【文章內(nèi)容簡介】 標(biāo)拖放到繪圖區(qū)的合適位置，此時會在該區(qū)域附近自動彈出“I/O域”組態(tài)對話框（如圖314），在此實現(xiàn)對變量的連接和該變量的更新時間的設(shè)定等一些屬性的設(shè)置。 圖313 添加輸入/輸出域 圖314 I/O域組態(tài)2) 按鈕：在“對象選項板”中的“Windows對象”欄中，鼠標(biāo)選中“按鈕”，將它拖拉到繪圖區(qū)的合適位置，在彈出的屬性對話框中（如圖315），修改按鈕的名稱的等屬性，并在“事件”任務(wù)欄中，選中“鼠標(biāo)”，在執(zhí)行條件選項中可以選擇多種執(zhí)行條件，在“動作”欄，鼠標(biāo)右鍵，可以添加動作事件例如“C動作”或者“直接連接”。如圖316是“c動作”編輯動作對話框。 圖315 鼠標(biāo)事件圖316 C動作腳本3) 實時曲線圖 位于“對象選項板“的”控制“菜單下的”Win CC Online Table“，即Win CC在線趨勢控件（如圖317）所示。利用鼠標(biāo)可以將它拖拉到繪圖區(qū)的合適位置，然后在出現(xiàn)的屬性對話框中（見圖318），可以完成對趨勢的對象的添加，還可以對”時間軸“、”數(shù)值軸“等的設(shè)置。 圖317 趨勢圖添加 圖318 在線趨勢圖屬性4 溫度加熱實驗控制策略介紹 PID的控制系統(tǒng) PID控制概述在工業(yè)控制中，PID控制是應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。所謂PID（PropotionalIntegralDifferential）控制即為比例、積分、微分控制系統(tǒng)，他是一種歷史最久、應(yīng)用最廣、適應(yīng)性最強的控制方式，在工業(yè)的生產(chǎn)中PID算法占86%~95%。他具有算法簡單、魯棒性強和可靠性高等優(yōu)點。使用于溫度、壓力、流量、液位的控制場合。PID控制器是一種線性控制器，它將給定值與實際輸出值的偏差的比例、積分和微分進行線性組合，形成控制量輸出，結(jié)構(gòu)如圖41所示。積分比例微分廣義被控對象圖41 PID控制系統(tǒng)方框圖因此，連續(xù)系統(tǒng)中PID控制器的傳遞函數(shù)為: (41)PID控制規(guī)律為:(42)其中，為比例系數(shù)，為積分時間常數(shù)，為微分時間常數(shù)，為PID控制器的輸入，為PID控制器的輸出。由式（41）和式（42）可知，PID控制器的輸出是由比例控制、積分控制和微分控制三項組成，三項在控制器中所起的控制作用相互獨立。因此，在實際應(yīng)用中，根據(jù)被控對象的特性和控制要求，可以選擇其結(jié)構(gòu)，形成不同形式的控制器，如比例（P）控制器，比例積分（PI）控制器，比例微分（PD）控制器等。 數(shù)字PID的控制算法1）比例控制器比例控制器是最簡單的一種控制器，其控制規(guī)律為: (43)式中，為控制量的基準(zhǔn)值，即偏差時的控制作用（如閥門原始開度、基準(zhǔn)電壓等）。圖42 比例控制器的階躍響應(yīng)2）比例積分調(diào)節(jié)器（PI）為了消除在比例控制中殘存的靜差，可在比例控制器的基礎(chǔ)上加入積分控制，構(gòu)成比例積分控制器，其控制規(guī)律為: (44)式中，為積分時間常數(shù)，表示積分速度的快慢，越大積分速度越慢，積分作用也就越弱。圖43為比例積分控制器的階躍響應(yīng)曲線。圖43 比例積分控制器的階躍響應(yīng)曲線3）比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）雖然積分作用可以消除靜差，但它會降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。為了加快控制過程，可以通過檢測誤差的變化率來預(yù)報誤差，根據(jù)誤差變化趨勢，產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除在萌芽狀態(tài)。為此，在比例積分控制器的基礎(chǔ)上再引入微分控制，形成比例積分微分（PID）控制器，其控制規(guī)律為： (45)式中，為微分時間常數(shù)，代表微分作用的強弱, 越大微分作用越強。圖44為比例積分微分控制器的階躍響應(yīng)曲線。圖44 PID階躍響應(yīng)曲線綜上所述，對PID控制器中三個環(huán)節(jié)的作用總結(jié)如下：（1）比例環(huán)節(jié)的作用：能迅速反映偏差，從而減小偏差，但不能消除靜差，的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（2）積分環(huán)節(jié)的作用：只要系統(tǒng)存在偏差，積分環(huán)節(jié)就會產(chǎn)生控制作用減小偏差，直到最終消除偏差，但積分作用太強或者過大都會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。（3）微分環(huán)節(jié)的作用：有助于系統(tǒng)減小超調(diào)，克服振蕩，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小調(diào)節(jié)時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。但過大，會使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定。 改進的數(shù)字PID的控制算法鑒于計算機控制系統(tǒng)的靈活性，除了按位置式和增量式進行標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字PID控制計算外，也可根據(jù)系統(tǒng)的實際要求，對PID控制算法進行改進，以提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)。在PID控制算法的增量式中，當(dāng)給定值發(fā)生階躍變化時，由比例項和微分項計算出的控制增量將會增大，如果超過了執(zhí)行機構(gòu)所允許的最大限度，同樣會引起飽和現(xiàn)象，使系統(tǒng)出現(xiàn)過大的超調(diào)和持續(xù)振蕩，動態(tài)品質(zhì)變差。為了避免出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，必須對PID控制算法計算出的控制量進行約束，也就是對積分項和微分項進行改進，形成各種改進的數(shù)字PID控制算法。（一）積分分離PID控制算法積分分離PID控制算法的基本思想是在系統(tǒng)偏差較大時，取消積分作用；而在小于某個閾值時才引入積分作用，即： （46）式中的邏輯系數(shù)為： （β為根據(jù)系統(tǒng)的實際情況設(shè)置的分離閾值）（二）不完全微分PID控制算法對于具有高頻擾動的生產(chǎn)過程，由于標(biāo)準(zhǔn)PID控制算式中的微分作用過于靈敏，導(dǎo)致系統(tǒng)控制過程振蕩，降低了調(diào)節(jié)品質(zhì)。特別是，對每個控制回路計算機的輸出是快速的，而執(zhí)行機構(gòu)的動作需要一定的時間。如果輸出值較大，在一個采樣時間內(nèi)執(zhí)行機構(gòu)不能到達應(yīng)到的位置，會使輸出失真。為此，在標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法中加入一個低通濾波器，加在整個PID控制器之后，形成不完全微分PID控制算法，改善系統(tǒng)的性能，結(jié)構(gòu)如圖45所示。 標(biāo)準(zhǔn)PID調(diào)節(jié)器 圖45 不完全微分PID控制器框圖總之，不完全微分?jǐn)?shù)字PID控制器的微分作用輸出逐漸減弱，作用時間長，微分項能在各個采樣周期內(nèi)起到作用。此外，在第一個采樣周期內(nèi)輸出的幅度要比標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制器的小得多。這樣，不易引起振蕩，改善了控制效果。（三）帶死區(qū)的PID控制算法在計算機控制系統(tǒng)中，控制器的頻繁動作會引起系統(tǒng)振蕩，這是許多系統(tǒng)所不允許的。通常，我們希望在滿足系統(tǒng)控制要求的前提下，控制器的輸出越平穩(wěn)越好。因此，為了避免控制作用過于頻繁，在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PID控制器的前面增加一個非線性環(huán)節(jié)，形成帶死區(qū)的PID控制算法。（四）消除積分不靈敏區(qū)的PID控制算法在數(shù)字PID控制算法增量式中的積分項輸出為： （47）當(dāng)計算機的運算字長較短時，如果采樣周期比較小，而積分時間又比較長，則會使的值小于計算機字長精度，此時就會被看成“零”而丟掉，積分控制作用就會消失，把這種情況稱為積分不靈敏區(qū)，將影響積分消除靜差的作用。 PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的設(shè)計一般分為兩個步驟：首先是確定PID控制器的結(jié)構(gòu)，在保證閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，盡量消除穩(wěn)態(tài)誤差。通常，對于具有自平衡性的被控對象，應(yīng)采用含有積分環(huán)節(jié)的控制器，如PI、PID。對于無自平衡性的被控對象，則應(yīng)采用不包含積分環(huán)節(jié)的控制器，如P、PD。對具有滯后性質(zhì)的被控對象，往往應(yīng)加入微分環(huán)節(jié)。此外，還可以根據(jù)被控對象的特性和控制性能指標(biāo)的要求，采用一些改進的PID算法。確定好PID控制器的結(jié)構(gòu)以后，就要選擇控制器的參數(shù)，也就是進行PID控制器的參數(shù)整定。PID控制器參數(shù)整定是指在控制器的形式已經(jīng)確定的情況下，通過調(diào)整控制器參數(shù)，達到要求的控制目標(biāo)。模擬PID控制器的參數(shù)整定是按照控制性能指標(biāo)要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)；而數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，除了需要確定、外，還需要確定系統(tǒng)的采樣周期。PID參數(shù)整定方法可以分為理論計算法和工程整定法兩種。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(fù)雜，實際系統(tǒng)很難滿足要求，工程上一般不采用此方法。工程整定法是基于實驗和經(jīng)驗的方法，簡單易行，是工程實際經(jīng)常采用的方法。（一）擴充臨界比例度法擴充臨界比例度法是以模擬PID控制器中使用的臨界比例度為基礎(chǔ)的一種數(shù)字PID控制器參數(shù)整定方法，它適用于具有自平衡性的被控對象，不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用擴充臨界比例度法時，首先要確定：控制度 用擴充臨界比例度法整定PID參數(shù)的步驟為：（1）選擇一個足夠短的采樣周期。（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 。 則兩兩相鄰峰頂?shù)臅r間間隔就為振蕩周期，如圖46所示。圖46 擴充臨界比例度法（3）選擇必要的控制度。（4）根據(jù)控制度，按表選取、和的值。（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(yīng)效果，再恰當(dāng)?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。（二）擴充響應(yīng)曲線法在模擬控制系統(tǒng)中可用響應(yīng)曲線法代替臨界比例度法，同 樣在計算機控制系統(tǒng)中也可以用擴充響應(yīng)曲線法代替擴充臨界比例度法。一般情況下，擴充響應(yīng)曲線法適用于多容自平衡系統(tǒng)，其整定步驟如下：（1）斷開數(shù)字控制器，讓系統(tǒng)處于手動操作狀態(tài)，并使之穩(wěn)定，然后突然改變給定值，給被控對象一個階躍輸入信號。0ty(t)PTt（2）記錄被控參數(shù)在階躍輸入下的整個變化過程曲線，如圖47所示。（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。圖47 擴充響應(yīng)曲線法（4） 按表41，由τ、值的求出數(shù)字控制器的、和。表41 擴充響應(yīng)曲線法參數(shù)整定表控制度控制方式KPTITDTSPIPID T/τ—PIPID T/τ T/τ—PIPID T/τ T/τ—PIPID T/τ T/τ— （三）歸一參數(shù)整定法數(shù)字PID控制器的歸一參數(shù)整定法是在擴充臨界比例度法的基礎(chǔ)上，進行簡化而來的。根據(jù)齊格勒—尼柯爾斯經(jīng)驗公式，令=、=、=，為純比例控制作用下的臨界振蕩周期。將其代入標(biāo)準(zhǔn)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。改變，觀察控制效果，直到滿意為止。（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(yīng)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