智能控制在溫度調節儀中的應用

1 引言
溫度是工業(yè)控制中很重要的參量,溫度控制有很多方式。而利用VB語(yǔ)言進(jìn)行智能調節儀溫控系統的通訊和控制算法的開(kāi)發(fā)使得系統的開(kāi)發(fā)、維護和擴展都十分方便,可操作性更強。
本設計采用計算機進(jìn)行溫度控制,涉及到計算機與智能調節儀的雙向通信,智能PID算法和分段PID控制算法的應用[1]。計算機對溫度變送器輸入信號進(jìn)行處理后與設定溫度值進(jìn)行比較,并進(jìn)行P、I、D參數運算,然后送給智能調節儀進(jìn)行調節,輸出信號對可控硅調壓模塊進(jìn)行控制,從而改變加熱功率以達到控制溫度的目的。

2 控制算法設計
智能PID算法:由于被控對象的數學(xué)模型難以建立,常規的PID控制無(wú)法滿(mǎn)足要求,引入智能控制的概念,提出一種符合要求的智能PID控制算法。圖1為智能PID控制的一般系統結構圖[2]。

分段模糊PID控制算法:模糊PID控制器以誤差E和誤差變化作為輸入,可以滿(mǎn)足不同時(shí)刻的E和對PID參數自整定的要求,并利用模糊控制規則在線(xiàn)對PID參數進(jìn)行修改。
2.1 智能PID算法設計

式中參數P,I,D分別為調整系數[3]。
設定二個(gè)誤差界限
(1) 當時(shí),說(shuō)明誤差在向誤差絕對值增大方向變化。
1) 如果說(shuō)明盡管誤差向絕對值增大的方向變化,但誤差絕對值本身并不大,控制器實(shí)施一般的控制作用,控制器輸出為:

2) 如果說(shuō)明誤差較大,加強比例環(huán)節的作用,以達到并迅速減小誤差絕對值的目的,控制器輸出為:

為放大系數。
當或者時(shí),說(shuō)明誤差的絕對值向減小的方向變化,或者已經(jīng)到達平衡狀態(tài)。此時(shí)保持控制器輸出不變

(3)，說(shuō)明誤差處于極值狀態(tài)。
1) 如果誤差的絕對值較大,即，實(shí)施較強的控制作用。

此時(shí)式中為增益系數。
2) 如果誤差的絕對值較小,即實(shí)
施較弱的控制作用。

此時(shí)為抑制系數,
3) 時(shí),說(shuō)明溫度誤差的絕對值已經(jīng)很大。此時(shí)無(wú)論誤差變化趨勢如何,控制器都應按最大(或最小)輸出,以達到迅速調整誤差的目的,使誤差絕對值以最大速度減小。
式中為放大系數。
分段PID算法主要思想是以誤差E和誤差變化作為輸入,可以滿(mǎn)足不同時(shí)刻的E和對PID參數自整定的要求[4]。
圖2是一種分段PID控制方案。設開(kāi)始時(shí)在點(diǎn)O處,期望位置是點(diǎn)T,　誤差可能到達的最大負偏差位置點(diǎn)是N,把OT分成OA、AS和ST三段,把TN分成TS′、S′A′和A′N(xiāo)三段,在這里, |OA|=|A′N(xiāo)|,|AS|=|S′A′|, |ST|=|TS′|。在每一段實(shí)施不同的控制方案,分別對應于以下的3點(diǎn)自整定要求。

(1) 在OA和A’N段, E較大,為使系統具有良好的快速跟蹤性能,避免因E瞬間變化大而引起微分飽和,應取較大的與較小的同時(shí)為避免系統響應出現較大的超調,應對積分作用加以限制,通常取根據實(shí)際情況也可直接采取P控制。