【正文】 控制器的參數(shù)，也就是進行PID控制器的參數(shù)整定。理論計算法要求必須知道各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，計算比較復雜，實際系統(tǒng)很難滿足要求，工程上一般不采用此方法。（2）然后是加入階躍信號，慢慢的增大比例系數(shù)，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩狀態(tài)，記下這時候的比例系數(shù)為臨界比例系數(shù)，則能夠得到臨界比例度為 。（5）按已經(jīng)得出的整定后的參數(shù)，投入系統(tǒng)運行，觀察其控制系統(tǒng)的反應效果，再恰當?shù)娜フ{(diào)整所需參數(shù)，講不完整的改掉，直到獲得滿意的控制效果為止。（3）在曲線最大斜率處作切線，求出等效的滯后時間τ和等效的時間常數(shù)，以及它們的比值。將其代入標準數(shù)字PID控制算法的增量式中，可得 （48）這樣，四個參數(shù)整定簡化為一個參數(shù)的整定。但是如果比例系數(shù)過大，會使系統(tǒng)產(chǎn)生的超調(diào)比較大，并形成振蕩，穩(wěn)定性下降。第二步，如果在比例控制的情況下，系統(tǒng)的靜差不滿足設(shè)計要求，則加入積分控制。首先將微分時間常數(shù)設(shè)為零，然后逐步增大，同時相應的改變和，逐步湊試多組PID參數(shù)，從中找出一組最佳調(diào)節(jié)參數(shù)。單回路控制系統(tǒng)有4個基本環(huán)節(jié)組成，即：（1）被控對象或者被控過程。這也是一個簡單的PID控制。（2）執(zhí)行器 執(zhí)行調(diào)節(jié)器的輸出指令信號，對調(diào)節(jié)機構(gòu)的開度進行調(diào)節(jié)。（4）測量變送器 測量變送器的性能直接決定測量信號的準確性，進而對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)產(chǎn)生非常大的影響。 單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計被控變量的選擇原則：盡可能選用直接被控變量，有足夠的靈敏度，工藝合理等。在系統(tǒng)分析、設(shè)計和整定中，單回路系統(tǒng)設(shè)計方法是最基本的方法，適用于其他各類復雜控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計、整定和投運。設(shè)計步驟：（1）建立對象的數(shù)學模型 （2）選擇控制方案 （3）建立系統(tǒng)方框圖 （4）進行系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性分析計算進行系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性分析計算 （5）實驗和仿真 （6）系統(tǒng)投運 過程控制系統(tǒng)的性能指標對于過程控制系統(tǒng)的設(shè)計和應用來說，控制方案的設(shè)計是核心。（3）被控的數(shù)據(jù)要有足夠大的靈敏度。根據(jù)被控過程的特性、負荷變化的情況以及調(diào)節(jié)閥在管道中的安裝方式等，選擇適當?shù)牧髁刻匦浴?比例微分控制器：比例微分控制器適用于過程容量較大，有延時的場合。而在廣義對象控制通道時間常數(shù)小，并且負荷變化也小時，我們可以引入比例積分規(guī)律。下面介紹一種常用的擬合法。圖52 手動模式下進行對象特性曲線測試在監(jiān)控畫面運行時按下‘手動’按鈕(如圖52)，在靜態(tài)文本‘輸出值(OP)’下將出現(xiàn)一個‘輸入/輸出域’，其對應的過程變量為‘man’。得到的特性曲線如圖53所示，其中綠色的曲線即為對象的特性曲線；紅線指示控制系統(tǒng)的給定值，因為系統(tǒng)是處于開環(huán)狀態(tài)，所以加了給定值對系統(tǒng)是沒有影響的。 調(diào)節(jié)器移相調(diào)壓內(nèi)膽溫度溫度測量變送輸出設(shè)定值圖55 單回路PID控制控制環(huán)路用以上得出的三個參數(shù)：τ=，T=, K= 查表41。 電加熱器溫度控制的實現(xiàn) FB41模塊FB41“CONT_C”（連續(xù)PID控制器）用在SIMATIC S7可編程邏輯控制器上，用于調(diào)節(jié)帶有連續(xù)輸入和輸出變量的技術(shù)過程。調(diào)節(jié)器的功能基于帶模擬信號的采樣調(diào)節(jié)器的PID控制算法，如果需要，還可以擴展出一個脈沖發(fā)生器級，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制的輸出信號，用于或三個帶比例執(zhí)行器的步進調(diào)節(jié)器。（2）過程變量的輸入：過程變量可以以外設(shè)（I/O）或浮點數(shù)格式輸入。為了抑制由于被控量量化引起的小的、恒定的振蕩，為誤差信號設(shè)置了一個死區(qū)（DEADBAND）。這就允許組態(tài)成P，PI，PD和PID調(diào)節(jié)器。首先只調(diào)節(jié)比例控制器，將積分微分控制器設(shè)置為“0”，即P調(diào)節(jié)器。圖58 Kp=200時的P調(diào)節(jié)曲線圖比較：圖57響應速度非常慢，加熱也很慢，圖58響應速度明顯比之前快了，但是效果還都不好?！?，設(shè)定給定溫度是30℃，所得為Kp=200，Ti=40的曲線圖，如圖59所示。圖510 Kp=150，Ti=50的PI調(diào)節(jié)曲線圖℃，從而超調(diào)量=（）/35=%，達到穩(wěn)定的時間是252s，超調(diào)量和達到穩(wěn)態(tài)的時間來比，比之前的PI調(diào)節(jié)的超調(diào)小了一點，但是波動增大了，誤差也相應增加了，系統(tǒng)很不穩(wěn)定。即實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)器進行測試比較。圖513 Kp=180，Ti=40，Td=50的PID調(diào)節(jié)曲線圖℃，,則超調(diào)量可以計算出等于（）/50=% ＜5%，達到穩(wěn)定的時間是90s，℃，調(diào)整了微分之后，比之前PID測試的系統(tǒng)還要穩(wěn)定，波動很少，調(diào)節(jié)時間短了，更能很快趨于穩(wěn)定狀態(tài)，比較理想。動態(tài)若偏大，則振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。但是加大只是減少穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。參考文獻[1] 趙斌，孫兵. 基于FX2NPLC的電加熱爐溫度控制系統(tǒng)[J].機電工程技術(shù)，2006,(12)：5960[2] 帥文， 吳運新. 基于PLC的電加熱爐流量控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2006,(5)：633637[3] 汪維東. PLC在電加熱退火爐溫度控制中的應用[J].工業(yè)控制計算機，2000,(6)：5152[4] [J].南昌大學學報，2005,(3）：5963[5] 黃菊生，可編程控制器溫控系統(tǒng)及接口設(shè)計技術(shù)[J].自動化與儀器儀表，2005,(3）：6783[6] 魏萬迎，殷國富，等. 基于PLC的PWM波調(diào)功溫控系統(tǒng)[J].自動化儀表，2005，26(9)：6163[7] 廖常初. PLC編程及應用[M].北京: 機械工業(yè)出版社，2004：1116[8] 陳冠玲. 用PLC編程實現(xiàn)溫度的模糊控制[J].中國儀器儀表，2000，(6)：67[9] SIMATIC S7300和SIMATIC S7400語句表編程參考手冊[Z]. 西門子（中國）有限公司，2001：2050[10] 成曉明，柳愛美，田淑杭. 基于PLC的爐溫多級模糊控制的優(yōu)化與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應用， 2001，（12）：3134[11] 周海 ，[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社，：8284[12] 楊春杰，魏秋月，[M].北京:人民郵電出版社，2009：97106[13] Sousa J M，Kaymak U. Model Predictive Control Using Fuzzy Decision Functions[J].IEEE ，2001，Part B。在我遇到問題時能及時提出他自己的意見和想法，讓我有了更多的思路去發(fā)掘問題的所在。在她的指導下，我的動手能力和工作能力都有了極大的提高。5. 系統(tǒng)在比例控制的情況下，再加入積分控制過程中，我們需要注意的是在整定時應先將積分時間常數(shù)設(shè)為一個較大的值，并將上一步中的減小，然后逐漸減小，使系統(tǒng)響應變的好，并且反復的測試多組的和值，從中確定最合適的參數(shù)。若太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。2. WinCC組態(tài)軟件中，我們需要學會畫面的繪制，最主要的就是很PLC的驅(qū)動連接，不然將不能正常的和PLC一起工作。圖512 Kp=180，Ti=40，Td=40的PID調(diào)節(jié)曲線圖℃，,則超調(diào)量可以計算出等于（）/45=%，達到穩(wěn)定的時間是108s，℃＜45℃5%=℃，加了微分之后系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定，波動也變少了很多，調(diào)節(jié)時間也縮短了，能很快趨于穩(wěn)定狀態(tài)。圖511 Kp=180，Ti=40的PI調(diào)節(jié)曲線圖℃，,則超調(diào)量可以計算出等于（）/40=%，達到穩(wěn)定的時間是198s，℃＜40℃5%=2℃，比之前幾組的測試好了很多，波動也少了很多，調(diào)節(jié)時間也縮短了。加上積分作用后，跟之前相比，好了很多。（2）將控制器調(diào)節(jié)為閉環(huán)自動模式，打開比例、積分開關(guān)。其中紅色的曲線是給定的溫度，綠色的曲線是控制對象水溫的測量曲線。表51 FB41“CONT_C”主要輸入?yún)?shù)的說明。（2）PID控制器結(jié)構(gòu)PID算法采用位置型PID算法。圖56 FB41功能模塊框圖 PID溫度控制的實現(xiàn)PID控制器有4個主要的參數(shù)TS、KP、TI和TD需要整定，這些參數(shù)的取值對控制效果的影響非常大。圖56為FB41模塊的框圖。賦參數(shù)可以簡單地通過參數(shù)值工具進行。以上4個參數(shù)只能作為初步的參考值，為了獲得良好的控制效果，還需作閉環(huán)調(diào)試。圖53 50%開環(huán)特性曲線圖54 80%開環(huán)特性曲線c) 根據(jù)圖53和圖54建立被控對象的數(shù)學模型（1）從圖53中的特性曲線可得:τ=，T=；溫度初始值為c(0)=℃,℃，即c(∞)=℃,則增益K為： 則此時的對象數(shù)學模型為： （52）（2）從圖54中的特性曲線可得:τ=27s，T=；溫度初始值為c(0)=℃,℃，即c(∞)=℃,則增益K為：則此時的對象數(shù)學模型為： （53）從以上兩組數(shù)據(jù)差異可以看出控制器輸出的大小，即加在電加熱管兩端的電壓大小對延遲時間的影響比較大，當電加熱管兩端的電壓加大時，控制對象的延遲時間減小，最后的穩(wěn)定值c(∞)相應的增加。a) 在鍋爐內(nèi)加一定量的水，開啟水循環(huán)系統(tǒng)。我們把階躍輸入的幅值設(shè)置為Δu，則我們可以求得增益K，求得： 接下來可以用作圖法，來確定時間常數(shù)T以及延遲時間τ，在圖51所示響應曲線的拐點P處，即最大斜率處作切線，與時間軸交于A點，而與響應曲線穩(wěn)定值的漸近線交于B點，則0A對應延遲時間τ，AC對應時間常數(shù)T。5 電加熱器溫度控制的實現(xiàn) 電加熱器的數(shù)學模型對于采用PID控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并不要求非常準確的被控對象模型，因此在滿足精度要求的情況下，常用低階傳遞函數(shù)來擬合被控對象。2）根據(jù)過程特性選擇控制規(guī)律被控對象傳遞函數(shù)可近似為： = ，可根據(jù)對象的延時時間和對象自衡時間常數(shù)的比值 來選擇控制器的控制規(guī)律：a) /＜，選擇比例或者比例積分控制器；b) ＜/≤，選擇比例微分或者比例積分微分控制器；c) 當/＞，采用簡單控制系統(tǒng)往往就不能滿足控制的要求，應該選用比如串級、反饋、預測控制等復雜的控制系統(tǒng)。1）調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律的適用范圍比例控制器：比例控制器適用于過程通道容量較大，純延時時間較小，負荷變化不大，工藝要求不高的場合。執(zhí)行器的選擇：（1）在系統(tǒng)設(shè)計時，應根據(jù)生產(chǎn)過程的特點、被控介質(zhì)的情況（如高溫、高壓、劇毒、易燃易爆、易結(jié)晶、強腐蝕、高粘度等）、安全運行和推力等，選用氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器。選取被控參數(shù)的一般原則為： （1）選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行和環(huán)境保護具有主要的和直接作用的數(shù)據(jù)設(shè)為被控數(shù)據(jù)。2）系統(tǒng)必須具有適當?shù)姆€(wěn)定裕量。過程控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)形式可以分為單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng)（串級）。簡單控制系統(tǒng)應用廣泛，占控制回路的85％左右。對象的動態(tài)特性對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制質(zhì)量會產(chǎn)生非常大的影響（對象的動態(tài)特性及其對控制過程的影響我們在第一章已經(jīng)分析過了）。單回路控制系統(tǒng)的組成原理方框圖如圖48所示：調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構(gòu)控制對象測量變送ecmD擾動y圖48 單回路控制系統(tǒng)組成原理方框圖（1）調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器是構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)的核心元件，是控制系統(tǒng)的“神經(jīng)中樞”。（3）控制器。單回路反饋控制系統(tǒng)簡稱單回路控制系統(tǒng)?？梢苑磸蜏y試多組的和值，從中確定最合適的參數(shù)。（3）加大微分的常數(shù)有利于系統(tǒng)的響應速度提高，減小超調(diào)，增加穩(wěn)定性，但它使系統(tǒng)抗干擾的能力下降。（四）試湊法試湊法是通過模擬或?qū)嶋H的閉環(huán)運行情況，觀察系統(tǒng)的響應曲線，根據(jù)PID控制器各組成環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響，從一組初始PID參數(shù)開始，反復試湊，不斷修改參