【正文】 PID控制； 當 K=1時 ， 正常的PID控制 。 4. 輸入補償 輸入補償?shù)姆绞?ICM決定了偏差 DVC與輸入補償量 ICV之間的關系 。 當 ICM=0 ， 表 示 不 考 慮 輸 入 補 償 ， 即CDV=DVC： 當 ICM=1， 表示加補償 ， 此時 CDV=DVC＋ICV； 當 ICM=2， 表示減補償 ， 此時 CDV=DVC－ ICV； 當 ICM=3， 表示置換補償 ， 此時 CDV=ICV。 PID計算 控制策略的實現(xiàn)指的是在自動狀態(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算出控制量 ， 并進行上 、 下限限幅 。 以 PID控制算法為例 ， 當圖 520中的軟開關DV/PV切向 DV位置時 ， 選用偏差微分方式；當切向 PV位置時 ，則選用測量值 （ 被控量 ） 微分方式 。 圖 520 PID計算 D10 DVPVUk限幅CP VIPCD VMHML 控制量處理 在實際輸出由 PID計算得到的控制量之前 ， 一般還要經過如圖 521所示的控制量處理 ， 以擴展控制功能 ， 實現(xiàn)安全平穩(wěn)操作 。 圖 521 控制量處理 輸出補償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. 輸出補償 由輸出補償方式 OCM的狀態(tài) ， 決定控制量與輸出補償 OCV之間的關系： 當 OCM=0， 表示無輸出補償 ， 當 OCM=1， 表示加補償 ， 當 OCM=2， 表示減補償 ， 當 OCM=3， 表示置換補償 ， CkUU?CkU U OC V??CkU U OC V??CU O C V? 2. 變化率限制 MR的設置是為了限制控制量變化率 ， 使生產過程平穩(wěn)操作 。 MR應選取得適中 ， 過小會使操作減緩 ， 過大則達不到限制的目的 。 3. 輸出保持 當軟開關 FH/NH切向 NH位置時 ， 現(xiàn)時刻的控制量 u(k)等于前一采樣時刻的控制量u(k1),也即輸出控制量保持不變；當軟開關FH/NH切向 FH位置時 ， 即為正常輸出方式 。軟開關 FH/NH的狀態(tài)一般來自系統(tǒng)的安全報警開關 。 4. 安全輸出 當軟開關 FS/NS切向 NS位置時 ， 現(xiàn)時刻的控制量等于預置的安全輸出量 MS。 當軟開關 FS/NS切向 FS位置時 ， 又恢復正常的輸出方式 。 軟開關 FS/NS狀態(tài)一般也來自系統(tǒng)的安全報警開關 。 控制量處理數(shù)據(jù)區(qū)需要存放輸出補償量OCV和補償方式 OCM， 變化率限制值 MR，軟開關 FH/NH和 FS/NS， 安全輸出量 MS， 以及控制量 CMV。 自動手動切換 在控制系統(tǒng)正常運行時 ， 系統(tǒng)處于自動狀態(tài)；而在調試階段或出現(xiàn)故障時 ， 系統(tǒng)則處于手動狀態(tài) 。 因此 ， 一定要有自動 /手動切換處理功能 ， 其框圖如圖 522所示 。 圖 522 自動／手動切換 CMVS MVMHMLUSSASMMVHA /HM 自動/手 動VM執(zhí)行機構HAHMD/AA/D手動操作器軟自動／軟手動控制量限幅 無擾動切換 圖 522 自動／手動切換 CMVS MVMHMLUSSASMMVHA /HM 自動/手 動VM執(zhí)行機構HAHMD/AA/D手動操作器軟自動／軟手動控制量限幅 無擾動切換指的是在進行手動到自動或自動到手動的切換之前 ， 不需要由人工進行手動輸出控制信號與自動輸出控制信號之間的 平衡操作 ， 就可以保證切換時不會對執(zhí)行機構的現(xiàn)有位置產生擾動 。 為此 ， 應采取以下措施 （ 參見圖 522） : (1) 手動到自動 為了實現(xiàn)手動到自動的平衡無擾動切換 ， 在手動 （ SM或 HM） 狀態(tài)下 ， 盡管并不進行控制算法的運算 ， 但應在每個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） ， 同時將歷史數(shù)據(jù)如e(k1)、 e(k2)等清零 ， 并將 u(k1)跟蹤手動控制量（ MV或 VM） 。 這樣 ， 一旦切向自動時 ， 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控制量 ， 就可保證控制算法的連續(xù)性 。 當然 ，這一切都應有相應的硬件電路配合 。 (2) 自動到手動 當從自動 （ SA或 HA） 切向軟手動 （ SM） 時 ， 只要計算機應用程序工作正常 ， 就能自動保證無擾動切換 。 當從自動 （ SA或 HA） 切向硬手動 （ HM） 時 ， 通過手操器電路也能保證無擾動切換 。 從輸出保持狀態(tài)或安全輸出狀態(tài)切向正常的自動工作狀態(tài)時 ， 同樣需要進行無擾動切換 ， 可采取如上所述的類似措施 。 自動手動切換數(shù)據(jù)區(qū)需要存放軟手動控制量SMV， 軟開關 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 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 控制模塊存在的標志 ， 可把它看作是數(shù)字 PID 控制器的實體 。 只有正確地填寫 PID 數(shù)據(jù)區(qū) ，才能實現(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償模塊和各種功能運算模塊的組合 ， 還可以組成 串級 、 前饋 、 純滯后補償?shù)雀鞣N復雜控制系統(tǒng) 來滿足生產過程控制的需求 。 圖 523 PID控制模塊數(shù)據(jù)區(qū) MATLAB在數(shù)字 PID控制器 設計中的應用 PID控制算法的 M文件編寫 設單位反饋系統(tǒng)的被控對象為 ,則標準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設計數(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 ， 將對象 轉換成 又令 Ts=1。 PID參數(shù)為： Kp=、 Ki=、 Kd=， 閾值ε =（ 即圖中模塊 Switch的閾值 ） ， 仿真結果如圖 527所示 ，響應曲線 1是積分分離 PID控制的 ， 而響應曲線 2則是標準 PID控制的 ， 此時模塊 Switch的閾值設為 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