PID控制器在自控阀门作用

PID控制器在自控阀门作用

在自动控制中，PID及其衍生出来的算法是应用的算法之一。各个做自动控制的厂家基本都有会实现这一经典算法。我们在做项目的过程中，也时常会遇到类似的需求，所以就想实现这一算法以适用于更多的应用场景。 适用于需要控制阀门正反转的场合，广泛应用于纺织机械、陶瓷等行业中，取消伺服放大器，直接控制带阀位显示PID 控制反馈或无阀位反馈（行程时间为10～480 秒）的电动执行器，双30 线模拟光柱分别显示输出信号和阀位反馈信号的百分比。
 
PID控制器在自控阀门作用技术参数：
1．输入信号类型：热电偶、热电阻、电压、电流、电阻
2．测量精度：0.2%F.S±1个字，自动对温漂、时漂进行补偿
3．显示方式：八位高亮 LED显示
4．显示范围：-1999 ~ 9999
5．输出方式：继电器正反转输出、模拟量、SSR、SCR等输出方式，可选
6．反馈：模拟量反馈信号或者虚拟阀门反馈信号
7．控制方式：专家PID控制算法，带自整定功能
8．带手自动无扰切换功能
9．带给定值限值功能
10．温度补偿：0~50℃数字式温度自动补偿
11．使用环境：环境温度 0~50℃，相对湿度 ≤ 85%，避免强腐蚀气体
12．电源：开关电源100 ~ 240VAC(50Hz/60Hz)，功耗 ≤ 4W
13．其它：具有修正、冷端补偿、数字滤波、加热功率分段限制、外部给定等功能。还具有开关量输入、打印接口等扩展功能
 
1、PID控制器在自控阀门作用PID算法基本原理
PID算法是控制行业能体现反馈控制思想的算法。对于一般的研发人员来说，设计和实现PID算法是完成自动控制系统的基本要求。这一算法虽然简单，但真正要实现好，却也需要下一定功夫。首先我们从PID算法基本的原理开始分析和设计这一经典命题。PID算法的执行流程是非常简单的，即利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量。而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。其功能框图如下：其中Kp为比例带，TI为积分时间，TD为微分时间。PID控制的基本原理就是如此。


2、PID控制器在自控阀门作用PID算法的离散化
上一节简单介绍了PID算法的基本原理，但要在计算机上实现就必须将其离散化，接下来我们就说一说PID算法的离散化问题。在实现离散化之前，我们需要对比例、积分、微分的特性做一个简单的说明。比例就是用来对系统的偏差进行反应，所以只要存在偏差，比例就会起作用。积分主要是用来消除静差，所谓静差就是指系统稳定后输入输出之间依然存在的差值，而积分就是通过偏差的累计来抵消系统的静差。而微分则是对偏差的变化趋势做出反应，根据偏差的变化趋势实现超前调节，提高反应速度。在实现离散前，我们假设系统采样周期为T。假设我们检查第K个采样周期，很显然系统进行第K次采样。也可以记为：这就是所谓的位置型PID算法的离散描述公式。我们知道还有一个增量型PID算法，那么接下来我们推到一下增量型PID算法的公式。上面的公式描述了第k个采样周期的结果，那么前一时刻也就是k-1个采样周期就不难表示为：


1、反馈控制(Feedback Control)
反馈控制也称闭环(closed-loop)控制。如同流量及压力控制一样，操作端控制信号的变化经由系统后作为传感器的测量值从检测端返回，这种控制系统称为反馈控制。在自动控制中，反馈控制使用得泛，抗外部干扰的能力强，能实现稳定控制。 反馈控制中通常会选用傻瓜式模糊调节器或能适应各种复杂工况的人工智能PID调节器。
2、前馈控制(Feedforword Control)
用于热过程或传送装置等过程响应时间长、外部干扰大的情况。
前馈控制与上面提到的反馈控制结合使用，在温度发生变化之前检测外部干扰(此时为水的流量变化)，在反馈控制前修正控制信号，所以也称为超前动作。 前馈控制通常由单回路调节器和加减法数学运算器构成，选择适合的调节器、整定PID参数和数学运算器系数对提升前馈控制系统控制效果很重要。
3、顺序控制(Sequence Control)
要在水槽中获得温水，将热水进水阀打开一段时间后关闭，再将冷水进水阀打开一段时间后关闭，虽然温度不那么精确但也可以获得温水。像这样将一系列的ON/OFF操作进行自动化控制称为顺序控制，即“按照事先确定的顺序进行的控制”。该控制既没有目标值也没有修正动作，不受外部干扰。
4、比值控制系统
将多种流体按比例混合时，使用比值控制系统(Ratio Control)。比值运算的例子请参照流量的比值运算示例。
5、串级控制系统
利用主调节器和从动调节器将过程变量不同的回路进行组合，将主调节器的输出连接到从动调节器的设定上，这种控制系统称为串级控制系统。串级(Cascade)有一连串过程的意思。作为基本条件，从动调节回路的系统响应比主调节回路快。对于燃料压力的变化等从属端的外部干扰，可以尽早修正。
6、超驰控制系统
超驰控制系统(Override Control)是自动选择多个调节器的输出信号，进而对过程进行控制的方式。如图所示，在确保燃烧器燃料压力的同时，在进行流量控制的回路中，自动选择压力调节器和流量调节器中控制输出较大的一个，对调节阀进行控制。该控制回路也称为自动选择(AUTO-selector)控制。在本站论坛里有超驰控制的介绍，感兴趣可移步去看看 
7、程序控制系统
程序控制系统(Program Control)是按照事先确定好的时间计划来改变设定值的控制系统。使用程序设定器或者具有设定变更功能的可编程温控器，主要适用于煅烧炉等设备中
8、批量控制系统
批量控制系统(Batch Control)主要用于装填设备，如将汽油或煤油等装载到油罐车中的装车设备，主要功能是当装填量达到设定值后，自动停止。高性能批处理调节器具备初始速度设定、预先定量设定等功能。批量控制系统通常由带批量控制的流量积算仪完成，相关信息在流量定量控制仪产品页面详细讲解
①初始速度设定是指开始注入时为了避免喷嘴因静电而产生火花，在喷嘴接触液体前，进行小流量注入功能的设定。 
②预先定量设定是指在达到一定量的累积值时，减少充填流量，以防止过度注入的功能的设定。


3、PID控制器在自控阀门作用PID控制器的基本实现 
完成了离散化后，我们就可以来实现它了。已经用离散化的数据公式表示出来后，再进型计算机编程已经不是问题了。接下来我们就使用C语言分别针对位置型公式和增量型公式来具体实现。
（1）位置型PID的简单实现
位置型PID的实现就是以前面的位置型公式为基础。这一节我们只是完成的实现，也就是将前面的离散位置型PID公式的计算机语言化。首先定义PID对象的结构体：这就实现了一个的位置型PID控制器，当然没有考虑任何干扰条件，仅仅只是对数学公式的计算机语言化。
（2）增量型PID的简单实现
增量型PID的实现就是以前面的增量型公式为基础。这一节我们只是完成的实现，也就是将前面的离散增量型PID公式的计算机语言化。这就实现了一个的增量型PID控制器，也没有考虑任何的干扰条件，仅仅只是对数学公式的计算机语言化。


4、PID控制器在自控阀门作用基本特点
前面讲述并且实现了PID控制器，包括位置型PID控制器和增量型PID控制器。界限来我们对这两种类型的控制器的特点作一个简单的描述。
位置型PID控制器的基本特点：
位置型PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到了偏差的累加值，容易产生累积偏差。
位置型PID适用于执行机构不带积分部件的对象。
位置型的输出直接对应对象的输出，对系统的影响比较大。
增量型PID控制器的基本特点：
增量型PID算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与近几次偏差值有关，计算偏差的影响较小。
增量型PID算法得出的是控制量的增量，对系统的影响相对较小。


PID控制器在自控阀门作用

采用增量型PID算法易于实现手动到自动的无扰动切换。用蒸汽給凉水加热（不直接接触，中间隔着换热管）二次温度测点在加热器出水口位置 一开始升温慢 调阀慢慢全部打开 得等到温度达到设定值以后内部PID输出才会降低 调阀开始关  这时候动作幅度也小 关的慢  但是温度还在上升 一直超温得10好几度  调阀也全部关闭 升温的时候同理  温度降下来以后PID才有输出  调阀开  同样的动作  到时候又得超温  一直控不住  现在我是程序内部对于PID输出做了一个限制 加了一个高低限 在触摸屏上可以修改 假如我限制它输出  到50%的时候能缓慢升温 既能达到我要的设定值 而且就算一直维持这个也不会超温 然后上限我就设定52%或者53% 这样基本上算是能够正常使用 但问题在于要想更改设定值就得一块更改开度上限值