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龙图腾网恭喜浙江大学申请的专利一种PID控制器参数劣化溯源方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115236970B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-11发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210868080.7，技术领域涉及：G05B11/42；该发明授权一种PID控制器参数劣化溯源方法是由徐祖华;林志义;赵均;宋春跃设计研发完成，并于2022-07-22向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种PID控制器参数劣化溯源方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种PID控制器参数劣化溯源方法，包括判断系统性能是否劣化、系统整定过快还是整定过慢；针对控制器整定过快的回路，判断回路是否存在振荡；若整定过快的回路存在振荡，使用基于互相关函数的同异相程度指数追溯PID控制器劣化的原因是比例作用过强主导还是积分作用过强主导；针对控制器整定过慢的回路，使用基于粒子群优化算法的分段曲线拟合方法对闭环脉冲响应序列进行拟合；计算所得拟合曲线比例主导区内的下降幅度指数，同时计算拟合曲线的下降时间，追溯PID控制器劣化的原因是比例作用过弱主导还是积分作用过弱主导。本发明的方法能及时发现、识别控制系统和回路的缺陷，优化控制系统参数，从而提升系统的可靠性和运行性能。

本发明授权一种PID控制器参数劣化溯源方法在权利要求书中公布了：1.一种PID控制器参数劣化溯源方法，其特征在于，具体如下：S1：采集回路运行数据，计算PID控制回路的时间序列AR模型，计算闭环脉冲响应序列和闭环阶跃响应序列，采用基于调节性能指数的方法判断系统控制性能是否劣化；若系统控制性能不劣化，则结束判断；若系统控制性能劣化，则进行步骤S2；S2：针对性能劣化的系统，使用二阶带时滞闭环传递函数模型SOPTD拟合闭环阶跃响应序列，通过时间常数τ和阻尼比ζ判断系统整定过快还是整定过慢；若系统整定过快，则进行步骤S3；若系统整定过慢，则进行步骤S5和S6；S3：针对控制器整定过快的回路，使用基于ACF的改进振荡检测指标监测回路是否存在振荡；若回路不存在振荡，则结束判断；若回路存在振荡，则进行步骤S4；S4：若整定过快的回路存在振荡，使用基于互相关函数的同异相程度指数追溯PID控制器劣化的原因是比例作用过强主导还是积分作用过强主导；S5：针对控制器整定过慢的回路，使用基于粒子群优化算法的分段曲线拟合方法对闭环脉冲响应序列进行拟合，得到拟合曲线；S6：计算所得拟合曲线比例主导区内的下降幅度指数，与50％比较，同时计算拟合曲线的下降时间，与期望回复时间比较，追溯PID控制器劣化的原因是比例作用过弱主导还是积分作用过弱主导；所述步骤S1具体如下：采集PID控制回路的运行数据，所述运行数据包括系统输入数据、系统输出数据和控制器输出数据；采用预测误差算法计算PID控制回路的时间序列AR模型；所述预测误差算法为一步预报误差法结合最终预测误差准则，预测误差算法采用如下模型结构，AR模型：yk+a1yk-1+…+anyk-n＝ek优化目标： 其中，y表示回路的输出值；yk，yk-1，…，yk-n分别表示k时刻，k-1时刻…，k-n时刻回路的输出值；ek表示k时刻的白噪声值；a1，…，an分别表示k时刻之前不同时刻对应不同输出值的模型参数；n为预设的时刻选择数量；θ表示模型参数矩阵，θ＝[a1a2…an]T；N表示模型参数个数；为一步预报值，表示k-1时刻对k时刻系统输出值的预测，具体形式如下式所示，一步预报值： 其中，输出数据集[·]T表示转置；将所述优化目标进一步转化为如下公式表示的最小二乘命题 计算得到AR模型后，转为MA模型，提取前d项，得到期望闭环模型；MA模型：yt＝f0+f1q-1+…+fd-1q-d+1+fdq-d+…+fnq-n+…et期望闭环模型： 其中d为系统的时延；q为前向传递算子，q-1fk＝fk-1；α＝exp-tsτC，ts是采样时间，τC是期望回复时间；fi为MA模型的参数；et为白噪声；随后使用MA模型计算闭环脉冲响应序列和闭环阶跃响应序列；接着采用基于调节性能指数的方法判断系统性能是否劣化，具体如下：调节性能指数： 其中表示期望闭环系统的输出方差，表示实际系统的输出方差，表示白噪声的输出方差，RPI取值范围为0,1；若RPI小于0.8，则认为系统控制性能出现劣化；所述步骤S2具体如下：针对控制性能劣化的系统，使用如下二阶带时滞闭环传递函数模型SOPTD拟合步骤S1得到的闭环阶跃响应序列；SOPTD模型： 其中，θ表示时滞，s表示复变量；随后通过时间常数τ和阻尼比ζ判断系统整定过快还是整定过慢；所述步骤S3中基于ACF的改进振荡检测指标 上式中 其中，h1定义为时滞为0时的自相关系数值与零坐标轴的距离，hi定义为自相关图中曲线的连续极值点，n为极值点的个数；当OsctIndex＜0.25时，认为回路不存在振荡；当0.25≤OsctIndex＜1时，认为回路存在振荡；所述步骤S4具体如下：若整定过快的回路存在振荡，计算控制器输出OP和系统输出PV的互相关函数，互相关函数：Rop,pvτ＝E{optpv*t-τ}其中E{·}表示求期望；τ为两个信号取值的时间差，称为滞后；*表示复共轭；t表示时刻；得到互相关函数后，计算同异相程度指数；该同异相程度指数包括同相时间指数Δτ和同相程度指数Δρ；同相时间指数： 同相程度指数： 其中τleft和τright分别为互相关函数曲线中时滞τ＝0左侧和右侧的第一个过零点，R0表示时滞τ＝0对应的互相关函数值，Rmax表示最靠近τ＝0轴的互相关函数极值点；若且则PID控制器劣化的原因是比例作用过强主导；若且则PID控制器劣化的原因是比例与积分作用均过强共同主导；若且则PID控制器劣化的原因是积分作用过强主导；所述步骤S5具体如下：分段曲线为 优化目标为 其中，k、q为第一段直线的参数，a、b为第二段曲线的参数，tθ为系统的时延，tP为转折时间，ftP表示以tP为转折点时的残差平方和；将分段曲线写成矩阵的形式Φθ＝Y，其中 则残差平方和为 则基于最小二乘的参数估计值为 最佳转折时间点采用粒子群优化算法计算得到，种群中每个粒子速度和位置的更新公式如下： 其中表示个体在第k次迭代时的速度，即参数更新方向和大小；表示个体最优解；表示群体最优解；表示个体位置，位置对应的目标函数为适应度；w为惯性权重，c1和c2均为学习因子，r1和r2为区间[0,1]内的随机数；根据所得最佳转折时间点tP*得到拟合曲线 所述步骤S6具体如下：所得拟合曲线的比例主导区为其中tθ为系统的时延，为计算得到的最佳转折时间点，下降幅度指数m通过下式计算下降幅度指数： 将所得m值与50％比较，并且计算脉冲响应值下降为初始时刻的50％所耗费的脉冲半值时间tk，脉冲半值时间： 其中表示t时刻的闭环脉冲响应值，表示已知闭环脉冲响应值，求取其对应的时刻的函数；将所得tk值与比较，然后计算拟合曲线的下降时间；所述下降时间指的是从tθ时刻开始，到闭环脉冲响应值下降为tθ时刻的所耗费的时间；下降时间通过下式计算，下降时间： 将所得下降时间与期望回复时间比较；若m≤50％或则PID控制器劣化的原因是比例过弱主导；若m≥50％且同时tfall＞2τC，则PID控制器劣化的原因是积分过弱主导。

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