PID控制及其典型工程應(yīng)用(共4頁(yè))

1、PID控制及其典型工程應(yīng)用摘要：閉環(huán)都是基于的概念以減少不確定性。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。0 引言目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊等?？煞譃殚_(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、輸入輸出接口利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的(PLC），還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破鳎≒LC

2、) 是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn) PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。1 PID控制原理工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。當(dāng)被控對(duì)象結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或不到精確數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象或不能有效

3、測(cè)量手段來(lái)獲系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是系統(tǒng)誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。2 PID控制的特點(diǎn)2.1比例（P）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單控制方式。其控制器輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。2.2 積分（I）控制積分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分

4、項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間積分，時(shí)間增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)時(shí)間增加而加大，它推動(dòng)控制器輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。2.3微分（D）控制 微分控制中，控制器輸出與輸入誤差信號(hào)微分（即誤差變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)克服誤差調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩失穩(wěn)。其原因是存有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差作用，其變化總是落后于誤差變化。解決辦法是使抑制誤差作用變化“超前”，即誤差接近零時(shí)，抑制誤差作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠，比例項(xiàng)作用僅是放大誤差幅

5、值，而目前需要增加是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分控制器，就能夠提前使抑制誤差控制作用等于零，為負(fù)值，避免了被控量嚴(yán)重超調(diào)。對(duì)有較大慣性或滯后被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中動(dòng)態(tài)特性。3 PID控制在工程中的實(shí)際應(yīng)用 隨著國(guó)際物流業(yè)的發(fā)展，碼頭起重設(shè)備的數(shù)量及噸位都產(chǎn)生了大幅度的增加。隨著效率的提高，設(shè)備運(yùn)行速度也變得更快。因此，對(duì)設(shè)備上使用的電機(jī)的控制要求也越來(lái)越高。 在起重機(jī)上可以安裝檢測(cè)設(shè)備對(duì)起升的高度，旋轉(zhuǎn)角度，懸臂伸縮的幅度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的位置經(jīng)行定位，對(duì)這些收集到的信息通過(guò)PLC進(jìn)行處理，使用PID控制程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)行

6、狀態(tài)的有效控制，調(diào)定位精度，安全性及效率。模糊控制不要求被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，它能避開(kāi)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。而且算法具有一定的智能性， 可以做到有很好的可維護(hù)性， 操作的簡(jiǎn)便性， 魯棒性， 能通過(guò)自學(xué)習(xí)適應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)的起重機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)。然而，起重機(jī)模糊控制的精度受到量化等級(jí)的制約。另外，對(duì)于普通的起重機(jī)模糊控制而言， 它類(lèi)似于比例微分的控制方式，還有一個(gè)非零的穩(wěn)態(tài)誤差， 屬于有差調(diào)節(jié)。將起重機(jī)模糊控制和PID控制器兩者結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)。既具有起重機(jī)模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有PID控制精度高的特點(diǎn)，這種模糊PID控制器。對(duì)非線性和時(shí)變性的控制對(duì)象具有良好的控制效果。完全可以滿(mǎn)足

7、起重機(jī)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的要求。 起重機(jī)模糊控制系統(tǒng)由起重機(jī)模糊控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象、傳感器等環(huán)節(jié)組成。起重機(jī)模糊控制器在模糊自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。通常按照以下步驟來(lái)設(shè)計(jì)起重機(jī)模糊控制器:（1）確定起重機(jī)模糊控制器的結(jié)構(gòu)，即根據(jù)具體的系統(tǒng)確定其輸入變量和輸出變量（即控制量），用語(yǔ)言變量進(jìn)行描述;（2）設(shè)計(jì)起重機(jī)模糊控制器的控制規(guī)則;（3）用模糊合成推理來(lái)描述被控系統(tǒng)輸入、輸出變量間復(fù)雜關(guān)系的算法特征;（4）通過(guò)模糊關(guān)系方程的求解，獲取合適的輸出控制量（反模糊化）;（5）編制起重機(jī)模糊控制算法的應(yīng)用程序;（6）合理選擇起重機(jī)模糊控制算法的采樣時(shí)間。在工程實(shí)際中可以采用以下三種方案

8、：（1）模糊PID控制器采用與傳統(tǒng)PID控制器相同的硬件結(jié)構(gòu)，用PLC等來(lái)組成硬件部分，而在軟件上用模糊PID算法取代原來(lái)的PID控制算法，這樣就組成了一個(gè)PLC的模糊PID控制系統(tǒng)。顯然采用了這種做法，模糊PID控制器組成簡(jiǎn)單、開(kāi)銷(xiāo)少、靈活性高、應(yīng)用范圍廣。（2）使用專(zhuān)用的PLC起重機(jī)模糊控制單元。PLC的上位機(jī)上安裝模糊支持軟件，用戶(hù)不需要專(zhuān)門(mén)的編程工具就能對(duì)模糊單元編程、建立知識(shí)庫(kù)，并且還可以在線監(jiān)視模糊單元的運(yùn)行狀況。顯然，采用了這種專(zhuān)門(mén)的模糊單元方便了用戶(hù)，計(jì)算機(jī)的操作都可以由菜單提示，即使是初學(xué)者也能夠很容易掌握。采用專(zhuān)用的硬件起重機(jī)模糊控制器是用硬件來(lái)直接實(shí)現(xiàn)模糊推理，優(yōu)點(diǎn)是推理速度快、控制精度高；但與使用軟件方法相比，PLC模糊控制模塊成本相對(duì)較高，使用范圍受到限制。 （3）PLC的上位機(jī)軟件集成開(kāi)發(fā)，運(yùn)算、顯示（也可加入操作）由上位機(jī)完成，電氣控制由PLC完成，尤其可以把主鉤、副鉤、小車(chē)等的電氣部分的控制和操作整合起來(lái)，系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)。并具有易于整體調(diào)試、通用性較好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)理論分析、仿真實(shí)驗(yàn)及調(diào)試結(jié)果證明， 本系統(tǒng)控制性能良好