【文章內(nèi)容簡介】 朝著減小偏差的方向變化，偏差減小的速度取決于比例系數(shù)Kp， Kp越大偏差減小的越快，但是很容易引起振蕩，尤其是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的情況下，Kp減小，發(fā)生振蕩的可能性減小但是調(diào)節(jié)速度變慢。但單純的比例控制存在靜差不能消除的缺點。這里就需要積分控制。（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 實質(zhì)上就是對偏差累積進行控制，直至偏差為零。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力，有利于消除靜差，其效果不僅與偏差大小有關，而且還與偏差持續(xù)的時間有關。簡單來說就是把偏差積累起來，一起算總帳?！? 3. 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。也就是說它能敏感出誤差的變化趨勢,可在誤差信號出現(xiàn)之前就起到修正誤差的作用,有利于提高輸出響應的快速性,減小被控量的超調(diào)和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但微分作用很容易放大高頻噪聲,降低系統(tǒng)的信噪比,從而使系統(tǒng)抑制干擾的能力下降。 PID參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被 控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主 要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應 曲線法和衰減法。兩種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需 要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。 PID算法實現(xiàn)控制點目前包含三種比較簡單的PID制算法，分別是：增量式算法，位置式算法，微分先行。增量式算法，可以選擇的功能有： 　　　　可以對輸入加一個前置濾波器，使得進入控制算法的給定值不突變，而是有一定慣性延遲的緩變量。 　　　　在增量式算法中，比例項與積分項的符號有以下關系：如果被控量繼續(xù)偏離給定值，則這兩項符號相同，而當被控量向給定值方向變化時，則這兩項的符號相反。 由于這一性質(zhì)，當被控量接近給定值的時候，反號的比例作用阻礙了積分作用，因而避免了積分超調(diào)以及隨之帶來的振蕩，這顯然是有利于控制的。但如果被控量遠未接近給定值，僅剛開始向給定值變化時，由于比例和積分反向，將會減慢控制過程。3. PID增量算法的飽和作用及其抑制 　　在PID增量算法中，由于執(zhí)行元件本身是機械或物理的積分儲存單元，如果給定值發(fā)生突變時，由算法的比例部分和微分部分計算出的控制增量可能比較大，如果該值超過了執(zhí)行元件所允許的最大限度，那么實際上執(zhí)行的控制增量將時受到限制時的值，多余的部分將丟失，將使系統(tǒng)的動態(tài)過程變長，因此，需要采取一定的措施改善這種情況。糾正這種缺陷的方法是采用積累補償法，當超出執(zhí)行機構(gòu)的執(zhí)行能力時，將其多余部分積累起來，而一旦可能時，再補充執(zhí)行?！　?　　對于位置式算法，可以選擇的功能有：濾波、飽和作用抑制：微分先行PID算法：當控制系統(tǒng)的給定值發(fā)生階躍時，微分作用將導致輸出值大幅度變化，這樣不利于生產(chǎn)的穩(wěn)定操作。所以對三者進行比較本，本設計選用增量式算法，增量型PID算法的程序設計，增量型PID算式為式5—1設所以有 （3—1）。正作用時，E(k)=M(k)P(k)，反作用時則E(k)=R(k)M(k)程序的其他部分不變。 PID參數(shù)命令設置當控制器接收到上位機發(fā)送的PID參數(shù)后，設置相應參數(shù)，設置完成后發(fā)成功命令響應。:PID參數(shù)字節(jié)順序位順序內(nèi)容說明第1，2字節(jié)P參數(shù)定點小數(shù)，第一字節(jié)整數(shù)部分，第二字節(jié)小數(shù)第3，4字節(jié)I參數(shù)定點小數(shù)，第一字節(jié)整數(shù)部分，第二字節(jié)小數(shù)第5，6字節(jié)D參數(shù)定點小數(shù)，第一字節(jié)整數(shù)部分，第二字節(jié)小數(shù)該數(shù)據(jù)信息為6字節(jié)的數(shù)據(jù)信息。主要體現(xiàn)PID參數(shù)在數(shù)據(jù)場中的字節(jié)順序。第四章 基于VC++的現(xiàn)場總線CAN設計 CAN函數(shù)庫中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體定義結(jié)構(gòu)體就是一個可以包含不同數(shù)據(jù)類型的一個結(jié)構(gòu)，它是一種可以自己定義的數(shù)據(jù)類型，它的特點和數(shù)組主要有兩點不同，首先結(jié)構(gòu)體可以在一個結(jié)構(gòu)中聲明不同的數(shù)據(jù)類型，第二相同結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體變量是可以相互賦值的，而數(shù)組是做不到的，因為數(shù)組是單一數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)集合，它本身不是數(shù)據(jù)類型(而結(jié)構(gòu)體是)，數(shù)組名稱是常量指針，所以不可以做為左值進行運算，所以數(shù)組之間就不能通過數(shù)組名稱相互復制了，即使數(shù)據(jù)類型和數(shù)組大小完全相同。下面是本設計中所涉及的CAN庫函數(shù)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。第一,VCI_BOARD_INFO結(jié)構(gòu)體包含ZLGCAN系列接口卡的設備信息。結(jié)構(gòu)體將在VCI_ReadBoardInfo函數(shù)中被填充。typedef struct _VCI_BOARD_INFO { USHORT hw_Version。 USHORT fw_Version。 USHORT dr_Version。 USHORT in_Version。 USHORT irq_Num。 BYTE can_Num。 CHAR str_Serial_Num[20]。 CHAR str_hw_Type[40]。 USHORT Reserved[4]。 } VCI_BOARD_INFO, *PVCI_BOARD_INFO。hw_Version 硬件版本號，用16進制表示。fw_Version 固件版本號，用16進制表示。dr_Version 驅(qū)動程序版本號，用16進制表示。in_Version 接口庫版本號，用16進制表示。irq_Num 板卡所使用的中斷號。can_Num 表示有幾路CAN通道。str_Serial_Num 此板卡的序列號。str_hw_Type 硬件類型，比如“USBCAN ”（包括字符串結(jié)束符’\0’）。Reserved 系統(tǒng)保留。第二，VCI_CAN_OBJ結(jié)構(gòu)體在VCI_Transmit和VCI_Receive函數(shù)中被用來傳送CAN信息幀。typedef struct _VCI_CAN_OBJ { UINT ID。 UINT TimeStamp。 BYTE TimeFlag。 BYTE SendType。BYTE RemoteFlag。 BYTE ExternFlag。 BYTE DataLen。 BYTE Data[8]。 BYTE Reserved[3]。 } VCI_CAN_OBJ, *PVCI_CAN_OBJ。ID 報文ID。TimeStamp 接收到信息幀時的時間標識，從CAN控制器初始化開始計時。TimeFlag 是否使用時間標識，為1時TimeStamp有效，TimeFlag和TimeStamp只在此幀為接收幀時有意義。SendType 發(fā)送幀類型，=0時為正常發(fā)送，=1時為單次發(fā)送，=2時為自發(fā)自收，=3時為單次自發(fā)自收，只在此幀為發(fā)送幀時有意義。RemoteFlag 是否是遠程幀。ExternFlag 是否是擴展幀。DataLen 數(shù)據(jù)長度(=8)，即Data的長度。Data 報文的數(shù)據(jù)。第三，VCI_CAN_STATUS 結(jié)構(gòu)體包含CAN控制器狀態(tài)信息。結(jié)構(gòu)體將在VCI_ReadCanStatus函數(shù)中被填充。typedef struct _VCI_CAN_STATUS { UCHAR ErrInterrupt。 UCHAR regMode。 UCHAR regStatus。 UCHAR regALCapture。 UCHAR regECCapture。 第四，VCI_ERR_INFO結(jié)構(gòu)體用于裝載VCI庫運行時產(chǎn)生的錯誤信息。結(jié)構(gòu)體將在VCI_ReadErrInfo函數(shù)中被填充。typedef struct _ERR_INFO { UINT ErrCode。 BYTE Passive_ErrData[3]。 BYTE ArLost_ErrData。 } VCI_ERR_INFO, *PVCI_ERR_INFO。AccCode 驗收碼。AccMask 屏蔽碼。Reserved保留。Filter 濾波方式。Timing0 定時器0（BTR0）。Timing1 定時器1（BTR1）。Mode 模式。第五，CHGDESIPANDPORT結(jié)構(gòu)體用于裝載更改CANETE的目標IP和端口的必要信息。此結(jié)構(gòu)體在CANETEE中使用。typedef struct _tagChgDesIPAndPort{ char szpwd[10]。 char szdesip[20]。 int desport。 BYTE blisten。 } CHGDESIPANDPORT szpwd[10] 更改目標IP和端口所需要的密碼，長度小于10，比如為“11223344”。szdesip[20] 所要更改的目標IP，比如為“”。desport 所要更改的目標端口，比如為4000。blisten 所要更改的工作模式，0表示正常模式，1表示只聽模式。 CAN接口庫函數(shù)函數(shù)庫是由系統(tǒng)建立的具有一定功能的函數(shù)的集合。庫中存放函數(shù)的名稱和對應的目標代碼，以及連接過程中所需的重定位信息。用戶也可以根據(jù)自己的需要建立自己的用戶函數(shù)庫。連接程序，將編譯程序生成的目標文件連接在一起生成一個可執(zhí)行文件，本設計初始化CAN所涉及的庫函數(shù)如下。DWORD __stdcall VCI_OpenDevice(DWORD DevType, DWORD DevIndex, DWORD Reserved)。 DevType 設備類型號。DevIndex 設備索引號，比如當只有一個PCI5121時，索引號為0，有兩個時可為0或1。（注：當為CAN232時，0表示要打開的是COM1，1表示要打開的是COM2。） Reserved 當設備為CAN232時，此參數(shù)表示為用以打開串口的波特率，可以為2400，4800，9600，14400，19200，28800，57600。當設備為CANETEE時，此參數(shù)表示要打開的本地端口號，建議在5000到40000范圍內(nèi)取值。當為其他設備時此參數(shù)無意義。返回值 為1表示操作成功，0表示操作失敗。DWORD __stdcall VCI_CloseDevice(DWORD DevType, DWORD DevIndex)。 DevType 設備類型號。DevIndex 設備索引號，比如當只有一個PCI5121時，索引號為0，有兩個時可以為0或1。（注：當為CAN232時，0表示要打開的是COM1，1表示要打開的是COM2。） 返回值 為1表示操作成功，0表示操作失敗DWORD __stdcall VCI_InitCan(DWORD DevType, DWORD DevIndex, DWORD CANIndex, PVCI_INIT_CONFIG pInitConfig)。 DevType 設備類型號。DevIndex 設備索引號，比如當只有一個PCI5121時，索引號為0，有兩個時可以為0或1。（注：當為CAN232時，0表示要打開的是COM1，1表示要打開的是COM2。） CANIndex 第幾路CAN。pInitConfig 初始化參數(shù)結(jié)構(gòu)。 DWORD __stdcall VCI_ReadBoardInfo(DWORD DevType, DWORD DevIndex, PVCI_BOARD_INFO pInfo)。 DevType 設備類型號。DevIndex 設備索引號，比如當只有一個PCI5121時，索引號為0，有兩個時可以為0或1。（注：當為CAN232時，0表示要打開的是COM1，1表示要打開的是COM2。） pInfo 用來存儲設備信息的VCI_BOARD_INFO結(jié)構(gòu)指針。返回值 為1表示操作成功，0表示操作失敗。（注：在CANETE中無此函數(shù)） DWORD __stdcall VCI_ReadErrInfo(DWORD DevType, DWORD DevIndex, DWORD CANIndex, P