【正文】 準確的數(shù)學(xué)模型，因為不能使用自動控制理論中的設(shè)計方法。對于這一類系統(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)計簡單，易于實現(xiàn)，參數(shù)調(diào)整方便。有較強的靈活性和適應(yīng)性，根據(jù)對象的具體情況，可以采用各種 PID 控制的變種和改進的控制方式，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。用可編程控制器對模擬量進行 PID 控制時，可采用以下幾種方法：使用 PID 過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)計的，并存放在模塊中，用戶在使用時只需設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，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有 PID 過程控制模塊和 PID 控制用的功能指令，有時雖然可以使用 PID 控制指令，但是希望采用某種改進的 PID 控制算法。在上述情況下，都 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁需要用戶自己編制 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+積分項+微分項+輸出的初始值，()式中，M(t)是控制器的輸出，誤差信號 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 分別是積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)。式() 中等號右邊前 3 項分別是比例、積分、微分部分，它們分別與誤差、誤差的積分和微分成比。如果取其中的一項或兩項，可以組成 P、PD 或 PI 控制器。需要較好的動態(tài)品質(zhì)和較高的穩(wěn)態(tài)精度時，可以選用 PI 控制方式；控制對象的慣性滯后較大時，應(yīng)選擇 PID 控制方式。計算機模擬量閉環(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)開始運行的時間為 t=0，用巨型積分來近似精確積分，用差分近似精確微分，將式（）離散化，第次采樣時控制器的輸出為： （）11()()jnnMcKeiMKde??????式中，e(n)是第 n 次采樣時的誤差值，e(n1) 是第 n1 次采樣時的誤差值，Kc、Ki和 Kd 分別是 PID 回路的增益、積分項的系數(shù)和微分項的系數(shù)。將式（）化簡為式，每一次計算只需要保存上一次的誤差 e(n1)和上一次的積分項 MX： （）1()()nnnMKceiXKde? ???CPU 實際使用的改進型 PID 算法的算式為： （）nnPID?式中右邊 3 項依次是比例項、積分項和微分項。（1）比例項 （）()nnnMKcSVce??? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁式中的 SPn 和 PVn 分別是第 n 次采樣時的給定值和過程變量值（反饋值）圖 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖圖 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖圖 計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖（2）積分項積分項與誤差的累加和成正比，其計算公式為： （）(/))nnnMIKcTsiSPVMXKie????式中，Ts 是采樣時間隔，Ti 是積分時間常數(shù)，MX 是前面所有積分項之和。每次計算出后，需要用它去更新 MXn 在第一次計算時 MXn 的初值為控制器的初值Minitial。（3）微分項微分項 MD 與誤差的變化率成正比，其計算式為： （）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 ),微分項的算式變?yōu)椋? （）11(/))()nnncTdsdV????為了下一次計算，必須保存過程變量 PVn1,而不是保存誤差。初始化時令 PVn SP(t) M(t) C(t) PV(t) PID 調(diào)節(jié) ()spt MC()pvt 器執(zhí)行機構(gòu) 控制對象測量元件 ()Mn()t ()Ct ()pvt ()spnepv執(zhí)行機 構(gòu) 控制對 象測量元件 PID調(diào)節(jié)器 D/AA/D 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁1=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。通過設(shè)置參數(shù)可對回路控制類型進行選擇。如果不需要積分作用，可將積分時間設(shè)為無窮大。因為有積分的初值 MX，即使沒有積分運算，積分項得數(shù)值也可能不為零。如果不想要微分作用，可令微分時間為。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。因為回路增益是計算積分及微分項公式內(nèi)的系數(shù)，系統(tǒng)在計算積分項與微分項時，令回路增益 Kc 為 。 回路輸入輸出變量的轉(zhuǎn)化與標準化PID 回路有兩個輸入量，既給定值（SP ）與過程變量 (PV)。給定值通常是固定的值，如如熱爐溫度的給定值。過程變量是經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換和計算后得到被控量的實測值，如如熱爐溫度的測量值。給定值與過程變量都是現(xiàn)實世界的值，對于不同的系統(tǒng)，它們的大小，范圍與工程單位有很大的區(qū)別。PID 指令對這些量進行運算之前，必須將其轉(zhuǎn)化成標準化的浮點數(shù)（實數(shù)） 。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 攪拌機系統(tǒng)程序流程圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 28 頁YNYNYNNYY比例 1?比例 2?開 始初始化 PID 表刨花調(diào)節(jié) P控制刮板稱膠設(shè)定狀態(tài)控制面板輸入是否隨動 SA?隨動狀態(tài)PVn*D=SPn1隨動狀態(tài)PVn*B=SPn1隨動狀態(tài)PVn*A=SPn1隨動狀態(tài)PVn*C=SPn1膠調(diào)節(jié) PI結(jié)束比例 3?比例 4?圖 程序流程圖總 結(jié)本文設(shè)計的攪拌機控制系統(tǒng)具有拌膠均勻、施膠量低等功能和在生產(chǎn)線臨時停機 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁時，可以避免膠的浪費的優(yōu)點。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，自動化程度高，操作維修方便，安全可靠性高等特點。 在 PID 的控制中，積分控制的特點是：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。微分控制的特點是：實際測量值比設(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。微分只有在被控對象反應(yīng)遲緩，需要在開始有所反應(yīng)時，及早補償，才予以采用。本文設(shè)計的攪拌控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的 300 系列， 300 系列具以下顯著特點：循環(huán)周期短，處理速度高，指令功能強大，可用于復(fù)雜功能，產(chǎn)品設(shè)計緊湊，可用于空間有限的場合，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，可在惡劣氣候條件下露天使用的模塊類型（ ）本文設(shè)計的攪拌機控制系統(tǒng)也有不足之處。在 PID 控制中積分的效果比較緩慢，除特殊情況 外，作為基本控制作用，緩不救急。微分控制只看趨勢，不看具體數(shù) 值所在，所以系統(tǒng)還不夠穩(wěn)定。這次的設(shè)計也讓我認識到在工作和學(xué)習(xí)中要不斷的培養(yǎng)自己的創(chuàng)造性思維和要有堅持不懈的努力才能在以后的漫長道路上取得新的突破。致 謝在本次設(shè)計中，我是在李福云老師和張慶思老師的耐心指導(dǎo)和幫助下，最終圓滿 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁的完成任務(wù)。在此過程中，難免有難以理解的問題無法解決，李福云老師和張慶思老師總是細致而富有耐心的為我們答疑解惑，使問題迎刃而解，為我們進行下一步任務(wù)鋪平了道路。同時，李福云老師和張慶思老師淵博的知識和嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)，給我們留下了深刻的印象。在此，我要向李福云老師和張慶思老師表示衷心的感謝，感謝你們花費了大量的時間和精力對我們進行指導(dǎo)，感謝您教給我們許多寶貴的知識。在設(shè)計的過程中，我除了應(yīng)用在書本上的知識外，還有得到老師在我們并不太熟悉的設(shè)計方面的支持。如果沒有老師的指點，我也不可能在我們所沒有接觸過的領(lǐng)域有更深的了解。多謝老師的幫助。參考文獻[1] 方承運，王炳勛編．電氣控制原理與設(shè)計[M]．第一版．銀川：寧夏人民出版社，1989，7～19．[2] 揚長能，張興毅．可編程序控制器（PC）基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]．重 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁慶：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．電機及拖動基礎(chǔ)[M]．第二版．北京：機械出版社，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：機械工業(yè)出版社，1994/2，20～85． 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 32 頁附錄:程序主程序：mian 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 33 頁 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 34 頁初始化子程序 0刨花調(diào)節(jié) PID 數(shù)據(jù)表初始化膠調(diào)節(jié) PID 數(shù)據(jù)表初始化 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 35 頁中斷子程序 1膠流量調(diào)節(jié)中斷子程序