加法信号后，将当前步长的加法信号根据
Figure BDA0001845722840000041
进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号
Figure BDA0001845722840000042
其中，WSWF(s)为滑动窗滤波器的传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s，YADD(t)为当前步长的加法信号，YADD(t-dt)为上一步长的加法信号，YSI(t)为当前步长的类似积分输出信号，s为拉普拉斯算子。
可以理解的是，如图4所示，在相同的积分时间常数的条件下TW＝TI＝400s(TI为常规积分器的积分时间常数，单位为s。)，输入的过程信号为1，此时根据
Figure BDA0001845722840000043
进行滑动窗滤波后的类似积分输出信号相比常规积分器得到的积分信号，输出更稳定，效率更高。
步骤103、将当前步长的类似积分输出信号作为上一步长的类似积分输出信号后，返回步骤101计算下一步长的类似积分输出信号。
需要说明的是，在得到当前步长的类似积分输出信号后，将当前步长的积分输出信号作为上一步长的类似积分输出信号，返回步骤101计算下一步长的类似积分输出信号。
本实施例中，由于PID控制中的常规积分(Integration，I)控制是一种常值扰动观测器(Constant disturbance observer，CDO)，起到消除稳态偏差的作用的同时，也决定了过程输出跟踪过程给定的性能。本申请中在进行积分运算时，采用滑动窗滤波器取代构造常规积分器时使用的一阶惯性滤波器，使得计算时的输出速度和输出效率都有明显提升，进而提高了跟踪输入常值扰动的效率。
以上为本申请实施例提供的一种类似积分方法的实施例，以下为本申请实施例提供的一种类似积分装置的实施例，请参阅图3。
本申请实施例中提供的一种类似积分装置，包括：加法器1和滑动窗滤波器2，加法器1的第一输入端作为过程信号的输入端，加法器1的输出端和滑动窗滤波器2的输入端连接，滑动窗滤波器2的输出端作为类似积分装置的输出端，滑动窗滤波器2的输出端和加法器1的第二输入端连接。
需要说明的是，滑动窗滤波器2的传递函数具体为：
Figure BDA0001845722840000051
类似积分装置的输出表达式具体为：
Figure BDA0001845722840000052
其中，WSWF(s)为滑动窗滤波器2的传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s，YADD(t)为当前步长的加法信号，YADD(t-dt)为上一步长的加法信号，YSI(t)为当前步长的类似积分输出信号，s为拉普拉斯算子。
同时，需要说明的是，加法器1的表达式具体为：
YADD(t)＝YP(t)+YSI(t-dt)；
其中，YP(t)为当前步长的过程信号，YSI(t-dt)为上一步长的类似积分输出信号，YADD(t)为当前步长的加法信号。
本实施例中，由于PID控制中的常规积分(Integration，I)控制是一种常值扰动观测器(Constant disturbance observer，CDO)，起到消除稳态偏差的作用的同时，也决定了过程输出跟踪过程给定的性能。本申请中在进行积分运算时，采用滑动窗滤波器2取代构造常规积分器时使用的一阶惯性滤波器，使得计算时的输出速度和输出效率都有明显提升，进而提高了跟踪输入常值扰动的效率。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种类似积分方法，其特征在于，包括：
101、将当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号进行加法运算，得到当前步长的加法信号，具体包括：
将当前步长的过程信号和上一步长的类似积分输出信号根据YADD(t)＝YP(t)+YSI(t-dt)进行加法运算，得到当前步长的加法信号；
其中，YP(t)为当前步长的过程信号，YSI(t-dt)为上一步长的类似积分输出信号，YADD(t)为当前步长的加法信号；
102、将所述当前步长的加法信号进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号，具体包括：
将所述当前步长的加法信号根据
Figure FDA0003929769170000011
进行滑动窗滤波后得到当前步长的类似积分输出信号
Figure FDA0003929769170000012
其中，WSWF(s)为滑动窗滤波器的传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s，YADD(t)为当前步长的加法信号，YADD(t-dt)为上一步长的加法信号，YSI(t)为当前步长的类似积分输出信号，s为拉普拉斯算子；
103、将所述当前步长的类似积分输出信号作为上一步长的类似积分输出信号后，返回步骤101计算下一步长的类似积分输出信号。
2.一种类似积分装置，其特征在于，包括：加法器和滑动窗滤波器；
所述加法器的第一输入端作为过程信号的输入端；所述加法器的表达式具体为：
YADD(t)＝YP(t)+YSI(t-dt)；
其中，YP(t)为当前步长的过程信号，YSI(t-dt)为上一步长的类似积分输出信号，YADD(t)为当前步长的加法信号；
所述加法器的输出端和所述滑动窗滤波器的输入端连接；所述滑动窗滤波器的传递函数具体为：
Figure FDA0003929769170000013
所述类似积分装置的输出表达式具体为：
Figure FDA0003929769170000014
其中，WSWF(s)为滑动窗滤波器的传递函数；TW为窗口时间长度，单位为s，YADD(t)为当前步长的加法信号，YADD(t-dt)为上一步长的加法信号，YSI(t)为当前步长的类似积分输出信号，s为拉普拉斯算子；
所述滑动窗滤波器的输出端作为类似积分装置的输出端；
所述滑动窗滤波器的输出端和所述加法器的第二输入端连接。
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