【文章內容簡介】 ：第n次采樣時刻的微分項比例項(MPn)： 1. 比例項MP是增益(Kc)和偏差(e)的乘積。因為偏差(e)是給定值(SP)與過程變量值(PV)之差(en=SPnPVn)。求比例項算式為：MPn=Kc* (SPnPVn) 其中MPn ：第n次采樣時刻比例項的值，Kc ：PID回路增益 ，SPn ：第n次采樣時刻的給定值 ，PVn ：第n次采樣時刻的過程變量值。2. 積分項MIn與偏差和成正比。因為偏差(e)是給定值(SP)與過程變量值(PV)之差(en=SPnPVn)。求積分項算式為：MIn=Kc* (SPnPVn)+MX 其中MIn ：第n次采樣時刻積分項的值，Kc ：PID回路增益，T ：采樣周期(或控制周期)，TI：積分時間常數(shù)，SPn ：第n次采樣時刻的給定值，PVn ：第n次采樣時刻的過程變量值，MX：第n1采樣時刻的積分項(積分前項)。 3. 微分項MDn與偏差的變化成正比。因為偏差(e)是給定值(SP)與過程變量值(PV)之差(en=SPnPVn)。求微分項算式為，MDn= KC* * (PVnPVn1)，其中MDn ：第n次采樣時刻微分項的值，Kc ：PID回路增益，PVn ：第n次采樣時刻的過程變量值，PVn1：第n1次采樣時刻的過程變量值。4. PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合。如溫度控制、成分控制等。5. PID手、自動控制方式，在現(xiàn)場控制回路中，我們有時會出現(xiàn)擾動的強變引起現(xiàn)場過程值的跳變，如果這時采用了I控制規(guī)律，要消除這個擾動，會使得調節(jié)時間過長、過慢，這時就需要人為的進行干預。PID控制器在這方面設置了一個使能位0或1，0指手動控制，1為PID參與調節(jié)，也就是“自動”與“手動”的說法。當PID運算不被執(zhí)行的時，我們稱之為“手動”方式，PID運算參與控制稱為“自動”方式。當這個使能位發(fā)生從0到1的正跳變時，PID會按照預先設置的控制規(guī)律進行一系列的動作，使PID從手動方式無擾動地切換到自動方式，為了能使手動方式無擾動切換到自動方式，PID會執(zhí)行以下操作： （1）置過程變量值PV=給定值SP，在未人為改變SP值之前，SP持恒定。 （2）置過程變量前值PVn1=過程變量現(xiàn)值PVn 。6. PID的最佳整定參數(shù)的選定，PID的最佳整定參數(shù)一般包括Kc、TI、TD等三個常用的控制參數(shù)。在具體整定中，我們通常先關閉積分項和微分項，將TI設置為無窮大、TD設置為零，使其成為純比例調節(jié)。初期比例度按經驗數(shù)據(jù)設定，根據(jù)PV曲線，再慢慢的整定比例控制比例度，使系統(tǒng)達到4：1衰減振蕩的PV曲線，然后，再加積分作用。在加積分作用之前。將積分時間TI由大到小的調整，真到系統(tǒng)再次得到4：1的衰減振蕩的PV曲線為止。若需引入微分作用，微分時間按TD=(1/3～1/4) TI計算，這時可將比例度調到原來數(shù)值或更小一些，再將微分時間由小到大調整，直到PV曲線達到滿意為止。有一點需要注意的是：在湊試過程中，若要改變TI、TD時，應保持 的比值不變。：PID最佳整定參數(shù)確定后，并不能說明它永遠都是最佳的，當由外界擾動的發(fā)生根本性的改變時，我們就必須重新根據(jù)需要再進行最佳參數(shù)的整定。它也是保證PID控制有效的重要環(huán)節(jié)。（2） PID算法仿真實驗實驗中我們選擇的對象傳遞函數(shù)模型為： （K=20, T= 60s,τ=10s ）控制示波器輸出范圍為5～5V等同于實際控制中的控制器輸出電壓值；同時為了防止積分飽和，對有積分的控制器均采用了積分分離措施,以提高控制效果。PID控制器的參數(shù)在通過ZieglerNichols法整定，減小了積分控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差精度，由于不斷累計誤差，能使誤差迅速消除，但能使系統(tǒng)產生超調；而在系統(tǒng)中增加微分控制，能夠增加系統(tǒng)的阻尼，提高動態(tài)響應速度，由于ＰＩＤ控制器能夠補償絕大多數(shù)的控制系統(tǒng)，整定方法簡單，魯棒性好，通過PID最佳整定參數(shù)后再微調得傳遞函數(shù)：Kp=，Ki=3，Kd=： PID調節(jié)器控制模型MATLAB中運行并點擊SCOPE，%，響應時間按5%要求，約為210秒。%。 階躍響應 階躍響應 下面觀察一下在一個相對較小的隨機擾動下系統(tǒng)的表現(xiàn)，當給定80度，增益的幅值上調10%后,。為了觀察一下系統(tǒng)的魯棒性，把其它模型參數(shù)也加以改變,改為，和，其控制器控制參數(shù)不變,。 階躍響應 （3） PID仿真分析從以上仿真曲線可以看到，PID控制算法的仿真曲線出現(xiàn)了等幅振蕩。分析得到：PID控制算法僅僅在模型匹配時能夠進行穩(wěn)定的控制，其動態(tài)性能不理想。當模型失配時，PID控制算法就無能為力了?？偟膩碚f，PID調節(jié)的效果不是很理想，在忽略了擾動的情況下，系統(tǒng)的超調量在5%左右，對于一個熱水器來說，勉強是可以接受的，加一個相對來碩幅值較小的隨機擾動后，系統(tǒng)的超調量達到了8%左右。如果考慮到對象的建模不十分準確，把參數(shù)改動一些后，出現(xiàn)了較大的超調，調節(jié)實踐方面，系統(tǒng)的表現(xiàn)良好，響應時間小于160秒，穩(wěn)態(tài)誤差也較小，對于本設計的需求來看是可以滿足要求的。第6章 MCGS組態(tài)MCGS全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS工控組態(tài)軟件或MCGS）為我們建立全新的過程測控系統(tǒng)提供了一整套解決方案，MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，可穩(wěn)定運行于Windows95/NT操作系統(tǒng)，集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設備控制與輸出、網絡數(shù)據(jù)傳輸、雙機熱備、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設備，廣泛應用于石油、電力、化工、鋼鐵、礦山、冶金、機械、紡織、航天、建筑、材料、制冷、交通、通信、食品、制造與加工業(yè)、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種工程領域。 MCGS的整體結構MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分，組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，用戶可以利用它設計和開發(fā)自己的應用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結果是一個數(shù)據(jù)庫文件，即組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能，組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境互相獨立，又密切相關，所示。組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境的關系 MCGS軟件的功能和特點全中文可視化組態(tài)軟件，簡潔、大方，使用方便靈活；完善的中文在線幫助系統(tǒng)和多媒體教程； 真正的32位程序，支持多任務、多線程，運行于Win95/98/NT/2000平臺； 提供近百種繪圖工具和基本圖符，快速構造圖形界面； 支持數(shù)據(jù)采集板卡、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網絡設備等700多種國內外眾多常用設備； 支持溫控曲線、計劃曲線、實時曲線、歷史曲線、XY曲線等多種工控曲線； 支持ODBC接口，可與SQL Server、Oracle、Access等關系型數(shù)據(jù)庫互聯(lián) ；支持OPC接口、DDE接口和OLE技術，可方便的與其他各種程序和設備互聯(lián)； 提供漸進色、旋轉動畫、透明位圖、流動塊等多種動畫方式，可以達到良好的動畫效果； 上千個精美的圖庫元件，保證快速的構建精美的動畫效果； 功能強大的網絡數(shù)據(jù)同步、網絡數(shù)據(jù)庫同步構建，保證多個系統(tǒng)完美結合； 完善的網絡體系結構，可以支持最新流行的各種通訊方式，包括電話通訊網、寬帶通訊網、ISDN通訊網、GPRS通訊網和無線通訊網。 MCGS組態(tài)過程MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產生一定的動畫效果。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。然而，我們在組態(tài)環(huán)境中生成的畫面都是靜止的，如何在工程運行中產生動畫效果呢？方法是：圖形的每一種動畫屬性中都有一個“表達式”設定欄，在該欄中設定一個與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實時數(shù)據(jù)庫中，以此建立相應的對應關系，MCGS稱之為動畫連接。詳細情況請參閱后面第四講中的動畫連接。MCGS如何實施遠程多機監(jiān)控：MCGS提供了一套完善的網絡機制，可通過TCP/IP網、Modem網和串口網將多臺計算機連接在一起，構成分布式網絡監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)網絡間的實時數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網絡事件的快速傳遞。同時，可利用MCGS提供的網絡功能，在工作站上直接對服務器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。分布式網絡監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺計算機都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網絡形式，以父設備構件和子設備構件的形式，供用戶調用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設置。如何對工程運行流程實施有效控制：MCGS開辟了專用的“運行策略”窗口，建立用戶運行策略。MCGS提供了豐富的功能構件，供用戶選用，通過構件配置和屬性設置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設定的順序和條件，操作實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向對象的直觀方式，避免了煩瑣的編程工作。本設計就是利用MCGS組態(tài)軟件設計的這些特性，在設備組態(tài)窗口中選擇適當?shù)拇谕ㄓ嵲O備．添加AT89C51芯片。正確設置其屬性，正確設置組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)變量設備通道的連接，即可實現(xiàn)單片機與組態(tài)軟件的通訊。將單片機中的串口驅動程序與組態(tài)軟件的需求響應相結合，使電腦對單片機發(fā)出的信號有響應。在MCGS組態(tài)軟件的用戶窗口中，制作一個動畫界面。在界面上設置各個控件的屬性，使設置的控件按照真實的情況動作，檢驗和測試電梯單片機控制系統(tǒng)對電梯的運行狀態(tài)的控制效果。MCGS用主控窗口、設備窗口和用戶窗口來構成一個應用系統(tǒng)的人機交互圖形界面．組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或結構。可以對實時數(shù)據(jù)進行可視化處理。：用戶窗口以圖形動畫形式可精化教育主控窗口普通用戶窗口及運行策略運行策略以不同形式和方法操作實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫 MCGS的組態(tài)過程第7章 系統(tǒng)的程序設計本系統(tǒng)的軟件采用結構化模塊程序設計，應用程序主要有主程序、中斷服務程序和PID子程序等。在主程序中首先設置堆棧，進行初始化，上電復位,并設置有關中斷。然后，系統(tǒng)進行中斷處理程序。定時、采樣、掃描鍵盤，散轉到各鍵處理程序再進行溫度顯示。主程序流程圖如下所示： 主程序流程圖主程序如下： ORG 100H MAIN: MOW IE, 00H 。關中斷 MOV PSW, 00H 。選用寄存器組0 MOP SP, 4FH 。設置堆棧指針MOV A, LECTR CJNE A, 00AAH, CSTART MOV A, ELECTR+1 CJNE A, 55H, CSTART HSTART: CLR A 。有上電標志，熱啟動MOV PCON, A MOV SOON, ACPL AMOV P0, A MOV P1, AMOV P2, AMOV P3, ACSTART: MOV DISPRAM, DISPINTN 。無上電復位標志，冷啟動MOV DISPRAM+1, DISPINTNMOV STEMP, 30DMOV ELECTR, 0AAH 。建立上電標志MOV ELECTR+1, 55HMOV 20H, 00HMOV 21H, 00HMOV ERRNAME, 0FFH SJMP SETUP NOPNOPLJMP ERRSETUP: MOV TMOD, 11H 。設置T1為晶閘管工作模式 MOV TCON, 05H 。設置外中斷0和1為下降沿觸發(fā) MOV IP, 01HMAIN0: LCALL KEYSCAN JB WORK, MAIN1SJMP MAIN0MAIN1: LCALL DISPLAY 。LED動態(tài)掃描顯示 LCALL KEYSCAN 。調用按鍵初始程序 JNB TIME160K, MAIN1 。 CLR TIME160K LCALL CONVTEMP 。 MOV DISPRAM, TEMPHL MOV DISPRAM+1, TEMPHCMAIN2: MOV R0, 40H MOV R1, 43H MOV R7, 03HMAIN3: LCALL KE