【文章內(nèi)容簡介】 程的要求以及操作量的經(jīng)驗(yàn)，通常在控制的初始階段，適當(dāng)?shù)匕逊旁谳^小的檔次，以減小各物理量初始變化的沖擊；在控制過程中期，適當(dāng)加大，以提高快速性和動態(tài)精度，而到過渡過程的后期，為了避免產(chǎn)生大的超調(diào)和提高靜態(tài)精度穩(wěn)定性，又將調(diào)小[3]。積分控制(I)：積分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號積分成正比關(guān)系，對一個自動控制系統(tǒng)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則這個控制系統(tǒng)為有差系統(tǒng)，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間積分，時間增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會時間增加而加大，它推動控制器輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。主要用于消除靜差，提高習(xí)用的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)，越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分控制(D)：微分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號微分（即誤差變化率）成正比關(guān)系，自動控制系統(tǒng)克服誤差調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩失穩(wěn)，其原因是存有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差作用，其變化總是落后于誤差變化，解決辦法是使抑制誤差作用變化“超前”，即誤差接近零時，抑制誤差作用就應(yīng)該是零，這就是說，控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠，比例項(xiàng)作用僅是放大誤差幅值，而目前需要增加是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化趨勢，這樣，具有比例+微分控制器，就能夠提前使抑制誤差控制作用等于零，為負(fù)值，避免了被控量嚴(yán)重超調(diào)，對有較大慣性或滯后被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中動態(tài)特性。能反省偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中應(yīng)如一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。 PID算法詳解在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相對短時，用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠獭D41給出了數(shù)字PID增量型控制算法的流程圖。圖41 數(shù)字PID增量型控制算法流程圖數(shù)字PID位置型控制算法： 式()式()表示的控制算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置u(k)，如閥門的開度。由式()可看出，位置型控制算式不夠方便，這是因?yàn)橐奂悠頴(i)，不僅要占用較多的存儲單元，而且不便于編寫程序，為此可對式()進(jìn)行修改。根據(jù)式()不難寫出u(k1)的表達(dá)式，即： 式()將式（）和式（）相減，即得數(shù)字PID增量型控制算法： 式()式中，——表示比例系數(shù)； ——表示積分系數(shù)；——表示微分系數(shù)。為了編程方便，可將式()整理成如下形式： 式()式中， 調(diào)節(jié)閥開度顯示的設(shè)計(jì)因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)中要求顯示0100%的閥門開度，而通過A/D轉(zhuǎn)換后得到的是0255的數(shù)，為此我們采用如下公式來把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)換算成閥門的開度。 式()式中 ——電位器動觸點(diǎn)輸出的轉(zhuǎn)換后實(shí)際值； ——電位器器動觸點(diǎn)最大行程時輸出的轉(zhuǎn)換后值，其默認(rèn)值為255；——電位器器動觸點(diǎn)最小行程時輸出的轉(zhuǎn)換后值，其默認(rèn)值為0。通過式()，我們可以為閥門定位器的電位器在現(xiàn)場與閥芯反饋桿的連接帶來方便。因?yàn)殡娢黄鞯淖畲笮谐叹嚯x與閥芯的最大行程距離是不可能相同的，而我們要通過改變機(jī)械結(jié)構(gòu)使閥芯的最大行程與電位器的最大行程完全匹配是相當(dāng)困難的，所以可以根據(jù)實(shí)際安裝時候閥芯的最大行程的來替換默認(rèn)的值，用最小行程時候的來替換默認(rèn)的值。這樣就可以在閥芯的最大行程距離小于且接近電位器的最大行程距離的條件下，無論閥芯的最大行程距離是多少，都可以準(zhǔn)確地測出閥芯的開度。從調(diào)節(jié)器過來的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)也需通過式()進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所得到的設(shè)定開度與閥門的實(shí)際開度進(jìn)行比較即可得出偏差，如果偏差大于所允許的誤差值（%），則輸出。 PID參數(shù)整定PID控制器參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心內(nèi)容、它是被控過程特性確定PID控制器比例系數(shù)、積分時間和微分時間大小。圖42 參數(shù)合理PID圖圖43 參數(shù)不合理PID圖參數(shù)整定方式主要有以下2種：主要依據(jù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所到計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，工程實(shí)際中被廣泛采用?？刂破鲄?shù)工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。工程整定方法和理論計(jì)算整定法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是試驗(yàn)，然后工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但采用哪一種方法所到控制器參數(shù)，都需要實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善，現(xiàn)一般采用是臨界比例法。 報警觸發(fā)條件閥門開度大于90%或小于10%時由閥門定位器感應(yīng)，得到閥門開度，在確定定位器定位無誤后，報警器直接報警。判斷閥芯是否沒卡住的時候，先判斷系統(tǒng)輸出是否為0%，若為0%，且定位器判斷閥門位置在單位時間內(nèi)閥門沒有動。即判斷閥芯被卡住，驅(qū)動報警電路，直接報警。若閥門線圈被燒毀則現(xiàn)象與閥芯卡住一致。5 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)硬件的配置及組成原理 單片機(jī)單片機(jī)(Microcontrollers)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器和計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)[4]。單片機(jī)應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用如下：(1)在家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)在在家用電器的更新、市場開拓等方面，單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，比如電子玩具或者高級的電視游戲機(jī)中，會應(yīng)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其控制功能；而洗衣機(jī)可以利用單片機(jī)識別衣服的種類與臟污程度，從而自動選擇洗滌強(qiáng)度與洗滌時間；在冰箱冷柜中采用單片機(jī)控制可以識別食物的種類與保鮮程度，實(shí)現(xiàn)冷藏溫度與冷藏時間的自動選擇；微波爐也可以通過單片機(jī)識別食物種類從而自動確定加熱溫度與加熱時間等等，這些家用電器在應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)后，無論是性能還是功能，與傳統(tǒng)技術(shù)相比均有長足的進(jìn)步。(2)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)代醫(yī)療條件越來越發(fā)達(dá)，人們對醫(yī)療滅菌消毒技術(shù)也越來越重視，但是一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的小醫(yī)院、小診所其消毒滅菌設(shè)備還十分簡陋，無法有效的控制消毒質(zhì)量。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其體積較小、功能強(qiáng)大、具有靈活的擴(kuò)展性、應(yīng)用方便的特點(diǎn)也越來越突出，因此在醫(yī)用呼吸機(jī)、分析儀與監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備、病床呼叫系統(tǒng)等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。(3)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用其實(shí)最早的單片機(jī)正是從工業(yè)領(lǐng)域開始興起的，至今其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用仍然十分廣泛，利用單片機(jī)技術(shù)構(gòu)成多種多樣的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)，比如工廠流水線的智能化管理、智能化電梯、報警系統(tǒng)等等，均是通