PDF《一种 PID 自整定温度控制器及实现》

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) 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 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 (G UI) .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. 同时 GENIE 3.

0 提出的图形设计器 (Display Designer) 使用户可以很方便地设计各种显示界 面 ,它的实时系统 (Runtime) 实时性能好、 消耗低. GENIE 3.

0 的特点是它的开发与运行在不同的环 境中 ,抢先多任务实时操作系统具有相当高的速 度 ,开发环境完全采用面向对象的图形编程方式 , 直观易用. 本文抛砖引玉 ,针对炉温的控制.它是一种 简单的单输入单输出控制 ,多输入多输出的情况 类似 , GENIE 3.

0 原则上可有不受限制的输入输 出 ,可以进行复杂的控制.

2 自整定理论 2.

1 继电振荡 PID 参数自整定 根据 K.J . Astrom 提出的继电振荡法 ,本文所 用自整定系统框图如图

1 所示 ,自整定过程如图

2 所示. 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( j ω) = - π, Ku =

4 d/ π A = 1/ G( j ω) (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 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 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 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) 计算 PID 参数. 表1Z2N PID 参数整定表 调节器 Kp Ti Td P 0.