【正文】 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 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè)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??? 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè)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)方框圖圖 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖圖 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 PVn 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 ()Mn()t ()Ct ()pvt ()spnepv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 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè)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(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)） 。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 攪拌機(jī)系統(tǒng)程序流程圖 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè)YNYNYNNYY比例 1?比例 2?開(kāi) 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(dòng) SA?隨動(dòng)狀態(tài)PVn*D=SPn1隨動(dòng)狀態(tài)PVn*B=SPn1隨動(dòng)狀態(tài)PVn*A=SPn1隨動(dòng)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(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) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè)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)。 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。微分只有在被控對(duì)象反應(yīng)遲緩，需要在開(kāi)始有所反應(yīng)時(shí)，及早補(bǔ)償，才予以采用。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（ ）本文設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)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(shì)，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(jì)也讓我認(rèn)識(shí)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(jiān)持不懈的努力才能在以后的漫長(zhǎng)道路上取得新的突破。致 謝在本次設(shè)計(jì)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(jì) 第 30 頁(yè)的完成任務(wù)。在此過(guò)程中，難免有難以理解的問(wèn)題無(wú)法解決，李福云老師和張慶思老師總是細(xì)致而富有耐心的為我們答疑解惑，使問(wèn)題迎刃而解，為我們進(jìn)行下一步任務(wù)鋪平了道路。同時(shí)，李福云老師和張慶思老師淵博的知識(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，我要向李福云老師和張慶思老師表示衷心的感謝，感謝你們花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，感謝您教給我們?cè)S多寶貴的知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我除了應(yīng)用在書本上的知識(shí)外，還有得到老師在我們并不太熟悉的設(shè)計(jì)方面的支持。如果沒(méi)有老師的指點(diǎn)，我也不可能在我們所沒(méi)有接觸過(guò)的領(lǐng)域有更深的了解。多謝老師的幫助。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 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè)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． 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè)附錄:程序主程序：mian 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè)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(jì) 第 35 頁(yè)中斷子程序 1膠流量調(diào)節(jié)中斷子程序