力控的策略控制器PID算法介紹及應(yīng)用
力控科技
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力控的策略控制器可以方便地實施多種控制算法，在這里我們以PID為例介紹如何在力控中組建一個PID控制系統(tǒng)。<BR> <BR> 多年以來，在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象──“一階滯后＋純滯后”與“二階滯后＋純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD、…）。長期以來被廣大科學(xué)技術(shù)人員及現(xiàn)場操作人員所采用，并積累了大量的經(jīng)驗。<BR> <BR> 連續(xù)系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器為對誤差的比例、積分和微分控制，即<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004791311266582.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004791311266582.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 或<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004791314241989.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004791314241989.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 式中：Ti、Td分別為積分和微分時間常數(shù)；Kp、Ki、Kd分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)。在計算機控制系統(tǒng)中使用的是PID數(shù)字調(diào)節(jié)器，就是對式（1）離散化 ，令<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004791322346119.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004791322346119.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 式中，T是采樣周期。由式（1）與式（3）可得<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004791335216401.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004791335216401.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 式（4）稱為位置式PID控制算法。<BR> <BR> 由于位置式算法輸出在計算過程中容易產(chǎn)生積分飽和作用，導(dǎo)致控制器的響應(yīng)速度變慢，而且由于積分的累積作用，在手動和自動切換時，很難做到無擾動切換。因此，人們又提出一種新的控制算法，PID增量式控制算法：<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004791342932134.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004791342932134.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 在力控的策略控制器中采用的是增量式算法，但是輸出采用位置式輸出。即把上次輸出加上本次計算的增量輸出即得到本次的位置式輸出。<BR> <BR> PID控制回路有三種方式，手動，自動和串級，在手動狀態(tài)下，PID控制回路相當(dāng)于手動調(diào)節(jié)器。在自動狀態(tài)下，PID控制回路完成PID算法，設(shè)定值由操作站給定，在串級狀態(tài)，設(shè)定值由主回路的輸出給定。當(dāng)回路處于手動狀態(tài)下時，設(shè)定值具有自動跟蹤測量值功能，以便從手動切換到自動狀態(tài)時，切換時是無擾動的；當(dāng)回路處自動狀態(tài)時，主回路的輸出自動跟蹤副回路的設(shè)定，以便當(dāng)下一級控制回路從自動切換到串級時，切換時是無擾動的。<BR> <BR> <BR> 其實現(xiàn)過程如下：<BR> <BR> 1）如果是緊急狀態(tài)，則進入安全態(tài)處理。不執(zhí)行以下步驟。<BR> <BR> 2）如果存在副回路，并且副回路不處于串級狀態(tài)，則該回路：<BR> <BR> a），如果副回路是手動狀態(tài)，則該回路進入手動狀態(tài)，并且輸出跟蹤副回路的設(shè)定值；<BR> <BR> b），如果副回路是自動狀態(tài)，輸出跟蹤副回路的設(shè)定值。<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 不執(zhí)行以下步驟。<BR> <BR> 3）如果該回路是手動狀態(tài)，則直接輸出，不執(zhí)行以下步驟；<BR> <BR> 4）檢查輸入和設(shè)定值是否超限，如果超限，進行超限處理；<BR> <BR> 5）則計算偏差。檢查是否有偏差死區(qū)，如果有，則處理偏差死區(qū)；<BR> <BR> 6）計算PID的控制輸出；<BR> <BR> 7）判斷輸出和變化率是否超限，如果超限則進行處理。<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 在力控的策略控制器中，很容易就可以實現(xiàn)一個PID回路。先進入力控的策略控制器組態(tài)環(huán)境Strategy <BR> Builder，如果沒有主策略，這時會提示建立一個主策略，如果已經(jīng)存在一個主策略，則打開該策略（或打開其它的子策略）。在左側(cè)的導(dǎo)航器中選擇工具\控制算法\PID控制器，然后在右邊的工作區(qū)點擊鼠標(biāo)，就可以畫出一個PID控制塊。選中該塊，可以改變其參數(shù)，如點名、比例、積分、微分等各種參數(shù)。再選擇輸入輸出變量，輸入變量可以是力控實時數(shù)據(jù)庫中的變量，也可以是策略控制器中的I/O點。在本例中，我們用實時數(shù)據(jù)庫中的點來實現(xiàn)。如同畫PID控制塊一樣，選擇工具\變量\數(shù)據(jù)庫輸入變量（數(shù)據(jù)庫輸出變量）畫出兩個數(shù)據(jù)庫變量引用塊。然后在屬性中選擇輸入輸出的變量。在輸入變量aaa.pv的輸出管腳上雙擊，再在PID控制塊的PV管腳上雙擊，這樣就在兩者之間形成了一條線，這表示把aaa.pv的值作為PID控制塊的測量值。同樣把PID控制塊的輸出連接到aaa1.pv上。如下圖所示：<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2004791354496043.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2004791354496043.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 然后，從菜單中選擇編譯和運行中選擇編譯當(dāng)前工程，然后，運行當(dāng)前工程，就可以實施PID控制了。<BR> <BR> PID參數(shù)的選擇： <BR> <BR> <BR> <BR> 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定可以仿照模擬PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的各種方法，根據(jù)工藝對控制性能的要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。這里就各個參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響簡單加以說明。<BR> <BR> ①比例系數(shù)P對系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減��；P偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長；P太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定；P太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。P可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機構(gòu)、傳感器以及控制對象的特性決定的。如果P的符號選擇不當(dāng)對象測量值就會離控制目標(biāo)的設(shè)定值越來越遠，如果出現(xiàn)這樣的情況P的符號就一定要取反。同時要注意的是，力控的策略控制器的PID控制塊的P參數(shù)是PID控制中的增益。<BR> <BR> �、诜e分控制I對系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，I小（積分作用強）會使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。<BR> <BR> ③微分控制D對系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動態(tài)特性，D偏大時，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較短；D偏小時，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時間也較長；只有D合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時間。
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