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一种PID自整定温度控制器及实现

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图 6 PID 参数自整定框图
自整定任务 ( TASK2) : 根据测量值与给定值 的关系进行继电控制 ,并设置加热标志 ,前一次的 测量值改变加热状态用 ,并与主任务配合控制 ,同 时 ,为了防止干扰 ,采用平均值法对测量值进行滤 波 ,这由 GENIE 中值滤波功能块完成 ,流程图如 图 7 所示 。
表 1 针对第 Ⅰ类气体实验结果
实验气体 气体浓度 (ppm) 模糊神经网络估计值 (ppm)
甲烷 乙烯 异丁烷
200 400 600 800 1 000 200 400 600 800 1 000 200 400 600 800 1 000
200 200 207 227 467 463 457 454 555 599 595 590 832 812 811 803 922 1 000 997 996 212 224 233 200 464 465 445 425 586 648 593 579 806 829 796 761 974 1 000 991 956 200 200 200 248 428 433 413 413 628 594 570 557 736 782 755 741 1 000 989 962 1 000
图 1 继电振荡自整定系统框图
在自整定模式下 ,利用描述函数法 ,经推导 ,
产生振荡的条件为 :
arg G( jω) = - π,
Ku = 4 d/ πA = 1/ G( jω)
(1)
其中 , d = 2. 5 (即继电器的输出幅度) ;
Ku ———系统的等效比例增益 ;
A ———系统产生稳定等幅输出的幅度 。
收稿日期 :1999 - 09 - 16
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
· 60 · 化 工 自 动 化 及 仪 表 第 27 卷
摘要 : 根据瑞典学者 K. J . Astrom 提出的在继电反馈下观测被控过程的极限环振荡 ,自动整定 PID 控制器参 数 ,并针对一类电阻炉的温度控制在 IPC2610 工控机上予以实现 ,给出了控制电路 、控制策略及程序流程图 。自整 定实时控制结果表明 ,该算法容易在工业控制机上实现 。 关键词 : 继电振荡法 ;PID 算法 ;自整定 : IPC2610 工控机 ;组态软件 中图分类号 :TP214 + . 2 文献标识码 :B 文章编号 :100023932 (2000) 0120059203
ΔMVD
其中 :
MV ( k) ———第 k 次控制量 ;
ΔMVp = KP ( e ( k) - e ( k - 1) ) ;
ΔMV I = KP Tse ( k) / Ti ;
ΔMVD = m ( k) - m ( k - 1) ;
m ( k) = ηβm ( k - 1) - kPβ[ PV ( k) - PV ( k -
MV ( s) = KP E ( s) + KP/ Ti s E ( s) - KP Td s/ (1 +
ηTd s) PV ( s)
(3)
其中 :
SV 、PV 、MV ———分别为设定值 、测量值和操
作控制值 ;
E ( s) = SV - PV 。
经数字化得 :
MV ( k) = MV ( k - 1) + ΔMVp + ΔMV I +
检测与控制装置 化工自动化及仪表 , 2000 , 27 (1) :59～61 Control and Instruments in Chemical Industry
一种 PID 自整定温度控制器及实现
杨 智 ,陈新军
(甘肃工业大学 电气与信息工程系 ,兰州 730050)
计算 PID 参数 。
调节器 P PI PID
表 1 Z2N PID 参数整定表
Kp 0. 5 Ku 0. 45 Ku 0. 6 Ku
Ti
0. 85 Tu 0. 5 Tu
Td 0. 125 Tu
2. 2 PID 控制算法 本文采取工程实际中常用的测量值微分先行
PID 算式 ,以避免微分冲击 ,结构如图 3 所示 ,传 递函数表示为 :
永远 立即 1 s 命令式 1 s 命令式 5 s 命令式 100 ms
一次 立即 永远 立即 100 ms
系统软件由以下几个模块构成 。 主程序 ( TASK1) : 用于整个程序的管理与部
分的计算 ,流程图如图 6 所示 ,图中 C 作为计数 器 ,其作用主要在于自整定过程中除去第一个未 稳定的振荡过程 , C 的初值为 0 。
PID 控制任务 ( TASK3 、TASK4) : 由主任务完 成得出的 PID 整定值 ,在 TASK3 中完成 PID 运算 得出控制量 ,程序简单 ,然后将此控制量转化成占 空比去控制电阻炉加热功率 。在 TASK4 中完成 占空比的转化及控制 ,控制周期可以人为设置 ,流 程图略 。
初始化模块 ( TASK5) :根据程序要求 ,在程序 运行前执行一次 ,完成各个变量的初始化任务 。
1 引 言 工业控制中最常用的仍是 PID 调节器 ,要获
得最佳的 PID 参数 ,目前国内外提出的整定法较 多 ,本文针对一种 Astrom 提出的继电自整定方 法[1] ,提出具体的实现步骤 ,并在研华 IPC2610 增 强型工控机及其组态软件 GENIE 3. 0 上予以实 现 ,对一电阻炉成功地进行了温度的自整定控制 。
GENIE 3. 0 软件包及 IPC2610 工控机是台湾 研华 (Advantech CO. ) 公司生产的标准 PC 平台上 的组态软件及工控机[2 ,3] 。其特点是成本低 、易 掌握及功能强大 。GENIE 3. 0 运行于 Windows 环 境下 ,它的实时性能好 ,有丰富的图形用户界面 ( GUI) 。使用基于任务扫描的执行方式 ,使用灵 活 ,其任务设计器 ( Task Designer) 是个面向对象 的 、图标驱动的模块 ,它采用功能模块编程技术定 义所有的 I/ O 扫描 、计算 、数据登陆和控制任务 , 这些功能块 “( 算法”) 被放在屏幕上 ,使用弹出式 对话框进行编辑 ,每个“软模块”都有输入和输出 , 只需用鼠标画一些“连线”,即可将这些信号传给 其它功能块或屏幕对象 。任务设计器包含一个完 备的算法库 ,还包括了数学 、逻辑 、数据登陆 、报表 生成和报警等功能块 ,而且具有检错功能 ,可以检 查非法连接和不完备的控制策略 。
( Automation School of Tianjin University , Tianjin 300072 , China) Abstract :This paper discusses a novel method to classify the kinds of gases and estimate concentration of in2 flammable gases from transient response paaters which a semiconductor gas sensor shoes under periodic heating con2 ditions by fuzzy inference and neural network. This experimental results show that a high discrimination rate is achieved. Key words :semiconductor gas sensor ;fourier transform ;fuzzy inference ;neural network
实际测量时 ,作者在文献[ 4 ]中根据输出产生
的峰2谷2峰求出 A 与 Tu ,测量公式为 :
A = ( Ymax - Ymin) / 2 ,
Tu = 2 ( Tmax - Tmin)
(2)
图 2 自整定过程曲线
如要提高精度 ,可多次测量取平均值 。 在测得 A 、Tu 后按著名的 Z2N 法[5] (见表 1)
图 3 测量值微分先行 PID 算式结构
3 控制电路 控制系统硬件接线图见图 4 。
图 4 硬件电路图
本文采用研华 IPC2610 作为控制计算机 ,将 采集的数据经分析 、计算 ,然后去控制电阻炉的加 热功率 ,A/ D 与 D/ O 转换分别采用研华公司的 PCL2818L 及 PCL2726 , PCL2789D 是热电偶输入模 板 ,它将采样得到的温度信号经放大与转换后由 计算机处理 。再经 PID 运算 ,占空比控制 ,通过 PCL2726D/ O 板去控制固态继电器通断 , 线路简 单 ,且无需为外围电路编写驱动程序 , GENIE 软件 包自带有一套动态链接库 (DLL) 驱动程序 。 4 软件设计
执行方式 ,它的模块化设计结构很容易地将一个 复杂的工程分解成几部分任务 ,分别进行设计 ,而 后可以用一个任务或主程序来协调和控制这些模 块的运行 ,每个模块放在不同的任务中 ( TASK) , 它的执行方式与特性可以根据需要来加以改变 , 本温度系统由五个模块组成 : ①主任务 ,用以协调 与控制各子任务的运行 ; ②初始化模块 ; ③继电振 荡自整定任务 ; ④PID 运算控制模块 ; ⑤报警任 务 。另外还有显示模块 ,可以根据用户需要设计 各种仪表 、棒图 、历史趋势图等 。
1) ] β = Td/ ( Ts + ηTd) ;
Ts ———采样控制周期 ; η ———不完全微分系数 , 1/ η常取 3～20 之 间; KP 、Ti 、Td ———比例 、积分 、微分系数 ; PV ( k) ———第 k 次的输出量 ; e ( k) ———第 k 次的偏差 。 综上所述 ,自整定控制算法可归纳如下 : (1) 启动自整定 ; (2) 计算 e ( k) = SV - PV ,当 e ( k) < 0 时 , 输出 1 ;当 e ( k) ≥0 时 ,取输出 0 ; (3) 计算临界振荡的 Ku 及 Tu ; (4) 根据 Z2N 表计算 PID 参数 ; (5) 退出自整定过程 ,转入 PID 控制模式 。

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温控pid自整定算法

温控pid自整定算法

温控pid自整定算法温控PID自整定算法PID（比例-积分-微分）控制算法被广泛应用于温度控制系统中。

它能够根据实际的温度变化情况，自动调整控制器的参数，以实现温度的精确控制。

PID自整定算法是一种用于自动计算PID参数的方法，它可以根据系统的动态响应特性，快速准确地确定PID参数的值。

PID控制器由比例控制、积分控制和微分控制三个部分组成。

比例控制根据偏差值与设定值之间的差距来调整输出；积分控制则根据偏差值的累积来调整输出；微分控制则根据偏差值的变化率来调整输出。

PID自整定算法的目标是通过自动计算PID参数的值，使得控制系统能够以最佳的控制性能工作。

在PID自整定算法中，需要进行的操作包括：设定一个适当的目标温度；根据目标温度和实际温度的差距，计算出比例系数；根据温度变化的速度，计算出微分系数；根据温度变化的累积，计算出积分系数。

通过这些计算，可以得到合适的PID参数值，从而实现温度的控制。

在实际应用中，PID自整定算法可以通过以下步骤来实现。

首先，将控制系统设定为自整定模式，并将目标温度设定为所需的温度。

然后，系统会根据自整定算法自动计算出合适的PID参数值。

接下来，系统会根据这些参数值进行温度控制，并不断调整参数值以适应系统的变化。

最后，系统会根据实际的温度变化情况，对PID参数进行进一步优化，以达到更好的控制效果。

需要注意的是，PID自整定算法是一种自适应算法，它可以根据系统的动态响应特性，自动调整参数值。

然而，在实际应用中，由于系统的非线性和时变性等因素的存在，PID参数的自整定可能会受到一定的限制。

因此，为了获得更好的控制效果，可能需要进行一些额外的参数调整或者采用其他更为复杂的控制算法。

温控PID自整定算法是一种应用广泛的温度控制方法。

通过自动计算PID参数的值，可以实现对温度的精确控制。

然而，在实际应用中，需要考虑系统的动态响应特性和非线性时变性等因素，以获得更好的控制效果。

因此，对于不同的温度控制系统，可能需要采用不同的PID参数调整方法或者其他更为复杂的控制算法。

基于继电反馈PID自整定控制算法的环境温控系统实现

基于继电反馈PID自整定控制算法的环境温控系统实现

基于继电反馈PID自整定控制算法的环境温控系统实现高继昆【摘要】航空发动机相关零组件的精密测量对环境要求十分严苛,对温度环境的掌控,更是提出了高控制精度和快速响应的要求.针对某型航空发动机零件测试测量对温度环境高精准度的需要,设计了一套对于某密闭环境的温度测控系统,利用9216温度采集卡和9263电压输出控制板卡,应用继电反馈PID自整定算法,构建了LabVIEW RIO温度测控平台.测试结果表明,20 ℃至45 ℃之间调温控制,误差小于3%,调节时间约17 s左右,继电反馈自整定PID算法控制响应时间优于普通PID温度控制.实现了对密闭环境温度的有效控制,满足了对于环境温度的控制精度.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】5页(P679-683)【关键词】测控技术与仪器;温度测控;虚拟仪器实时控制;PID自整定方法【作者】高继昆【作者单位】中国航空发动机集团沈阳发动机研究所,沈阳110015【正文语种】中文【中图分类】TF325.64航空发动机的制造研发过程中,对于某些关键零组件需要大量高精度、高可靠性的测试测量实验,这对于环境温度提出了严苛要求,在某型涡扇发动机关键零组件测量的密闭环境中(约40 m3),需要将其控制在20 ℃至45 ℃之间,稳态误差不得超过5%,且调节时间控制在30s以内。

考虑到目前工程实际中的温度控制过程,广泛应用传统PID控制结构,调参过程过于复杂繁琐且调节时间一般较长[1-2],而继电反馈PID参数自整定算法及其改进型,依托于LabVIEW的数据采集、处理等功能,能够方便地与实际被控对象相连接,具有良好的人机界面。

本文尝试以LabVIEW作为开发平台,搭建配置硬件测控系统,设计完整的环境温度控制系统[3-7]。

该系统利用继电反馈PID参数自整定控制器对环境中4处温度测点进行控制并均值处理,视为环境整体温度,最终实现了环境温度的实时控制。

PID参数自整定的方法及实现

PID参数自整定的方法及实现

PID参数自整定的方法及实现近年来出现的各种智能型数字显示调节仪，一般都具有PID参数自整定功能。

仪表在初次使用时，可通过自整定确定系统的最佳P、I、D调节参数，实现理想的调节控制。

在自整定启动前，因为系统在不同设定值下整定的参数值不完全相同，应先将仪表的设定值设置在要控制的数值（如果水电站或是中间值）上。

在启动自整定后，仪表强制系统产生扰动，经过2~3个振荡周期后结束自整定状态。

仪表通过检测系统从超调恢复到稳态（测量值与设定值一致）的过度特性，分析振荡的周期、幅度及波形来计算仪表的最佳调节参数。

理想的调节效果是，设定值应与测量值保持一致，可从动态（设定值变化或扰动）合稳态（设定值固定）两个方面来评价系统调节品质，通过PID参数自整定，能够满足大多数的系统。

不同的系统由于惯性不同，自整定时间有所不同，从几分钟到几小时不等。

我单位有一台DYJ-36-2型油加热器。

该油加热器是由加热炉体、载体传输通道、膨胀系统及电控装置构成，与用热设备组成了一个循环加热系统。

热载体（导热油）在炉体内被电热管加热后，用热油泵通过管路传送到用热设备，放热后再次回到炉体内升温，实现连续循环过程。

控制油温的调节仪表时日本SHIMADEN（岛电）公司的SR73型PID自整定温控仪。

温度控制系统为闭环负反馈系统。

由热电偶检测的油温信号对应的mV信号，传送至调节仪的信号输入端，调节仪输出DC15V、20mV的高电平信号，传送至SSR固态继电器，驱动晶闸管过零触发开关电路，改变固定期内的输出占空比，从而控制电热器的输出功率。

在系统投入运行前，我们对调节仪进行PID参数的自整定工作。

首先把它的设定值（SV）调至工艺常用温度90℃。

仪表提供了一组PID参数：比例带P=0.1%~999.9%积分时间I=1~6000s微分时间D=0~3600s再进入功能彩旦，把P、I、D参数分别按经验值设定为：P=3.0；I=120；D=30；超调抑制系数SF=0.4。

pid控制器参数整定方法及应用

pid控制器参数整定方法及应用

pid控制器参数整定方法及应用PID控制器是工业自动化中常用的一种控制器，其参数整定方法及应用对于控制系统的稳定性和性能有着至关重要的作用。

本文将详细介绍PID控制器参数整定方法及应用。

一、PID控制器概述PID控制器是由比例控制器、积分控制器和微分控制器三部分组成的，利用反馈信号进行控制。

其中比例控制器通过测量误差的大小，对被控制对象进行控制，积分控制器通过测量误差的积分，对被控制对象进行控制，微分控制器通过测量误差的微分，对被控制对象进行控制。

PID控制器通过组合三个控制方式，可以对被控制对象进行更加精确的控制。

二、PID控制器参数整定方法1. 经验法PID控制器参数整定的第一步是通过经验法确定参数初值。

经验法是根据实际经验和实验数据得出的整定参数，是参数初值的基础。

经验法的参数初值如下：比例系数Kp取值为被控对象动态响应曲线的最大斜率处的斜率倒数；积分时间Ti取值为被控对象动态响应曲线从起点到终点的时间长度；微分时间Td取值为被控对象动态响应曲线的最大曲率处的时间。

2. Ziegler-Nichols法Ziegler-Nichols法是广泛应用的PID控制器参数整定方法之一，其步骤如下：a.将比例系数Kp调至临界增益Kcr处，此时系统开始振荡；b.测量振荡周期Tu；c.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5Kcr ——PI型系统 0.45Kcr Tu/1.2 —PD型系统 0.8Kcr — Tu/8PID型系统 0.6Kcr 0.5Tu Tu/83. Chien-Hrones-Reswick法Chien-Hrones-Reswick法是另一种常用的PID控制器参数整定方法，其步骤如下：a.测量被控对象的动态响应曲线，并计算出其惯性时间常数L、时延时间T和时间常数K；b.根据系统类型选择合适的参数整定公式，计算出参数初值：系统类型 Kp Ti TdP型系统 0.5K ——PI型系统 0.45K L —PD型系统 0.8K — TPID型系统 0.6K 0.5L 0.125T三、PID控制器应用PID控制器广泛应用于工业自动化中，例如温度控制、压力控制、流量控制等。