闭环控制系统中PID控制器的实现

２ １Ｐ Ｄ控制器的数字化 ． Ｉ
Ｐ Ｃ的 Ｐ Ｄ控制器的设计是 以连续系统 的 Ｐ Ｄ控 Ｌ Ｉ Ｉ
收 稿 日期 ：２ ０ —４ ３ ０ ６０ —０
２２输入输出变量的转换 ．
Ｐ Ｄ 控制有两个输入量 ：给定值（ｐ 和过程 变量 Ｉ ｓ）
（ ） 给 定 值 通 常 是 固 定 的 值 ， 如 加 热 炉 温 度 的给 ｐｖ 。
图 ２ Ｐ Ｃ闭环控制 系统框 图 Ｌ
在许 多 控制 系统 内，可 能只需 要 Ｐ、Ｉ 、Ｄ 中的 种或 两种 控 制类 型 。例如 ， 可能 只 要求 比例 控制 或 比例 与积 分 控制 ，通 过设 置 参数 可对 回路控 制类
型进行选择。
２Ｐ Ｃ ＰＤ控制器的实现 Ｌ Ｉ
块模 块可 以控 制几路 甚 至几十 路 闭环 回路 。但 是 （ ２）使 用 Ｐ Ｄ 功能指令 。现在很 多 Ｐ Ｃ都 有供 Ｉ Ｌ
Ｍ＝ ＆ ＋ ｌ ＋ ｏ Ｐ ） Ｋ∑ Ｋ （ 一 ＋ ｅ
一
ｌ
这种 模块的价格较 高， 一般在大型 控制系统 中使 用 。 Ｐ Ｄ控制用的功能指令 ，如 ｓ ． ０ Ｉ ７ ２ ０的 Ｐ Ｄ指令。它 Ｉ 们 实际上是 用于 ＰＩ 控 制的子 程序 ，与模 拟量 ＩＯ Ｄ ／ 模块 一起使 用，可 以得 到类似 于使 用 Ｐ Ｄ 过程 控制 Ｉ 模 块 的效 果 ，但 是 价格 便 宜 得 多 。 （ ）用 自编的程序 实现 Ｐ Ｄ 闭环控制。有的 Ｐ Ｃ ３ Ｉ Ｌ 没有 Ｐ Ｄ过程控制 模块和 Ｐ Ｄ控制用的功能指令，有 Ｉ Ｉ 时虽 然可 以使 用 Ｐ Ｄ 控制指令 ，但是 希望 采用某种 Ｉ 改进 的 Ｐ Ｄ 控 制算法 。在上述 情况下 ，都 需要用户 Ｉ 自己编制 ＰＩ 控 制程序 。 Ｄ
１ 四圆 ０
２０ 年 ９ ０６ 期
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ｎｎ ｕ
定值 。过程 变量 是经 Ａ／ 转换 和计算 后得到 的被控 Ｄ 量 的实测 值， 如 加热 炉温 度 的测 量值 。给定 值 与过
程 变 量 都 是 与 被 控 对 象 有 关 的 值 ， 对 于 不 同 的 系
一
基于 ＰＬ 的闭 环控制 系统如 图 ２ 图 中虚线 部 Ｃ ， 分在 Ｐ Ｃ内。图 中的 ｓ ｖ 、ｅ 、Ｍ 别为模 拟 Ｌ ｐ 、ｐ 分 量 ｓ （ 、 ｖｔ、ｅｔ、 ｐｔ ｐ （ ） ） （ ） ｆ ） 在第 ｎ次采样时的数字量 。
ｊ （ ￣ ｔ ｖ］
Ｌ－ ： ： ＝ 一
的应 用 。
的输 出量 ，ＰＩ 控制器 的输 入输 出关 系为 ： Ｄ
ｒ １ ． ， １ ］
Ｐ Ｄ 控制 器之 所 以得到广 泛应 用是 因为它具 有 Ｉ 如下优点：（ ） １ 不需要精确 的控制 系统 数学模型 ；（ ） ２ 有较 强的灵活 性和适应 性；（ ） Ｉ 控制器 的结构典 ３Ｐ Ｄ 型， 程序设计 简 单， 工程 上易于 实现 ， 参数 调整 方
户 在 使 用 时 只 需 设 置一 些 参 数 ， 使 用 起 来 非 常 方 便 ，
一
业Ｌ——— ——— 酉 雨
— ——
图 １ 连续 闭环控 制 系统 方框 图
假设采样周期为 ，系统开始运行的时刻为 ０ 。 ， 用 矩形积分来 近似精确 积分， 用差分 近似精确 微分， 将 式（ ） １ 离散 化，第 ｎ次采样 时控制器 的输 出为：
关 键 词 闭环控 制 系统 Ｐ Ｄ控 制 器 实现 Ｉ
０引言
在 工 业 生 产 中 ， 常 常 需 要 用 闭 环 控 制 方 式 来 控
制 规律 为基础 ，将 其 数字化 ， 写成离 散形式 的 Ｐ Ｄ Ｉ 控 制 方程 ， 再 根据 离 散 方 程进 行 控 制 程序 设计 。 在连 续 系统 中，典型 的 Ｐ Ｄ 闭环 控制 系统如 图 Ｉ
便 。
（ Ｋ ） Ｊ（ｔ ｄＯａ ｏ ， ｃ Ｏ Ｐ ／ Ｍ ） ＝ ｏａ Ｐ （ｔ ｌ
式 中：
（ １ ）
（） 控 制 器 的 输 出， Ｍ 。 为 为输 出的 初 始 值 ；
Ｐｆ ｓ（ 一ｐ （ 为 误 差信 号 ；Ｋ。 比例 系数 ；Ｔ 为 积 （ ｐ ｔ ） ） Ｖｆ ） 为 ｌ
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ｌ， ａ
闭环控制系统【 Ｐ ｌ 】 Ｉ Ｄ控制器的实王 见
卢建 洲
（ 中国铝业 股份 有 限公 司青 海分 公 司 ， 青海 大通 ８ １ ８） １ ００
［ 摘要］ 介 绍 了Ｐ Ｄ控制 器 的优 点及 数字 闭环控 制 系统 中 Ｐ Ｄ控 制 器的 实现 。 Ｉ Ｉ
下 面 的 程 序 用 来 将 回 路 输 出 转 换 为 对 应 的 实
数： ＭＯ Ｒ Ｖ １８ Ｃ ／ 将 回 路 输 出 送 入 累 加 器 ； Ｖ Ｄ ０ ，Ａ ０／
一
统 ， 它们 的大 小 、范 围 与工 程 单 位 有很 大 的 区 别 。 应用 Ｐ Ｃ 的 Ｐ Ｄ 指令对这 些量进行运 算之前， 必须 Ｌ Ｉ
１ 图 中 ｓ （） 给 定值 ，ｐ （） 反 馈 量 ， ｅｔ为 系 统 。 ｐｔ 是 ｖ ｔ为 （）
制温度 、压 力 、流 量 等连 续变化 的模拟 量 。无论 是 使 用模 拟 控 制 器 的 模 拟 控 制 系 统 还 是 使 用计 算 机 （ 包括 Ｐ Ｃ 的数字 控制 系统，Ｐ Ｄ控制都得到了广泛 Ｌ ） Ｉ
分 时 间常数 ；Ｔ 。为微 分时 间常数 。
１ Ｌ Ｃ实现 ＰＤ控制的方式 Ｐ Ｉ
在数字 控制系统 中，用 Ｐ Ｃ对模 拟量进 行 Ｐ Ｄ Ｌ Ｉ 控制 时 ，通 常可 以采 用 以下几 种 方 法 ： （ ）使用 Ｐ Ｄ过程控制模块 。这种模块 的 Ｐ Ｄ控 １ Ｉ Ｉ 制程序是 Ｐ Ｃ生产厂家设计的，并存放在模块 中，用 Ｌ