【正文】 ）的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID 控制（即比例積分微分控制）都得到了廣泛的應(yīng)用，這是因?yàn)?PID控制有以下的優(yōu)點(diǎn)：不需要求出控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。至今為止，由于非線性和時(shí)變性，很難求出許多業(yè)控制對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)椴荒苁褂米詣?dòng)控制理論中的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制可以得到比較滿意的效果。PID 控制器的結(jié)構(gòu)典型，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，參數(shù)調(diào)整方便。有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，根據(jù)對(duì)象的具體情況，可以采用各種 PID 控制的變種和改進(jìn)的控制方式，如 PI、PD、帶死區(qū)的 PID、積分分離 PID、變速積分 PID 等。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，PID 控制與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制方法相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn) PID 控制器的參數(shù)自整定，使 PID 控制器具有經(jīng)久不衰的生命力。用可編程控制器對(duì)模擬量進(jìn)行 PID 控制時(shí)，可采用以下幾種方法：使用 PID 過(guò)程控制模塊這種模塊的 PID 控制程序是可編程序控制器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶在使用時(shí)只需設(shè)置一些參數(shù)，使用起來(lái)非常方便，一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。但是這種模塊的價(jià)格昂貴，一般在大型控制系統(tǒng)中使用。用自編的程序?qū)崿F(xiàn) PID 閉環(huán)控制有的可編程序控制器沒(méi)有 PID 過(guò)程控制模塊和 PID 控制用的功能指令，有時(shí)雖然可以使用 PID 控制指令，但是希望采用某種改進(jìn)的 PID 控制算法。在上述情況下，都需要用戶自己編制 PID 控制程序 [7]。 控制器的數(shù)字化典型的 PID 模擬控制系統(tǒng)如圖()所示。圖中 sp(t)是給定值，pv(t)為反饋量，c(t)為系統(tǒng)輸出量，PID 控制器的輸入輸出關(guān)系式為： () 01())tMtKcedMTi???即輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)+輸出的初始值，()式中，M(t)是控制器的輸出，誤差信號(hào) e(t)=sp(t)pv(t)， Minitial 是回路輸出的初始值，Kc 是 PID 回路的增益，Ti 和Td 分別是積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)。式() 中等號(hào)右邊前 3 項(xiàng)分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè)的積分和微分成比。如果取其中的一項(xiàng)或兩項(xiàng)，可以組成 P、PD 或 PI 控制器。需要較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和較高的穩(wěn)態(tài)精度時(shí)，可以選用 PI 控制方式；控制對(duì)象的慣性滯后較大時(shí)，應(yīng)選擇 PID 控制方式。計(jì)算機(jī)模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖()所示，虛線部分在可編程控制器內(nèi)。圖中的sp(t)、 pv(t)、e(t)、M(n)均為第 n 次采樣時(shí)的數(shù)字量， pv(t)、m(t)、c(t) 為模擬量。假設(shè)采樣周期為 Ts，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)間為 t=0，用巨型積分來(lái)近似精確積分，用差分近似精確微分，將式（）離散化，第次采樣時(shí)控制器的輸出為： （）11()()jnnMcKeiMKde??????式中，e(n)是第 n 次采樣時(shí)的誤差值，e(n1) 是第 n1 次采樣時(shí)的誤差值，Kc、Ki和 Kd 分別是 PID 回路的增益、積分項(xiàng)的系數(shù)和微分項(xiàng)的系數(shù)。將式（）化簡(jiǎn)為式，每一次計(jì)算只需要保存上一次的誤差 e(n1)和上一次的積分項(xiàng) MX： （）1()()nnnMKceiXKde? ???CPU 實(shí)際使用的改進(jìn)型 PID 算法的算式為： （）nnPID?式中右邊 3 項(xiàng)依次是比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)。（1）比例項(xiàng) （）()nnnMKcSVce???式中的 SPn 和 PVn 分別是第 n 次采樣時(shí)的給定值和過(guò)程變量值（反饋值）圖 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖 SP(t) M(t) C(t) PV(t) PID 調(diào)節(jié) ()spt MC()pvt 器執(zhí)行機(jī)構(gòu) 控制對(duì)象測(cè)量元件 nMt ()Ct ()pvt ()spne()執(zhí)行機(jī) 構(gòu) 控制對(duì) 象測(cè)量元件 PID調(diào)節(jié)器 D/AA/D本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè)圖 計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖（2）積分項(xiàng)積分項(xiàng)與誤差的累加和成正比，其計(jì)算公式為： （）(/))nnnMIKcTsiSPVMXKie????式中，Ts 是采樣時(shí)間隔，Ti 是積分時(shí)間常數(shù)，MX 是前面所有積分項(xiàng)之和。每次計(jì)算出后，需要用它去更新 MXn 在第一次計(jì)算時(shí) MXn 的初值為控制器的初值Minitial。（3）微分項(xiàng)微分項(xiàng) MD 與誤差的變化率成正比，其計(jì)算式為： （）111(/)()()()nnnnnMDKcTdsSPVSPKde??? ?為了避免給定值變化引起的微分部分的跳變，可另給定值不便(SPn=SPn1 ),微分項(xiàng)的算式變?yōu)椋? （）11(/))()nnncTdsdV????為了下一次計(jì)算，必須保存過(guò)程變量 PVn1,而不是保存誤差。初始化時(shí)令 PVn1=PVn。在許多控制系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要 P、I、D 中的一種或兩種控制類型。例如，可能只要求比例控制或比例與積分控制。通過(guò)設(shè)置參數(shù)可對(duì)回路控制類型進(jìn)行選擇。如果不需要積分作用，可將積分時(shí)間設(shè)為無(wú)窮大。因?yàn)橛蟹e分的初值 MX，即使沒(méi)有積分運(yùn)算，積分項(xiàng)得數(shù)值也可能不為零。如果不想要微分作用，可令微分時(shí)間為。如果不想要比例作用，但是需要積分或需要積分和微分控制，應(yīng)將回路增益設(shè)為。因?yàn)榛芈吩鲆媸怯?jì)算積分及微分項(xiàng)公式內(nèi)的系數(shù)，系統(tǒng)在計(jì)算積分項(xiàng)與微分項(xiàng)時(shí)，令回路增益 Kc 為 。 回路輸入輸出變量的轉(zhuǎn)化與標(biāo)準(zhǔn)化PID 回路有兩個(gè)輸入量，既給定值（SP ）與過(guò)程變量 (PV)。給定值通常是固定的本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè)值，如如熱爐溫度的給定值。過(guò)程變量是經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換和計(jì)算后得到被控量的實(shí)測(cè)值，如如熱爐溫度的測(cè)量值。給定值與過(guò)程變量都是現(xiàn)實(shí)世界的值，對(duì)于不同的系統(tǒng)，它們的大小，范圍與工程單位有很大的區(qū)別。PID 指令對(duì)這些量進(jìn)行運(yùn)算之前，必須將其轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)（實(shí)數(shù)） 。 攪拌機(jī)系統(tǒng)程序流程圖根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程和要求，得出了系統(tǒng)程序流程圖，如圖 所示開(kāi)始開(kāi)始初始化 P I D初始化 P I D刨花給定及調(diào)節(jié)刨花給定及調(diào)節(jié)隨動(dòng)隨動(dòng)設(shè)定隨動(dòng)比例值 K設(shè)定隨動(dòng)比例值 K膠設(shè)定控制膠設(shè)定控制隨動(dòng)狀態(tài)隨動(dòng)狀態(tài)膠調(diào)節(jié)膠調(diào)節(jié)結(jié)束結(jié)束N OY E S本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè)總 結(jié)本文設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)具有拌膠均勻、施膠量低等功能和在生產(chǎn)線臨時(shí)停機(jī)時(shí)，可以避免膠的浪費(fèi)的優(yōu)點(diǎn)。而且還具有刨花形態(tài)的質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，刨削體積刨花的單位能耗低，自動(dòng)化程度高，操作維修方便，安全可靠性高等特點(diǎn)。 本文設(shè)計(jì)的攪拌控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的 300 系列， 300 系列具以下顯著特點(diǎn)：循環(huán)周期短，處理速度高，指令功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜功能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，可用于空間有限的場(chǎng)合，模塊化結(jié)構(gòu)，適合密集安裝，有不同檔次的 CPU，各種各樣的功能，模塊和 I/O 模塊可供選擇，務(wù)虛電池備份，免維護(hù)，可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型（ ）在 PID 的控制中，積分控制的特點(diǎn)是：只要還有余差存在，積分控制就逐漸增加控制作用，直到余差消失。微分控制的特點(diǎn)是實(shí)際測(cè)量值比設(shè)定值低，但需要及早加以抑制；比例控制的反應(yīng)快 ，穩(wěn)定性好，是最基本的控制作用。在本次設(shè)計(jì)中比例和積分放在一起使用，比例承擔(dān)主要的控制作用，積分幫助消除余差。本文設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)控制系統(tǒng)也有不足之處。比如在 PID 控制中積分的效果比較緩慢，除特殊情況外，不作為基本控制作用。微分控制只看趨勢(shì)，不看具體數(shù)值所在，所以系統(tǒng)還不夠穩(wěn)定。除此之外，系統(tǒng)還應(yīng)增設(shè)安全警報(bào)裝置，以保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。此次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，了解到涉足 PLC 等自動(dòng)化領(lǐng)域，自己還有好多知識(shí)需要學(xué)習(xí)，可謂師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行靠個(gè)人。我將在以后的學(xué)習(xí)中，還會(huì)繼續(xù)堅(jiān)持不懈的努力下去，豐富自己的專業(yè)知識(shí)，不斷豐富、突破自我。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè)致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我是老師的耐心指導(dǎo)和幫助下，得以圓滿完成課題設(shè)計(jì)的。在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的過(guò)程中，老師給了我許多的幫助，自己學(xué)到的東西很淺，在完成任務(wù)中遇到很多的問(wèn)題和砍兒，老師耐心細(xì)致地為我解答，給了我很多的指導(dǎo)，同時(shí)也給了我很大的信心，讓我能夠順利的盡心每項(xiàng)布置的任務(wù)。老師淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)，給我們留下了深刻的印象。在此，我要向老師表示衷心的感謝，感謝老師花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力為我們耐心的指導(dǎo)，感謝您教給我們這么多寶貴的知識(shí)以及給我們提出的建議。此次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)查閱相關(guān)的資料，利用圖書(shū)館資源和書(shū)本知識(shí)補(bǔ)充自己設(shè)計(jì)中的不足，此外，得到老師很多我還不熟悉的設(shè)計(jì)方面的支持。深刻意識(shí)到，如果沒(méi)有老師的指點(diǎn)，我無(wú)法對(duì) PLC 領(lǐng)域有更深的了解。衷心感謝老師給予我的幫助。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè)參考文獻(xiàn)[1] 方承運(yùn)，王炳勛編．電氣控制原理與設(shè)計(jì)[M]．第一版．銀川：寧夏人民出版社，1989，7～19．[2] 揚(yáng)長(zhǎng)能，張興毅．可編程序控制器（PC）基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社， 1997，5～27．[2] 吉順平，孫承志，路明．西門子 PLC 與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M]．機(jī)械出版社，2022/2，111～186．[3] 陳金華．可編程序控制器（PC ）應(yīng)用技術(shù)[M ]．北京：電子工業(yè)出版社，1996/5， 56～87．[4] 趙明，等．工廠電氣控制設(shè)備[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994，153～174．[5] 李景學(xué)，金礦業(yè)．可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[M]．北京：電子工業(yè)出版社，1999，36～59．[6] Cao Wei．Programmable logic control device principles, methods and guidelines for the development of applications[M]．ChangSha：National Defense Science and Technology University Press，1993 ，53～83．[7] 顧繩谷．電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]．第二版．北京：機(jī)械出版社，2022/10，112～155．[8] 胡敏，深入淺出西門子 S7300PLC[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2022/8，16～90．[9] 王兆義．可編程控制器教程[M]．第一版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992/9，35～83 ．[10]田瑞庭．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994/2，20～85．本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè)附錄:程序本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè)