[工學(xué)]計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第5章-資料下載頁(yè)
2025-01-19 07:34本頁(yè)面
【正文】 PID控制； 當(dāng) K=1時(shí) ， 正常的PID控制 。 4. 輸入補(bǔ)償 輸入補(bǔ)償?shù)姆绞?ICM決定了偏差 DVC與輸入補(bǔ)償量 ICV之間的關(guān)系 。 當(dāng) ICM=0 ， 表 示 不 考 慮 輸 入 補(bǔ) 償 ， 即CDV=DVC： 當(dāng) ICM=1， 表示加補(bǔ)償 ， 此時(shí) CDV=DVC＋I(xiàn)CV； 當(dāng) ICM=2， 表示減補(bǔ)償 ， 此時(shí) CDV=DVC－ ICV； 當(dāng) ICM=3， 表示置換補(bǔ)償 ， 此時(shí) CDV=ICV。 PID計(jì)算 控制策略的實(shí)現(xiàn)指的是在自動(dòng)狀態(tài)下 ， 由前面得到的偏差 ， 根據(jù)各種控制算法的差分方程計(jì)算出控制量 ， 并進(jìn)行上 、 下限限幅 。 以 PID控制算法為例 ， 當(dāng)圖 520中的軟開關(guān)DV/PV切向 DV位置時(shí) ， 選用偏差微分方式；當(dāng)切向 PV位置時(shí) ，則選用測(cè)量值 （ 被控量 ） 微分方式 。 圖 520 PID計(jì)算 D10 DVPVUk限幅CP VIPCD VMHML 控制量處理 在實(shí)際輸出由 PID計(jì)算得到的控制量之前 ， 一般還要經(jīng)過如圖 521所示的控制量處理 ， 以擴(kuò)展控制功能 ， 實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)操作 。 圖 521 控制量處理 輸出補(bǔ)償CMVFHNH輸出保持 安全輸出FSNSMROCV變化率限制安全輸出量 MSUHURUCOCMUk前次控制量 Uk 1 1. 輸出補(bǔ)償 由輸出補(bǔ)償方式 OCM的狀態(tài) ， 決定控制量與輸出補(bǔ)償 OCV之間的關(guān)系： 當(dāng) OCM=0， 表示無(wú)輸出補(bǔ)償 ， 當(dāng) OCM=1， 表示加補(bǔ)償 ， 當(dāng) OCM=2， 表示減補(bǔ)償 ， 當(dāng) OCM=3， 表示置換補(bǔ)償 ， CkUU?CkU U OC V??CkU U OC V??CU O C V? 2. 變化率限制 MR的設(shè)置是為了限制控制量變化率 ， 使生產(chǎn)過程平穩(wěn)操作 。 MR應(yīng)選取得適中 ， 過小會(huì)使操作減緩 ， 過大則達(dá)不到限制的目的 。 3. 輸出保持 當(dāng)軟開關(guān) FH/NH切向 NH位置時(shí) ， 現(xiàn)時(shí)刻的控制量 u(k)等于前一采樣時(shí)刻的控制量u(k1),也即輸出控制量保持不變；當(dāng)軟開關(guān)FH/NH切向 FH位置時(shí) ， 即為正常輸出方式 。軟開關(guān) FH/NH的狀態(tài)一般來(lái)自系統(tǒng)的安全報(bào)警開關(guān) 。 4. 安全輸出 當(dāng)軟開關(guān) FS/NS切向 NS位置時(shí) ， 現(xiàn)時(shí)刻的控制量等于預(yù)置的安全輸出量 MS。 當(dāng)軟開關(guān) FS/NS切向 FS位置時(shí) ， 又恢復(fù)正常的輸出方式 。 軟開關(guān) FS/NS狀態(tài)一般也來(lái)自系統(tǒng)的安全報(bào)警開關(guān) 。 控制量處理數(shù)據(jù)區(qū)需要存放輸出補(bǔ)償量OCV和補(bǔ)償方式 OCM， 變化率限制值 MR，軟開關(guān) FH/NH和 FS/NS， 安全輸出量 MS， 以及控制量 CMV。 自動(dòng)手動(dòng)切換 在控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí) ， 系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)；而在調(diào)試階段或出現(xiàn)故障時(shí) ， 系統(tǒng)則處于手動(dòng)狀態(tài) 。 因此 ， 一定要有自動(dòng) /手動(dòng)切換處理功能 ， 其框圖如圖 522所示 。 圖 522 自動(dòng)／手動(dòng)切換 CMVS MVMHMLUSSASMMVHA /HM 自動(dòng)/手 動(dòng)VM執(zhí)行機(jī)構(gòu)HAHMD/AA/D手動(dòng)操作器軟自動(dòng)／軟手動(dòng)控制量限幅 無(wú)擾動(dòng)切換 圖 522 自動(dòng)／手動(dòng)切換 CMVS MVMHMLUSSASMMVHA /HM 自動(dòng)/手 動(dòng)VM執(zhí)行機(jī)構(gòu)HAHMD/AA/D手動(dòng)操作器軟自動(dòng)／軟手動(dòng)控制量限幅 無(wú)擾動(dòng)切換指的是在進(jìn)行手動(dòng)到自動(dòng)或自動(dòng)到手動(dòng)的切換之前 ， 不需要由人工進(jìn)行手動(dòng)輸出控制信號(hào)與自動(dòng)輸出控制信號(hào)之間的 平衡操作 ， 就可以保證切換時(shí)不會(huì)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動(dòng) 。 為此 ， 應(yīng)采取以下措施 （ 參見圖 522） : (1) 手動(dòng)到自動(dòng) 為了實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的平衡無(wú)擾動(dòng)切換 ， 在手動(dòng) （ SM或 HM） 狀態(tài)下 ， 盡管并不進(jìn)行控制算法的運(yùn)算 ， 但應(yīng)在每個(gè)采樣周期都讓存放在給定值數(shù)據(jù)區(qū)的給定值 （ CSV） 跟蹤存放在被控量數(shù)據(jù)區(qū)的被控量 （ CPV） ， 同時(shí)將歷史數(shù)據(jù)如e(k1)、 e(k2)等清零 ， 并將 u(k1)跟蹤手動(dòng)控制量（ MV或 VM） 。 這樣 ， 一旦切向自動(dòng)時(shí) ， 由于給定值等于被控量 ， 偏差為零 ， 而 u(k1)又等于切換瞬間的手動(dòng)控制量 ， 就可保證控制算法的連續(xù)性 。 當(dāng)然 ，這一切都應(yīng)有相應(yīng)的硬件電路配合 。 (2) 自動(dòng)到手動(dòng) 當(dāng)從自動(dòng) （ SA或 HA） 切向軟手動(dòng) （ SM） 時(shí) ， 只要計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序工作正常 ， 就能自動(dòng)保證無(wú)擾動(dòng)切換 。 當(dāng)從自動(dòng) （ SA或 HA） 切向硬手動(dòng) （ HM） 時(shí) ， 通過手操器電路也能保證無(wú)擾動(dòng)切換 。 從輸出保持狀態(tài)或安全輸出狀態(tài)切向正常的自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí) ， 同樣需要進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換 ， 可采取如上所述的類似措施 。 自動(dòng)手動(dòng)切換數(shù)據(jù)區(qū)需要存放軟手動(dòng)控制量SMV， 軟開關(guān) SA/SM狀態(tài) ， 控制量上限值 MH和下限值 ML， 控制量 MV， 切換開關(guān) HA/HM狀態(tài) ， 以及手操器輸出 VM。 PID控制塊參數(shù)表 完整的 PID控制模塊數(shù)據(jù)區(qū)除了上述各部分外 ，還有被控量量程上限 RH和量程下限 RL， 工程單位代碼 、 采樣 （ 控制 ） 周期等 ， 如圖 523所示 。 該數(shù)據(jù)區(qū)是 PID 控制模塊存在的標(biāo)志 ， 可把它看作是數(shù)字 PID 控制器的實(shí)體 。 只有正確地填寫 PID 數(shù)據(jù)區(qū) ，才能實(shí)現(xiàn) PID 控制 。 采用上述數(shù)字控制器 ， 不僅可以組成 單回路控制系統(tǒng) ， 而且通過增加各種補(bǔ)償模塊和各種功能運(yùn)算模塊的組合 ， 還可以組成 串級(jí) 、 前饋 、 純滯后補(bǔ)償?shù)雀鞣N復(fù)雜控制系統(tǒng) 來(lái)滿足生產(chǎn)過程控制的需求 。 圖 523 PID控制模塊數(shù)據(jù)區(qū) MATLAB在數(shù)字 PID控制器 設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 PID控制算法的 M文件編寫 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的被控對(duì)象為 ,則標(biāo)準(zhǔn)PID控制仿真程序如下： % PID Controller clear all。 close all。 %PID Controller G=tf(1,[1,3,3,1])。 Kp=1。 Ti=1。 Td=。 Gc=tf([Kp*Td,Kp,Kp/Ti],[1 0])。 Gc=feedback(G*Gc,1)。 step(Gc)。 3( ) 1 /( 1 )G s s??圖 524 PID控制仿真曲線 圖 525 PI、 PID控制算法仿真曲線 利用 Simulink設(shè)計(jì)數(shù)字 PID控制器 圖 526 積分分離 PID控制 Simulink框圖 按照例 419的方法 ， 采用零階保持器 ， 將對(duì)象 轉(zhuǎn)換成 又令 Ts=1。 PID參數(shù)為： Kp=、 Ki=、 Kd=， 閾值ε =（ 即圖中模塊 Switch的閾值 ） ， 仿真結(jié)果如圖 527所示 ，響應(yīng)曲線 1是積分分離 PID控制的 ， 而響應(yīng)曲線 2則是標(biāo)準(zhǔn) PID控制的 ， 此時(shí)模塊 Switch的閾值設(shè)為 10， 其他參數(shù)均不變 。 2()( 1 )oGs ss? ? 20 . 0 0 9 6 7 5 + 0 . 0 0 9 3 5 8() 1 . 9 0 5 + 0 . 9 0 4 8ozGzzz?圖 527 積分分離 PID控制 Simulink仿真曲線 第 5章完
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