一种压力控制方法、装置及设备

1.本发明属于压力控制技术领域，尤其涉及一种压力控制方法、装置及设备。


背景技术：

2.在液压系统、气动系统、液体输送管道、化工设备等领域，通常会涉及压力控制，例如经常采用的温度压力控制系统(简称温压控制系统)，其中目前所用的压力控制大多基于pid(proportional integral derivative，比例、积分和微分)控制来实现。
3.pid控制的策略是通过计算误差信号和其时间积分和微分来实现控制。pid控制方法已经被广泛应用于各种工业控制领域，并取得了一定的成功。但在压力控制维度，pid控制依然还存在以下缺陷：
4.即，控制精度和响应速度方面存在一定局限性、难以处理模糊和不确定性问题，对系统的非线性、时变和不确定性等问题缺乏有效的处理方法等，特别的是，在温压控制系统中，pid控制容易出现超调，从而导致系统波动，没有办法实现相对稳定的压力控制。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种压力控制方法、装置及设备，旨在解决背景技术当中的至少一个技术问题。
6.本发明实施例是这样实现的，一种压力控制方法，所述方法包括：
7.获取压力误差以及压力误差变化率，并根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重；
8.将所述压力误差以及压力误差变化率输入到预设的模糊控制器当中，输出模糊控制输出量；
9.将所述压力误差输入到预设的pid控制器当中，输出pid控制输出量；
10.根据所述模糊控制输出量、所述pid控制输出量、所述模糊控制权重以及所述pid控制权重，确定阀门控制量；
11.根据所述阀门控制量对控制压力的阀门进行控制。
12.进一步地，根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重的步骤包括：
13.基于第一计算公式计算出与所述压力误差对应的模糊控制权重，并基于第二计算公式计算出与所述模糊控制权重对应的pid控制权重。
14.进一步地，所述第一计算公式为：
[0015][0016]
式中，w2代表模糊控制权重，e代表压力误差，e0为初始压力误差。
[0017]
进一步地，所述第二计算公式为：
[0018]
w1＝1-w2[0019]
式中，w1为pid控制权重。
[0020]
进一步地，预设的模糊控制器的生成过程包括：
[0021]
分别定义压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输出量的数据域以及模糊子集；
[0022]
在所述数据域以及模糊子集的范围内，采用三角隶属函数确定压力误差和压力误差变化率与模糊控制输出量之间的模糊推理规则，并确定模糊控制输出量的去模糊化方法，从而生成所述预设的模糊控制器。
[0023]
进一步地，压力误差和压力误差变化率的数据域设置为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；
[0024]
模糊控制输出量的数据域设置为{-3，-2.5，-2，-1.5，-1.0，-0.5，0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3}。
[0025]
进一步地，压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输出量的模糊子集设置为{pb，pm，ps，zo，ns，nm，nb}；
[0026]
其中，pb代表正大、pm代表正中、ps代表正小、zo代表零、ns代表负小、nm代表负中、nb代表负大。
[0027]
进一步地，所述模糊控制输出量的去模糊化方法为重心法。
[0028]
本发明实施例还提供了一种压力控制装置，所述装置包括：
[0029]
数据获取模块，用于获取压力误差以及压力误差变化率，并根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重；
[0030]
模糊控制模块，用于将所述压力误差以及压力误差变化率输入到预设的模糊控制器当中，输出模糊控制输出量；
[0031]
pid控制模块，用于将所述压力误差输入到预设的pid控制器当中，输出pid控制输出量；
[0032]
控制输出模块，用于根据所述模糊控制输出量、所述pid控制输出量、所述模糊控制权重以及所述pid控制权重，确定阀门控制量；
[0033]
阀门控制模块，用于根据所述阀门控制量对控制压力的阀门进行控制。
[0034]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的压力控制方法。
[0035]
本发明实施例还提供了一种压力控制设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的压力控制方法。
[0036]
本发明所达到的有益效果为：通过采用模糊控制和pid控制的双模控制策略来对压力进行控制，其中的模糊控制能够对系统非线性和模糊性进行有效的控制和处理，这样在与pid控制的配合下，就能够提高系统的稳定性和可靠性，能够很好解决传统pid控制带来的超调问题，从而实现相对稳定的压力控制。并且，还根据不同的压力误差和误差变化率来动态调整模糊控制和pid控制的权重，能够根据不同的控制目标和工况自适应调整控制策略，能够根据实际应用场景来灵活变化调整控制参数，从而提高了控制精度和鲁棒性，减少了控制误差和波动。
附图说明
[0037]
图1是本发明实施例一当中的压力控制方法的流程图；
[0038]
图2是本发明实施例当中提供的pid控制和模糊控制的输出模型图；
[0039]
图3是本发明实施例当中提供的三角隶属函数曲线图；
[0040]
图4为本发明实施例三当中的压力控制装置的结构框图；
[0041]
图5是本发明实施例四当中的压力控制设备的结构框图。
具体实施方式
[0042]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0043]
实施例一
[0044]
请参阅图1，所示为本发明实施例一当中的压力控制方法，具体可以用于例如液压系统、气动系统、液体输送管道、化工设备等领域的温压控制系统当中，所述压力控制方法具体可以通过软件和/或硬件来实现，所述方法具体包括步骤s01-步骤s05。
[0045]
步骤s01，获取压力误差以及压力误差变化率，并根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重。
[0046]
在具体实施时，可以通过压力传感器等压力感应元件来对系统压力进行实时监测，从而确定系统的压力误差以及压力误差变化率。在一些可选的实施例当中，根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重的步骤具体可以包括：
[0047]
基于第一计算公式计算出与所述压力误差对应的模糊控制权重，并基于第二计算公式计算出与所述模糊控制权重对应的pid控制权重；
[0048]
其中，所述第一计算公式为：
[0049][0050]
式中，w2代表模糊控制权重，e代表压力误差，e0为初始压力误差。
[0051]
其中，第二计算公式为：
[0052]
w1＝1-w2[0053]
式中，w1为pid控制权重。
[0054]
具体地，在本实施例当中，确定权重分配的原则是：当压力误差e较小时，pid控制权重w1更大，输出主要由pid控制决定，以保证较高的控制精度；而当e较大时，模糊控制权重w2更大，输出主要由模糊控制决定，以保证快速的动态响应和调控稳定性。
[0055]
步骤s02，将所述压力误差以及压力误差变化率输入到预设的模糊控制器当中，输出模糊控制输出量。
[0056]
步骤s03，将所述压力误差输入到预设的pid控制器当中，输出pid控制输出量。
[0057]
步骤s04，根据所述模糊控制输出量、所述pid控制输出量、所述模糊控制权重以及所述pid控制权重，确定阀门控制量。
[0058]
具体地，阀门控制量具体满足以下条件式：
[0059]
q＝pw1+w2[0060]
式中，q代表阀门控制量，p代表pid控制输出量，u代表模糊控制输出量。也即本实施例当中的最终阀门控制量的输出是根据pid控制输出量和模糊控制输出量及其对应的权重加权求和得到，其对应的输出模型如图2所示。
[0061]
步骤s05，根据所述阀门控制量对控制压力的阀门进行控制。
[0062]
在具体实施时，阀门一般为电子阀，例如具体为液压系统、气动系统、液体输送管道、化工设备等领域当中进行压力控制的电磁比例阀。其中的阀门控制量，具体可以是电磁比例阀的开度，从而根据阀门控制量就可以实现对电磁比例阀的控制，进而控制系统压力。
[0063]
综上，本实施例当中的压力控制方法，通过采用模糊控制和pid控制的双模控制策略来对压力进行控制，其中的模糊控制能够对系统非线性和模糊性进行有效的控制和处理，这样在与pid控制的配合下，就能够提高系统的稳定性和可靠性，能够很好解决传统pid控制带来的超调问题，从而实现相对稳定的压力控制。并且，还根据不同的压力误差和误差变化率来动态调整模糊控制和pid控制的权重，能够根据不同的控制目标和工况自适应调整控制策略，能够根据实际应用场景来灵活变化调整控制参数，从而提高了控制精度和鲁棒性，减少了控制误差和波动。
[0064]
实施例二
[0065]
本发明实施例二同样提出一种压力控制方法，本实施例当中的压力控制方法与第一实施例当中的压力控制方法的不同之处在于：
[0066]
其中，预设的模糊控制器的生成过程包括：
[0067]
分别定义压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输出量的数据域以及模糊子集；
[0068]
在所述数据域以及模糊子集的范围内，采用三角隶属函数确定压力误差和压力误差变化率与模糊控制输出量之间的模糊推理规则，并确定模糊控制输出量的去模糊化方法，从而生成所述预设的模糊控制器。
[0069]
其中的三角隶属函数如图3所示，在本实施例一些可选实施例当中，压力误差e和压力误差变化率ec与模糊控制输出量u之间的模糊推理规则具体如下表1所示：
[0070]
表1：
[0071][0072][0073]
在本实施例一些可选实施例当中，压力误差和压力误差变化率的数据域设置为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，模糊控制输出量的数据域设置为{-3，-2.5，-2，-1.5，-1.0，-0.5，0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3}。压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输
出量的模糊子集设置为{pb，pm，ps，zo，ns，nm，nb}；其中，pb代表正大、pm代表正中、ps代表正小、zo代表零、ns代表负小、nm代表负中、nb代表负大。模糊控制输出量的去模糊化方法为重心法。
[0074]
也即，模糊控制器的生成过程具体可以为:首先在模糊离散集的语篇域内定义e表示压力误差，定义ec表示压力误差变化率，定义u表示模糊控制输出量；然后将压力误差e和压力误差变化率ec的数据域设置为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，并将模糊控制输出量u的数据域设置为{-3，-2.5，-2，-1.5，-1.0，-0.5，0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3}；然后采用pb(正大)、pm(正中)、ps(正小)、zo(零)、ns(负小)、nm(负中)、nb(负大)七个模糊语言变量作为压力误差e、压力误差变化率ec和模糊控制输出量u的模糊子集；采用如图3所示的三角隶属函数，并根据压力误差e和压力误差变化率ec确定模糊控制输出量u的主要原则如下:
[0075]
a)当压力误差e较大时，模糊控制输出量u应较大，以加快系统响应；
[0076]
b)当压力误差e为中值，压力误差变化率ec较小时，模糊控制输出量u应为中值，以减慢控制速度；
[0077]
c)当压力误差e和压力误差变化率ec都很小时，模糊控制输出量u应该很小。具体推理规则如上表1所示。
[0078]
最后对模糊控制输出量u进行重心去模糊处理，得到精确的输出。
[0079]
实施例三
[0080]
本发明另一方面还提出一种压力控制装置，具体可以用于例如液压系统、气动系统、液体输送管道、化工设备等领域的温压控制系统当中，请参阅图4，所示为本发明实施例三提供的压力控制装置，所述装置包括：
[0081]
数据获取模块11，用于获取压力误差以及压力误差变化率，并根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重；
[0082]
模糊控制模块12，用于将所述压力误差以及压力误差变化率输入到预设的模糊控制器当中，输出模糊控制输出量；
[0083]
pid控制模块13，用于将所述压力误差输入到预设的pid控制器当中，输出pid控制输出量；
[0084]
控制输出模块14，用于根据所述模糊控制输出量、所述pid控制输出量、所述模糊控制权重以及所述pid控制权重，确定阀门控制量；
[0085]
阀门控制模块15，用于根据所述阀门控制量对控制压力的阀门进行控制。
[0086]
进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述数据获取模块11还用于基于第一计算公式计算出与所述压力误差对应的模糊控制权重，并基于第二计算公式计算出与所述模糊控制权重对应的pid控制权重。
[0087]
其中，所述第一计算公式为：
[0088][0089]
式中，w2代表模糊控制权重，e代表压力误差，e0为初始压力误差。
[0090]
其中，所述第二计算公式为：
[0091]
w1＝1-w2[0092]
式中，w1为pid控制权重。
[0093]
进一步地，在本发明一些可选实施例当中，所述模糊控制模块还用于分别定义压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输出量的数据域以及模糊子集；在所述数据域以及模糊子集的范围内，采用三角隶属函数确定压力误差和压力误差变化率与模糊控制输出量之间的模糊推理规则，并确定模糊控制输出量的去模糊化方法，从而生成所述预设的模糊控制器。
[0094]
其中，压力误差和压力误差变化率的数据域设置为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；模糊控制输出量的数据域设置为{-3，-2.5，-2，-1.5，-1.0，-0.5，0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3}。压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输出量的模糊子集设置为{pb，pm，ps，zo，ns，nm，nb}；其中，pb代表正大、pm代表正中、ps代表正小、zo代表零、ns代表负小、nm代表负中、nb代表负大。所述模糊控制输出量的去模糊化方法为重心法。
[0095]
上述各模块、单元被执行时所实现的功能或操作步骤与上述方法实施例大体相同，在此不再赘述。
[0096]
综上，本实施例当中的压力控制装置，通过采用模糊控制和pid控制的双模控制策略来对压力进行控制，其中的模糊控制能够对系统非线性和模糊性进行有效的控制和处理，这样在与pid控制的配合下，就能够提高系统的稳定性和可靠性，能够很好解决传统pid控制带来的超调问题，从而实现相对稳定的压力控制。并且，还根据不同的压力误差和误差变化率来动态调整模糊控制和pid控制的权重，能够根据不同的控制目标和工况自适应调整控制策略，能够根据实际应用场景来灵活变化调整控制参数，从而提高了控制精度和鲁棒性，减少了控制误差和波动。
[0097]
实施例四
[0098]
请参阅图5，本发明实施例四提出一种压力控制设备，包括处理器10、存储器20以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序30，所述处理器10执行所述程序30时实现如上述的压力控制方法。
[0099]
其中，处理器10在一些实施例中可以是中央处理器(central processing unit,cpu)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行访问限制程序等。
[0100]
其中，存储器20至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器20在一些实施例中可以是压力控制设备的内部存储单元，例如该压力控制设备的硬盘。存储器20在另一些实施例中也可以是压力控制设备的外部存储装置，例如压力控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器20还可以既包括压力控制设备的内部存储单元也包括外部存储装置。存储器20不仅可以用于存储安装于压力控制设备的应用软件及各类数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0101]
需要指出的是，图5示出的结构并不构成对压力控制设备的限定，在其它实施例当中，该压力控制设备可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的
部件布置。
[0102]
综上，本实施例当中的压力控制设备，通过采用模糊控制和pid控制的双模控制策略来对压力进行控制，其中的模糊控制能够对系统非线性和模糊性进行有效的控制和处理，这样在与pid控制的配合下，就能够提高系统的稳定性和可靠性，能够很好解决传统pid控制带来的超调问题，从而实现相对稳定的压力控制。并且，还根据不同的压力误差和误差变化率来动态调整模糊控制和pid控制的权重，能够根据不同的控制目标和工况自适应调整控制策略，能够根据实际应用场景来灵活变化调整控制参数，从而提高了控制精度和鲁棒性，减少了控制误差和波动。
[0103]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的压力控制方法。
[0104]
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0105]
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0106]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0107]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0108]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种压力控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取压力误差以及压力误差变化率，并根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重；将所述压力误差以及压力误差变化率输入到预设的模糊控制器当中，输出模糊控制输出量；将所述压力误差输入到预设的pid控制器当中，输出pid控制输出量；根据所述模糊控制输出量、所述pid控制输出量、所述模糊控制权重以及所述pid控制权重，确定阀门控制量；根据所述阀门控制量对控制压力的阀门进行控制。2.如权利要求1所述的压力控制方法，其特征在于，根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重的步骤包括：基于第一计算公式计算出与所述压力误差对应的模糊控制权重，并基于第二计算公式计算出与所述模糊控制权重对应的pid控制权重。3.如权利要求2所述的压力控制方法，其特征在于，所述第一计算公式为：式中，w2代表模糊控制权重，e代表压力误差，e0为初始压力误差。4.如权利要求3所述的压力控制方法，其特征在于，所述第二计算公式为：w1＝1-w2式中，w1为pid控制权重。5.如权利要求1所述的压力控制方法，其特征在于，预设的模糊控制器的生成过程包括：分别定义压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输出量的数据域以及模糊子集；在所述数据域以及模糊子集的范围内，采用三角隶属函数确定压力误差和压力误差变化率与模糊控制输出量之间的模糊推理规则，并确定模糊控制输出量的去模糊化方法，从而生成所述预设的模糊控制器。6.如权利要求5所述的压力控制方法，其特征在于，压力误差和压力误差变化率的数据域设置为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；模糊控制输出量的数据域设置为{-3，-2.5，-2，-1.5，-1.0，-0.5，0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3}。7.如权利要求5所述的压力控制方法，其特征在于，压力误差、压力误差变化率以及模糊控制输出量的模糊子集设置为{pb，pm，ps，zo，ns，nm，nb}；其中，pb代表正大、pm代表正中、ps代表正小、zo代表零、ns代表负小、nm代表负中、nb代表负大。8.如权利要求5所述的压力控制方法，其特征在于，所述模糊控制输出量的去模糊化方法为重心法。9.一种压力控制装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取压力误差以及压力误差变化率，并根据所述压力误差确定模糊控制权重以及pid控制权重；模糊控制模块，用于将所述压力误差以及压力误差变化率输入到预设的模糊控制器当中，输出模糊控制输出量；pid控制模块，用于将所述压力误差输入到预设的pid控制器当中，输出pid控制输出量；控制输出模块，用于根据所述模糊控制输出量、所述pid控制输出量、所述模糊控制权重以及所述pid控制权重，确定阀门控制量；阀门控制模块，用于根据所述阀门控制量对控制压力的阀门进行控制。10.一种压力控制设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1－8任一所述的压力控制方法。

技术总结
本发明适用于压力控制技术领域，提供了一种压力控制方法、装置及系统，所述方法包括：获取压力误差以及压力误差变化率，并根据压力误差确定模糊控制权重以及PID控制权重；将压力误差以及压力误差变化率输入到预设的模糊控制器当中，输出模糊控制输出量；将压力误差输入到预设的PID控制器当中，输出PID控制输出量；根据模糊控制输出量、PID控制输出量、模糊控制权重以及PID控制权重，确定阀门控制量；根据阀门控制量对控制压力的阀门进行控制。本发明通过采用模糊控制和PID控制的双模控制策略来对压力进行控制，能够很好解决传统PID控制带来的超调问题，从而实现相对稳定的压力控制。制。制。


技术研发人员：彭小波 王幸艳 杨世刚
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/13