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關(guān)于PID系列儀表的人工智能控制算法
作者：
時(shí)間：2013-05-04
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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P為速率參數
P與每個(gè)控制周期內儀表輸出變化100%時(shí)測量值對應變化的大小成反比，其數值定義如下：
P=100÷每秒鐘被控參數的變化值，單位是℃或10個(gè)定義單位(線(xiàn)形輸入時(shí))。
例如電爐溫度控制，如果儀表以100%功率加熱，并假設沒(méi)有散熱，電爐每秒升高1℃時(shí)，則P=100÷1=100
在實(shí)際應用時(shí)，因為沒(méi)有散熱的前提條件是無(wú)法滿(mǎn)足的，所以，用人工的方式確定P的最佳值是不可能的，因此，一般利用自整定方法確定P的最佳值，P值對調節中的比例和微分均有作用。P值越大，比例、微分作用成正比增加，而P值越小，比例、微分作用相應減弱。P參數與積分作用無(wú)關(guān)。
T為滯后時(shí)間參數
T定義為某電爐以某功率開(kāi)始升溫，當其升溫速率達到最大值的63.5%時(shí)所需要的時(shí)間，T值單位是秒(s)。引入參數T并正確設置時(shí)可以完全解決溫度控制的超調現象及振蕩現象，同時(shí)使控制響應速度最佳。
T值的變化，可對調節作用中的比例和微分起作用，T值越小，比例作用越強，微分作用越弱。T值越大，則比例作用減弱，微分作用增強。如果T≤CT1(控制周期)，則微分作用被完全取消，這時(shí)，系統的調節規律將成為比例或比例積分調節規律。
自適應功能
對于許多復雜的調節對象，例如電爐溫度控制中的電網(wǎng)電壓變化、外界干擾因素和工作環(huán)境多變等，針對有嚴重非線(xiàn)形的控制對象，國外儀表公司也推出了不少對策和方法。例如，日本導電公司生產(chǎn)的儀表中，采用了多組算法；歐陸和歐姆龍儀表中采用了自適應功能；KMM智能調節儀表中采用了折線(xiàn)模塊來(lái)適應系統的非線(xiàn)性；還有的儀表公司在儀表中采用辯識方法來(lái)提高儀表在非線(xiàn)性系統中的調節質(zhì)量。
在系列儀表中，針對有嚴重中非線(xiàn)性的控制對象，選擇了自適應方式來(lái)解決。其改進(jìn)的特點(diǎn)是：當控制偏差大于估計的誤差時(shí)，自適應系統不是修改MPT參數(國外儀表的自適應功能是修改控制參數)，而是修改輸出值來(lái)降低誤差。雖然修改范圍有限，但不會(huì )出現將原來(lái)正確控制參數改錯的現象，使響應速度加快，使控制精度大大提高。
模糊控制技術(shù)
所謂模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機智能化數字控制方法。該方法無(wú)需建立對象的精確數學(xué)模型，并且具有適應性好，算法簡(jiǎn)易實(shí)現和容易操作等特點(diǎn)。
在控制誤差很大時(shí)，用公式調節輸出沒(méi)有太大意義，相反容易帶來(lái)積分飽和一類(lèi)的問(wèn)題，即使使用MPT算法，如果控制參數設置不準，也可能出現積分飽和或過(guò)積分的現象。所以，儀表引入模糊控制規則確定輸出，將取得理想的控制效果。在誤差較大時(shí)，儀表的PID算法沒(méi)有啟動(dòng)，因此，儀表中的人工智能算法能夠獲得更為平滑的控制曲線(xiàn)。
專(zhuān)家自整定系統
由上面可知，系列儀表中的人工智能控制算法，已將常規的PID控制參數改成MPT參數，為了方便操作人員確定MPT參數，引入了一套自整定專(zhuān)家系統。由于MPT參數是面向被控對象進(jìn)行描述的，所以，其自適應及自整定都比常規的PID參數來(lái)的簡(jiǎn)單，并且準確。一般情況下，如果自整定操作正確，成功率幾乎為100%。
自整定過(guò)程是采用位式控制來(lái)進(jìn)行系統調節的，系統振蕩后，根據其周期確定滯后時(shí)間參數T，根據振蕩幅度，可確定速率參數P。參數M一般不易直接確定，對于溫度，一般假設其零輸出時(shí)測量值為25℃，根據振蕩時(shí)輸出值可確定出參數M。對于線(xiàn)性輸入，以其刻度范圍作為M值?？梢?jiàn)，參數P和T可以通過(guò)自整定獲得最佳值，而參數M只能是大致的。另外，如果系統的速率參數或滯后時(shí)間很長(cháng)時(shí)，自整定也可能加大控制周期(CT1)值，以使系統符合實(shí)際的控制對象要求。系列儀表中引入專(zhuān)家自整定系統后，不僅降低了操作人員的勞動(dòng)強度，方便了操作，而且進(jìn)一步提高了控制系統的控制質(zhì)量。
使用價(jià)值
系列儀表與同類(lèi)進(jìn)口儀表價(jià)格相差2～3倍，其性能并不遜色國外儀表。即使同國內同類(lèi)儀表相比其價(jià)格與性能也有很大優(yōu)勢。筆者第一次用該系列儀表是1997年為哈爾濱電機股份有限公司多種事業(yè)部?jì)膳_砂輪片燒結爐。該爐為硅碳棒電加熱爐，要求按工藝曲線(xiàn)程序控制，控溫精度±5℃，采用蘇州特種變壓器廠(chǎng)生產(chǎn)的TSH—100/0.5磁性調壓器及控制系統。廠(chǎng)家選用控溫儀表基于國外產(chǎn)品，為了降低費用，決定用系列儀表替代，該儀表為30段程序智能控制，當時(shí)售價(jià)僅1500元/臺。第一次運行時(shí)，啟用自整定功能，便較快的找到了最佳的MPT參數，保溫時(shí)控制精度達到±1℃。理想的控制效果使得在以后儀表的選用時(shí)對系列儀表情有獨鐘?，F在該類(lèi)儀表在功能上又進(jìn)一步，其型號也略有改變。分簡(jiǎn)易、智能型兩大類(lèi)，智能型儀表不僅具有故障自檢和參數鎖定功能，而且選用了高抗干擾和高可靠性結構，所以，系統出現故障時(shí)，能及時(shí)查出故障，予以排除，大大提高了控制系統的可靠性和安全性。(end)
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