一種無(wú)超調鈍角拐點(diǎn)的PlD溫控設計

3 無(wú)超調PID溫控設計性能指標
無(wú)超調PID溫控設計的主要性能指標：從自控理論上講，本系統的溫控本質(zhì)屬于非線(xiàn)性系統，時(shí)域上的不確定因素復雜多變，判斷其性能指標綜合體現在以下幾個(gè)通用的方面。
3．1 穩定性
穩定性是對控制系統的基本要求，按自適應PID控制算法系統的穩定性要求是指系統的狀態(tài)、輸入、輸出和參數等變量在各種條件的變動(dòng)下總是有界的，即控制算法的校正下，誤差經(jīng)閉環(huán)調節后有界收斂。本系統中，可編程控制器采用的是Siemens Smatic S7-200 PLC，系統中的相關(guān)變量均做過(guò)歸一化處理，即數字量的引用均標準化在0．0～1．0之間，因而，在系統溫控過(guò)程中是收斂有界的，同時(shí)，在對實(shí)時(shí)數據的檢測、辨識、決策過(guò)程中，在程序內對所有參量均設有上下限的識別，從而有效保證了執行結果的穩定。
3．2 可維性
本系統的可維性主要指的是軟件維護及操作者應用的便利程度，因在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品的規格、型號是多樣化的，因而，在溫控過(guò)程中與之相對應的PID參數亦需要相應的變動(dòng)。在該系統中的人機界面中，通過(guò)控制組態(tài)，由操作者輸入產(chǎn)品的規格編號后，在控制組態(tài)中自動(dòng)調用配方數據來(lái)初始化PID的基礎參數；另一方面，本系統的軟件無(wú)論是組態(tài)編程還是PLC編程，均采用模塊化結構，因而，系統程序的修改、維護極為便利。依照自控系統的一般規則，系統運行的過(guò)程數據均實(shí)時(shí)采集、記錄到數據庫中，可實(shí)時(shí)為產(chǎn)品生產(chǎn)加工質(zhì)量的追溯提供源資料。
3．3 魯棒性(Robust)
如前所述，本溫控系統的被控對象是電磁感應加熱源的功率輸出，在實(shí)際的現場(chǎng)環(huán)境中，電磁場(chǎng)強的干擾及各類(lèi)機電設備的運行對PID控制均存在種種已知或未知的擾動(dòng)，解決此方面的問(wèn)題除了在硬件上要采取相應的措施外，在PID溫控的設計方面，通過(guò)應用上述各種參量限定辨識后，在實(shí)際的生產(chǎn)運行中均保證了系統的工作穩定，在相鄰機電設備或變頻電源的啟停擾動(dòng)下不敏感。

4 結論
4．1 無(wú)超調PID沮控實(shí)驗效果
經(jīng)上述改進(jìn)后的PID控制算法在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的運行中有效解決了原溫控的難點(diǎn)，其控制效果如圖6所示。圖6(a)的曲線(xiàn)是采用改進(jìn)PID溫控算法前的溫控曲線(xiàn)，圖6(b)的溫控曲線(xiàn)是本文所論述的PID算法所實(shí)時(shí)記錄的溫控效果，其中難得的是在變溫拐點(diǎn)處的控制為理想的鈍角，整體溫控效果與預定的溫度趨向基本吻合，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中與以往相比，既避免了因欠溫而造成的返工現象，又消除了因過(guò)溫產(chǎn)生的廢品，有效地提高了產(chǎn)品熱處理的質(zhì)量。

4．2 無(wú)超調PID溫控的設計結論
現代控制理論中，在經(jīng)典PID控制理論的基礎上衍生的控制理念層出不窮，諸如神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、模糊PID控制算法等比比皆是，但若要在生產(chǎn)實(shí)踐中選取理想的控制算法，就必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行反復地調整和修改，不拘泥于理論參數或方法限制，根據工程經(jīng)驗，直接在控制系統的試驗中進(jìn)行篩選組合出適合實(shí)際的控制算法，使系統達到最優(yōu)化的運行狀態(tài)。雖然在本項目的PID算法取得了預期的效果，但實(shí)際運行在各溫度段的PID參數是在調試中獲取，并針對各型號的產(chǎn)品規格在上位組態(tài)中以配方的形式給定，如此則使得前期調試頗為繁瑣，因而，在參量自適應的智能化設計方面還有待于進(jìn)一步的探索與實(shí)踐。