PID调节器在闭环控制系统中的应用

PAGE55PAGEIV摘要近年来，伴随着微电子技术，通讯技术，控制技术，计算机技术和软件技术的发展，工业自动化设备的发展突飞猛进。可编程控制器是一种应用非常广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合液位控制的要求。PID闭环控制是控制系统中应用很广泛的一种控制算法，对大部分控制对象都有良好的控制效果。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。PID控制及其控制器已在工程实际中得到了广泛的应用。本文介绍了PID控制技术的基础知识和工作原理，并以由富士变频器、富士PID调节器、台湾亚锐公司可编程控制器（PLC）、压力变送器组成的单闭环控制系统为例，详尽介绍了PID调节器在工程实践中的具体应用。关键词：PID；闭环控制系统；变频器；PLC；压力变送器AbstractIndustrialautomationfacilitieshaveexperiencedarapidgrowthinrecentyearsalongwiththedevelopmentofmicroelectronicstechnology,communicationtechnology,controltechnology,computertechnology,andsoftwaretechnology.PLCisaself-controlfacilitywithwideapplicationprospect,whichintegratestraditionalrelaycontroltechnology,computertechnologyandcommunicationtechnology,havingthefeaturesofhighcontrollability,easyoperation,stability,fitforlongtermcontinuousworkingandsoon.Itmeetsthedemandsofliquidlevelcontrol.PIDclosedcontrolisawidelyusedcontrollingalgorithmincontrolsystem,andhasexcellentcontrollingeffectsonmostofcontrolledobjects.Atpresentthelevelofindustrialautomationhasbecomeanimportantsignofthemodernizationofeveryindustries.PIDcontrolandcontrollersnowhavebeenworkedinawiderangeofengineeringapplications.ThispaperintroducesthebasicknowledgeofPIDcontroltechnologyandtheworkprinciple,andbyFujiinverter,Fuji,PIDregulator,Taiwansharpcompanyprogrammablecontroller(PLC)andsingleclosed-loopcontrolsystemconsistingofpressuretransmitterasanexample,detailedintroducesthePIDregulatorinthespecificapplicationintheengineeringpractice.Keywords:PID；closed-loopcontrolsystem；transducer；PLC；pressuretransmitter目录TOC\o"1-3"\h\u199011引言 13601.1课题研究背景 124491.2PID控制器的发展历史 2141581.3数字PID技术 331682控制系统及PID控制 480602.1控制系统的构成及分类 4265262.1.1开环控制系统 485842.1.2闭环控制系统 4145432.2PID控制 5286972.2.1比例（P）控制 5118492.2.2积分（I）控制 7300102.2.3微分（D）控制 8212053PID控制器基本原理 11158533.1PID控制系统原理图 11244093.2基本原理和特点 12183413.2.1PID调节器的微分方程 1228193.2.2PID调节器的传递函数 12261993.3对控制性能的影响 12218903.4控制规律的选取 13287313.5PID参数整定方法 14256833.5.1经验法 1411443.5.2临界比例度法 1549083.5.3衰减曲线法（阻尼振荡法） 15113473.5.4动态特性参数法 1664113.6PID参数的预置与调整 17211333.7PID算法的离散化 17282784可编程控制器(FAB) 19110404.1FAB简介 19181484.2FAB功能特点及应用范围 19136924.2.1FAB功能特点 19159934.2.2FAB应用范围 2156044.3功能模块概述 2198364.4系统选用型号 2299004.5FAB的编程软件QUICK 22281134.6FAB技术参数 23267214.7FAB性能参数 24209055变频器原理及分类 25286985.1变频器的分类 2657225.2变频器的控制方式 26116645.3变频与变压(VVVF)原理 27240636控制系统主要电气元件选型 29283306.1变频器 2926156.2断路器 30298466.3接触器 31197957PID在系统中的应用 32201557.1实物接线图 32281857.2实验接线电路原理图 3345967.3FAB程序图 3467697.4PID参数设置 35304617.5变频器参数设置 3618621结论 37254致谢 3825771参考文献 395511附录A英文原文 4011191附录B汉语翻译 491引言1.1课题研究背景在工业生产中，常需要用闭环控制方式来实现温度、压力、流量等连续变化的模拟量控制。无论使用模拟控制器的模拟控制系统，还是使用计算机(包括PLC)的数字控制系统，PID控制都得到了广泛的应用。PID控制器是比例－积分－微分控制的简称，具有不需要精确的控制系统数学模型，有较强的灵活性和适应性;结构典型、程序设计简单，工程上易于实现，参数调整方便等优点。积分控制可以消除系统的静差，微分控制可以改善系统的动态相应速度，比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求。PID控制器本身是一种基于对“过去”、“现在”和“未来”信息估计的简单但却有效的控制算法。由于其算法简单、可靠性高等优点，PID控制策略被广泛应用于工业过程控制中，控制系统运行。在计算机技术没有发展的条件下，大量需求的控制对象是一些较为简单的单输入单输出线性系统，而且对这些对象的自动控制要求是保证输出变量为要求的恒值，消除或减少输出变量与给定值之误差、误差速度等[1]。而PID控制的结构正是适合于这种对象的控制要求。另一方面，PID控制结构简单、调试方便，用一般电子线路、电气机械装置很容易实现，在无计算机条件下，这种PID控制比其他复杂控制方法具有可实现的优先条件。即使到了计算机出现的时代，由于被控对象输出信息的获取目前主要是“位置信息”、“速度信息”和部分“加速度信息”，而更高阶的信息无法或很难测量，在此情况下，高维、复杂控制只能在计算方法上利用计算机的优势，而在实际应用中，在不能或难以获得高阶信息的条件下，PID控制器仍是应用的主要方法，任何闭环的控制系统都有它固有的特性，可以有很多种数学形式来描述它，如微分方程、传递函数、状态空间方程等。但这样的系统如果不做任何的系统改造很难达到最佳的控制效果，比如快速性、稳定性、准确性等。为了达到最佳的控制效果，我们在闭环系统的中间加入PID控制器并通过调整PID参数来改造系统的结构特性，使其达到理想的控制效果[2]。总而言之，PID控制器历史悠久，生命力旺盛，并以其独特的优点在工业控制中发挥巨大作用。1.2PID控制器的发展历史在单回路控制系统中，由于扰动作用使被控参数偏离给定值，从而产生偏差。自动控制系统的调节单元将来自变送器的测量值与给定值相比较后产生的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算，并输出统一标准信号，去控制执行机构的动作，以实现对温度、压力、流量、液位及其他工艺参数的自动控制。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器，电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能[15]。PID控制规律做为经典控制理论的最大成果之一，由于其原理简单且易于实现，具有一定的自适应性和鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在工业过程控制中仍被广泛采用[3]。随着现代工业的发展，人们面临的被控对象越来越复杂，对于控制系统的精度性能和可靠性的要求越来越高，这对PID控制技术提出了严峻的挑战，但是PID控制技术并不会过时，它必将和先进控制策略相结合向高精度、高性能、智能化的方向发展[16]。1.3数字PID技术随着微型计算机技术的迅速发展和可靠性的不断提高，计算机参与工业控制不仅成为现实，而且日益广泛地深入到控制技术的各个领域。PID控制技术和微机技术的结合，便形成了数字PID控制技术。PID控制器是控制系统中应用最广泛的一种控制器，在工业过程控制史得到了普遍的应用。过去PID控制器通过硬件模拟实现，但随着微型计算机的出现，特别是现代嵌入式微处理器的大量应用，原先PID控制器中由硬件实现的功能都可以用软件来代替实现，从而形成了数字PID算法，实现了由模拟PID控制器到数字PID控制器的转变。与模拟PID控制器相比数字PD控制器有以下优点：(l)对于具有纯滞后环节的控制对象。采用常规PID调节规律对纯滞后环节进行调节，其效果很不理想。因此，尽管几十年前人们就对纯滞后补偿控制进行了研究并找出了控制规律，但用模拟调节器很难实现复杂的控制规律。用数字PID控制器进行纯滞后补偿控制，则很容易实现复杂的控制规律，从而可保证高精度及其他高性能指标。(2)采用常规模拟调节器与数字调节器可实现PID调节，但为了得到满意的控制效果，有时需要在控制过程中的一段时间内进行PI控制，在一段时间内进行PD控制，或需要在线改变PID参数。在此情况下也只有采用数字PID控制器在线修改控制方案才能轻而易举的达到控制要求。数字PID控制技术有待进一步研究，将自适应、自整定和增益计划设定有机结合，使其具有自动诊断功能；结合专家经验知识、直觉推理逻辑等专家系统思想和方法对原有PID控制器设计思想及整定方法进行改进；将预测控制、模糊控制和PID控制相结合，进一步提高控制系统性能，都是数字PID控制发展的极有前途的方向[17]。其中数字PID有增量式PID控制算法、位置式PID控制算法等几种算法。通过对PID的参数的仿真研究，有助于进一步理会所学知识，加深对课本的掌控能力。2控制系统及PID控制2.1控制系统的构成及分类对控制对象的工作状态能进行自动控制的系统称为自动控制系统，一般由控制器与控制对象组成，控制方式可分为连续控制与反馈控制，即一般所称，开环控制与闭环控制。连续控制系统的输出量对系统的控制作用没有任何影响，也就是说，控制端与控制对象为单向作用，这样的系统亦称开环控制系统。反馈控制是指将所要求的设定值与系统的输出值做比较，求其偏差量，利用这偏差量将系统输出值使其与设定值调为一致。2.1.1开环控制系统开环控制系统(open-loopcontrolsystem)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输入没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路[4]。图2.1开环控制系统框图2.1.2闭环控制系统闭环控制系统(closed-loopcontrolsystem)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈(NegativeFeedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。图2.2闭环控制系统框图2.2PID控制在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的[18]。2.2.1比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-stateerror）。比例电路如图2.3所示：图2.3比例电路图（2.1） （2.2）比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。Epte(t)LKcE0t0t图2.4比例控制器控制特性比例控制器的输出与输入是一一对应的,即不等于零的控制信号，就要求有不等于零的偏差信号。若偏差信号等于零，则控制信号不为零。这样在比例控制系统中，为克服扰动所需要的控制作用，只有当比例控制器的输入信号不为零时才能得到。应用比例控制器构成的控制系统，被控变量总有余差，即当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差[5]。2.2.2积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（SystemwithSteady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。积分电路如图2.5所示：图2.5积分电路图（2.3）（2.4）（2.5）在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。e(t)2Kc1Kc0t0t图2.6积分输出特性对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。2.2.3微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。微分电路如图2.7所示：图2.7微分电路图（2.6）（2.7） （2.8）PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中如公式（2.9）和（2.10）:（2.9）（2.10）公式中U(s)和E(s)分别为u(t)和e(t)的拉氏变换，，，其中、、分别为控制器的比例、积分、微分系数在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。P(t)c(t)ptA(t)00tt图2.8微分输出自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零,即要引入微分作用。以上为三种电路的简单介绍，对于比例、积分、微分三者对于控制系统的具体影响，将在后续章节中提到。3PID控制器基本原理3.1PID控制系统原理图PID控制是比例、积分、微分控制的总体，而各部分的参数、、大小不同则比例、微分、积分所起作用强弱不同。其结构如图3.1所示。KKP/(Tis)被控对象KPKP/(Tds)图3.1典型PID控制系统结构图图3.1所示常规PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，三种参数如果选取合适，可以充分利用三种控制器的优点，同时也可以达到很好的控制效果。稳定性是任何控制系统的基本要求，在时域分析中，系统稳定的充分必要条件是：系统闭环传递函数的所有极点的均具有负实部，或者微分方程式的所有特征根为正。在控制器中仅引入“比例积分”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，积分可以消除余差，但较慢，增加“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调[6]。当有阶跃偏差产生时，微分作用超前动作抑制偏差，同时比例动作作用减小偏差，积分作用最后慢慢地消除偏差。通过三者之间的协调配合，以满足系统质量指标的要求，以满足控制系统的要求。3.2基本原理和特点3.2.1PID调节器的微分方程（3.1）式中3.2.2PID调节器的传递函数（3.2）式中为比例系数，为积分时间常数，为微分时间常数，这三个参数的取值优劣将影响到PID控制系统的控制效果好坏，下面简要介绍下这三个参数对控制性能的影响。3.3对控制性能的影响(l)比例作用对控制性能的影响比例作用的引入是为了及时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，系统偏差一旦产生，调节器立即产生与其成比例的控制作用，以减小偏差。比例控制反映快，但对某些系统，可能存在稳态误差，加大比例系数，系统的稳态误差减小，但稳定性可能变差。.(2)积分作用对控制性能的影响积分作用的引入是为了使系统消除稳态误差，提高系统的无差度，以保证实现对设定值的无静差跟踪。假设系统己经处于闭环稳定状态，此时的系统输出和误差量保持为常值U。和E0，只有当且仅当动态误差e(t)=0时，控制器的输出才为常数。因此，从原理上看，只要控制系统存在动态误差，积分调节就产生作用，直至无差，积分作用就停止，此时积分调节输出为一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数的大小，积分时间常数越小，积分作用越强，反之则积分作用弱。积分作用的引入会使系统稳定性下降，动态响应变慢。实际中，积分作用常与另外两种调节规律结合，组成PI控制器或者PID控制器。(3)微分作用对控制性能的影响微分作用的引入，主要是为了改善控制系统的响应速度和稳定性。微分作用能反映系统偏差的变化律，预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用。直观而言，微分作用能在偏差还没有形成之前，就己经消除偏差。因此，微分作用可以改善系统的动态性能。微分作用的强弱取决于微分时间的大小，越大，微分作用越强，反之则越弱。在微分作用合适的情况下，系统的超调量和调节时间可以被有效的减小。从滤波器的角度看，微分作用相当于一个高通滤波器，因此它对噪声干扰有放大作用，而这是我们在设计控制系统时不希望看到的。所以我们不能一味地增加微分调节，否则会对控制系统抗干扰产生不利的影响。此外，微分作用反映的是变化率，当偏差没有变化时，微分作用的输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。PID控制器由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。3.4控制规律的选取PID控制器参数整定的目的就是按照己定的控制系统，求得控制系统质量最佳的调节性能。PID参数的整定直接影响到控制效果，合适的PID参数整定可以提高自控投用率，增加装置操作的平稳性。对于不同的对象，闭环系统控制性能的不同要求，通常需要选择不同的控制方法，控制器结构等;大致上，系统控制规律的选择主要有下面几种情况：(1)广义控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，应引以微分作用；若工艺允许有余差，可选用比例微分控制规律；若工艺要求无余差时，则选用比例积分微分控制规律。(2)当对象被控通道时间常数较小时，负荷变化也不大，而工艺要求无余差时，可选用比例积分控制规律，如流量控制。(3)当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小时，而工艺要求不高时，可选用比例控制规律，如液位控制。(4)对于一阶惯性加纯滞后对象，如果负荷变化不大，控制要求精度较高，可采用比例积分控制；(5)对于纯滞后时间较大，负荷变化也较大，控制性能要求较高的场合，可采用比例积分微分控制。3.5PID参数整定方法调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论计算法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率特性法来确定调节器的相关参数；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有四种，下面详细介绍一下。3.5.1经验法若将控制系统按照液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，所以无论是控制器的形式还是所整定的参数均可相互参考。表3.1为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按TD=(～)TI计算。表3.1经验法整定参数系统参数δ(%)TI(min)TD(min)温度20～603～100.5～3流量40～1000.1～1压力30～700.4～3液位20～803.5.2临界比例度法这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=∞，TD=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如图3.2所示。根据临界比例度和振荡周期，按表3.2所列的经验算式，求取调节器的参考参数值，这种整定方法是以被控量的动态曲线按4：1衰减为目标[7]。图3.2具有周期TS的等幅振荡表3.2临界比例度法整定调节器参数调节器参数调节器名称δTI(S)TD(S)P2δPI2.2δTS/1.2PID1.6δk0.5TS0.125TS临界比例度法的优点是应用简单方便，但此法有一定限制。首先要生产过程能承受受控变量等幅振荡的波动，其次是受控对象应是二阶以上或具有纯滞后的一阶以上的环节，否则在比例控制下，系统是不会出现等幅振荡的。在求取等幅振荡曲线时，应特别注意控制阀出现开、关的极端状态。3.5.3衰减曲线法（阻尼振荡法）图3.3衰减曲线法图形在闭环系统中，先把调节器设置为纯比例作用，然后把比例度由大逐渐减小，加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程，直至出现图3.3所示的4：1衰减过程为止。这时的比例度称为4：1衰减比例度，用表示之。相邻两波峰间的距离称为4：1衰减周期。根据和，运用表3.3所示的经验公式，就可计算出调节器预整定的参数值。表3.3衰减曲线法计算公式调节器参数调节器名称δ（%）TI(min)TD(min)PδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS3.5.4动态特性参数法所谓动态特性参数法，就是根据系统开环广义过程阶跃响应特性进行近似计算的方法，即根据对象特性的阶跃响应曲线测试法测得系统的动态特性参数（K、T、τ等），利用表3.4所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4：1时调节器的相关参数。如果被控对象是一阶惯性环节，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例度法或阻尼振荡法（4：1衰减）就有难度，此时应采用动态特性参数法进行整定。表3.4经验计算公式调节器参数调节器名称δ（%）TITDP×100%PI1.1×100%3.3τPID0.85×100%2τ0.5τ调节器的参数整定可采用上述任意一种整定方法。3.6PID参数的预置与调整(1)比例增益P比例增益P就是用来设置差值信号的放大系数的。任何一种变频器的参数P都给出一个可设置的数值范围，一般在初次调试时，P可按中间偏大值预置。或者暂时默认出厂值，待设备运转时再按实际情况细调。(2)积分时间如上所述．比例增益P越大，调节灵敏度越高，但由于传动系统和控制电路都有惯性，调节结果达到最佳值时不能立即停止，导致“超调”，然后反过来调整，再次超调，形成振荡。为此引入积分环节I,其效果是，使经过比例增益P放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大(或减小），从而减缓其变化速度，防止振荡。但积分时间I太长，又会当反馈信号急剧变化时，被控物理量难以迅速恢复。因此，I的取值与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，积分时间应短些；拖动系统的时间常数较大时，积分时间应长些。(3)微分时间D微分时间D是根据差值信号变化的速率，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。D的取值也与拖动系统的时间常数有关：拖动系统的时间常数较小时，微分时间应短些；反之，拖动系统的时间常数较大时，微分时间应长些。(4)PID参数的调整原则P、I、D参数的预置是相辅相成的，运行现场应根据实际情况进行如下细调：被控物理量在目标值附近振荡，首先加大积分时间I，如仍有振荡，可适当减小比例增益P。被控物理量在发生变化后难以恢复，首先加大比例增益P，如果恢复仍较缓慢，可适当减小积分时间I，还可加大微分时间D。3.7PID算法的离散化连续控制系统中的模拟PID控制规律为（3.3）式中，u(t)是控制器的输出，e(t)是系统给定量与输出量的偏差，Kp是比例系数，是积分时间常数，是微分时间常数。计算机控制系统中，利用外接矩形法进行数值积分，一阶后向差分进行数值微分，当选定采样周期为T时，有（3.4）为全量输出，它对应于被控对象的执行机构第i次采样时刻应达到的位置，因此，该式称为PID位置型控制算式，其输出值与过去所有状态有关。当执行机构需要的不是控制量的绝对数值，而是其增量时，由上式可导出增量型PID控制算式（3.5）还可写成递推型PID控制算式（3.6）增量型控制算式具有以下优点：1）计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小。2）在i时刻的输出，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差，和前一次的输出值，这大大节约了内存和计算时间。3）在进行手动－自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。4可编程控制器(FAB)4.1FAB简介FAB小巨人智能控制器（系列）是亚锐电子（南京）有限公司推出的一种采用模块编程的新的可编程控制器。FAB系列智能控制器是一种采用功能块编程，并且附有LCD液晶显示面板的智能控制器。它将以往PLC中需要用一大段指令程序才能完成的控制功能换成用一个功能块来实现，若干个功能块按照特定的方式连接在一起即可完成较为复杂的控制功能，从而将编程工作大大滴简化。FAB系列智能控制器的应用极为广泛，可用于机械设备自动化配套、流程控制、楼宇自动控制等各个领域，它真正使得自动控制走进生活的每个空间。FAB智能控制器是一种新型的可编程控制器，它采用功能块FBD的方式编写程序，比起传统PLC编程（梯形图和指令）方式[8],更为简单,易学。在系列产品的设计思想中，将传统分离式PLC中的控制器主机与写入器合而为一，在LCD面板上，可以直接编程，从而大大降低使用者的成本投入，并且为操作者带来极大的方便。系列产品体积小，重量轻，特别适合内藏安装使用。另外，FAB系列智能控制器可实现近程和远程的通讯联网和监控，使得小小机身更具强大功能。并且FAB还可与语音模块联合使用，可实现电话遥控、语音提示以及自动拨打电话号码之功能。目前，FAB的使用己经遍布工业、农业、家庭自动化控制等各个方面，真正的无所不在。4.2FAB功能特点及应用范围4.2.1FAB功能特点（1）可拆卸式代液晶显示屏编程面板FAB正面是一块带液晶显示屏的操作面板，可直接通过该面板上的操作键来为FAB编辑控制程序；而且该液晶显示面板是可拆卸式的，可根据需要灵活设置，当需要时，可将其插上，不需要时，可将其拔出以一块普通面板替代之，这样将大幅度降低使用成本。（2）精致小巧的造形（3）采用逻辑块编程，程序存储容量大FAB用一个功能模块来实现以往PLC需要一大段程序才能实现的控制功能，将若干个功能模块按照一定的方式连接起来，就能够完成较为复杂的控制功能。最多可容纳127个功能模块组成的程序的存储，有足够您实现繁杂控制要求的使用资源，并且程序一经写入，将永远不会丢失。（4）免费的编程软件QUICKII除了可以直接在液晶显示面板上为FAB编程外，还可利用编程软件即QUICKII在电脑上编程，然后将程序烧录入FAB的存储器，QUICKII是一种极为友好的人机编程界面，它不但可以进行功能图的编辑，而且可在电脑上模拟运行所编写的程序，提供给使用者一个离线测试的功能，避免在线测试的众多不便。QUICKII除了可引导您轻松完成控制程序的编辑外，还可对现场环境和的运行情况进行实时监测。（5）实时钟功能FAB系列智能控制器具有实时钟记录功能，可以按照任何需要的时间表计时运行，实时时钟的计时精度为秒，使时间控制更准确无误。而且可以设定多达127个不同的时间段，特别适合于需要时间控制的系统。（6）模拟量输入、传输FAB除了可接收开关量的输入外，还可接收模拟量输入，完成对温度、湿度、压力、流量、液位等的控制，并且可远程传输到PC机，进行监视。（7）可通过MODEM进行远程编程与数据采集监控当需要为相距甚远的FAB控制器编写和修改程序时，只需要将连接上MODEM通过电话线即可完成，并且也可通过MODEM进行数据采集和实时监控。（8）安全密码锁功能FAB本身对所编写的程序具有绝对的保密性，在烧录程序前可设定自己的密码，只有在输入了正确的密码后方可对程序进行修改。（9）电话遥控及自动拨号功能FAB配有电话、语音功能模块，可通过电话线直接拨号（预先设定电话号码，当条件满足时，FAB可自动拨号）,从而实现通知或者报警的功能；而且FAB也可接收通过电话线传来的远程信号，以控制终端设备。（10）语音功能FAB首次将语音的录制和播放功能应用于自动控制器行业，创造出会说话的智能控制器，完成语音提示的功能。（11）联网功能FAB具有联网功能，能够使多达255台的FAB通过485总线组成一个网络，在同一个PC上进行实时监控。如果进行串口扩展，则网络将是无限的。（12）FAB—SCADA监控功能。（13）增添了中间继电器，使得能简单处理更加复杂的控制要求。4.2.2FAB应用范围1.自动门控制2.自动照明3.智能小区楼宇监控4.喷泉系统5.防盗保全系统6.工业自动化7.机床自动化8.水处理自动化9.锅炉自动控制10.路灯自动控制11.工厂学校广播铃声控制12街头霓红灯控制13.跨城市的远程监控14农业灌溉激光照控制15.隧道自动调光控制4.3功能模块概述FAB采用功能模块编程方式，共设置二十种功能模块，每种模块都能够独立完成特定的控制功能，如延时接通，延时断开，开馆时间设定，计数器功能等。若干个模块按照一定的方式连接起来，即可完成较为复杂的控制功能，比通常的PLC指令编程简单直观。FAB功能模块的编辑操作数有如下类型可供选择：（1）输入端选择：I1~IC(输入端口)，Q1~Q8(输出端口)、M00~M126（中间继电器）、HI（高电位状态）、LO（低电位状态）、X（无输入连接）、P0~P9(电话的双音频脉冲)；（2）输出端的选择：Q1~Q8（输出端口）、M00~M126(中间继电器)。4.4系统选用型号系统选取型号为：AF—20MR—A.此型号为交流供电，数字量输入，12点AC输入，8点继电器输出，外型美观、小巧，功能全面、操作简单、方便、易学。图4.1FAB可编程控制器4.5FAB的编程软件QUICKQUICK是配合FAB主机，在PC上执行的编程和模拟软件。它除了能够完成FAB控制程序（功能块图）的编写外，还可以在PC上模拟运行所编写的程序D的运行情况，并且将运行的结果清楚地显现出来，以测试所编写程序的正确性。另外，QUICK可以实现FAB的近程和远程的通讯，可以将编好的程序烧录到FAB主机的EEPROM之中，永远不会丢失。4.6FAB技术参数FAB技术参数如表4.1所示：表4.1FAB技术参数项目技术指标输出接点容量10A编程模块数量127模块种类127程序存储容量64Kbit中间继电器数量127计时器个数127计数器个数127实时钟功能时间段127输入方式交直流输入均可输出方式晶体管、继电器输入定义号I9-I1,IA,IB,IC,ID输出定义号Q1-Q8输入电压AC85V-AC240V/DC24V输入端高电位电压范围A≥80V输入端低电压范围A≤40V4.7FAB性能参数FAB性能参数如表4.2所示：表4.2FAB性能参数性能特征性能参数工作温度0℃-55℃储存/运输-40℃-70℃防护等级IP20干扰抑制符合EN55011（B级）绝缘强度符合IEC1131尺寸90*126*58（单位：毫米）实时时钟精度误差最大±5S/day认证CE认证安装35mm标准的DIN导轨或螺钉固定安装电源额定电压AC100-240VAC220V功耗5W波动电压允许范围AC85-265V允许主频率47-63Hz数字量输入信号0：AC0-40V，输入电流：〈0.1mA，信号1：AC80-240V，输入电流：〈0.２mA数字量输出类型继电器输出电器隔离有每组点数1连续电流最大值10A机械开关频率10Hz感性/阻性负载开关频率0.5Hz/2Hz5变频器原理及分类变频器的功能是将频率固定的(通常为50Hz)的交流电变换成频率连续可调的三相交流电源。变频器的输入端接至频率固定的三相交流电，输出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电[9]。变频器主要分为间接变频和直接变频两大类，而间接变频又根据中间直流环节的主要储能元件的不同可分为电压型和电流型。电压型变频器主回路由相控整流器，中间直流环节和逆变器三个部分组成。相控整流器将交流电压整流为可控的直流电压，经滤波由电容Cd输出直流电压Ud，逆变器将直流Ud变换成频率可调的交流电源供给电机进行变频调速。由于中间直流环节是Cd低阻抗输出相当于是恒压源，故称电压型。电流型交-直-交变频器与电压型变频器的差别仅在于中间直流环节中的储能元件是电感而不是电容。由于中间直流环节是高阻抗输出相当于电流源，故称电流型。迄今为止，在中小容量变频器中应用得最为广泛的是交-直-交电压型变频器，它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在整流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。其工作可分为两个基本过程：先将电源的三相交流电经整流桥整流成直流电。(2)再把直流电逆变成频率任意可调的三相交流电，所谓“逆变”过程，就是若干个开关器件长时间不停息地交替导通和关断的过程，使两相间的电压为交变电压。在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。速度检测电路：以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、plg等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。5.1变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等[10]。5.2变频器的控制方式在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。(1)V/f控制V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。(2)转差频率控制转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。(3)矢量控制矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种[11]。(4)直接转矩控制直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。(5)最优控制最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。5.3变频与变压(VVVF)原理当在实际利用变频器调节电机转速的过程中，当频率f下降时，定子绕组的反电动势E有所下降，定子电流增大，但是转子侧的负载并未增加，故转子段电流不变，根据电流平衡方程可知，励磁电流比增大，因而磁通φm增大。φm增加将导致铁芯的饱和，进而引起励磁电流波形的畸变，这是不希望的结果，因此希望φm可以保持基本不变。要实现这个目标，只要在变频过程中使变频器输出电压Ul/f=const，则磁通φm可保持基本不变。因此变频的同时也要变压，常用VVVF表示[12]。VVVF实施的基本方法包括：脉幅调制(PAM)和脉宽调制(PWM)和正弦脉宽调制(SPWM)[13]。（1）脉幅调制(PAM)实现方法就是调节频率的同时，也改变直流电压的振幅值。PAM需要同时调节两个部分：整流部分和逆变部分，两者之间还必须满足一定的关系，故控制电路比较复杂，因此比较少用。（2）脉宽调制(PWM)它是通过输出方波的占空比来改变等效的输出电压。实现方法就是在每半个周期内，把输出电压的波形分割成若干个脉冲波，每个脉冲的宽度为t1，每个脉冲间的间隔宽度为t2，则脉冲的占空比Υ=tl/(t2+tl)。这时电压的平均值和占空比成正比，所以在调节频率时，不改变直流电压的幅值，而是改变输出电压脉冲的占空比，同样可以实现变频也变压的效果。（3）正弦脉宽调制(SPWM)在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，如果脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律分布，便是正弦脉宽调制(SWPM)。当正弦值较大时，脉冲宽度和占空比都大；而当正弦值较小时，脉冲宽度和占空比都小。SPWM的显著优点是：由于电动机的绕组具有电感性，因此，尽管电压是由一系列的矩形脉冲构成的，但通入电动机的电流却和正弦波十分接近[14]。6控制系统主要电气元件选型6.1变频器图6.1富士FRN2.2G1S-4C型变频器富士变频器是世界知名的变频器之一，由富士电机株式会社生产，在世界各地占有率比较高。FRN2.2G1S-4C使用pg反馈卡（选件）构成带pg反馈的矢量控制系统，实现更高性能、更高精度的运行。-速度控制范围：1：1200-速度控制精度：±0.02%-速度响应：40hz电动机低转速时脉动大大减小动态转矩矢量控制。采用动态转矩矢量控制，结合富士专有的数字avr，实现电动机低转速（1hz）运行时的转速脉动比以前机种减小1/2以上。（2）新方式在线自整定系统，在电动机运行过程中常时进行自整定，常时核对电动机特性变化，实现高精度速度控制。（3）第2电动机亦有自整定功能，1台变频器切换运行2台电动机时，保证2台电动机都能高精度运行。优良的环境兼容性。（4）采用低噪声控制电源系统，大大减小对周围传感器等设备的噪声干扰影响。（5）标准装有连接抑制高次谐波电流的dc电抗器端子。（6）连接选件emc滤波器后，能符合欧洲emc指令。节能功能的提高。（7）标准设有风机、泵等最佳自动节能运行模式。采用使电动机损耗降至最小的新控制方式，取得更好的节能效果。6.2断路器当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将QF切断，使变频器与电源隔离。当变频器输入侧发生短路等故障时，进行保护。图6.2德力西DZ47断路器选择原则(1)变频器在刚接电源的瞬间，对电容器的充电电流可达额定电流的（2-3）倍。(2)变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常可能超过额定电流。(3)变频器允许的过载能力为150%，1min。为了避免误动作，断路器的额定电流应选：(6.1)其中为变频器的额定电流。

DZ47系列小型断路器（以下简称断路器）是一种具有过载与短路双重保护的限流型高分断小型断路器，适用于交流50Hz/60Hz，额定工作电压230V/400V，额定电流至63A及以下的电路中，作为线路过载和短路保护之用。

产品符合GB10963和IEC60898-1标准。6.3接触器图6.3德力西接触器德力西CDC1系列交流接触器主要用于交流50Hz(或60Hz)、额定工作电压至660V,额定工作电流至370A的电力系统中接通和分断电路,并可与适当的热过载继电器或电子式保护装置组合成电磁起动器,以保护可能发生过载的电路。(1)主要作用：可通过按钮开关方便地控制变频器的通电与断电；变频器发生故障时，可自动切断电源。(2)选择原则：由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题，故选择原则是主触点的额定电流。7PID在系统中的应用7.1实物接线图控制系统实物连线图如图7.1所示；显示及操作面板如图7.2所示。图7.1实物连线图图7.2显示及操作面板7.2实验接线电路原理图主电路接线原理图如图7.3所示；PLC及控制回路接线原理图如图7.4所示。图7.3主电路接线原理图图7.4控制回路接线图7.3FAB程序图FAB程序图如图7.5所示。图7.5FAB程序图7.4PID参数设置PID参数设置如表7.1所示：表7.1PID参数设置参数显示符号设定值内容说明STBYOFF待机设定LACH0解除报警锁定AT0自动整定停止TM-10定时器1显示AL-110设定报警1的动作值LOC0指定可变更参数P45比例带I15积分时间D0微分时间HYS1双位动作时旳滞后范围CTrLPID控制方式P-n216输入种类的设定P-SL0量程下限设定P-SU100量程上限设定P-dP0小数点位置设定PVOF0PV偏置P-dF5输入滤波器常数ALM15报警种类1P-n115控制动作指定SV-L0SV下限限制器设定SV-H100SV上限限制器设定dLy10报警1延时ON设定A1hY1报警1滞后设定A1oP000报警1选项设定AdJO-4PID较零7.5变频器参数设置变频器参数设定如表7.2所示：表7.2变频器参数设定功能代码设定值内容说明F012频率设定1F021运行操作D0350.0最高输出频率1F0450.0基本频率1F05380额定电压1F0710.0加速时间1F0810.0减速时间1结论PID闭环控制是控制系统中应用很广泛的一种控制算法，对大部分控制对象都有良好的控制效果。由富士变频器FRN2.2G1S-4C、水泵电机、富士PI调节器PXR5/9、台湾亚锐公司可编程控制器FAB系列AF-20MR-A、压力变送器组成的单闭环控制系统具有较高的自动化程度。通过对其主电路﹑控制电路的设计，变频器参数的选定，PID参数的整定以及对可编程控制器控制程序的编写，经过调试，系统运行状态良好，具有良好的稳定性、安全性和节能性。致谢首先衷心的感谢我的论文指导老师石征锦老师。在我做毕业设计的过程中得到了石老师的悉心指导。从设计的开始到论文的定稿，整个过程处处凝结着老师的心血。并在整个论文实验和论文写作过程中，对我进行了耐心的指导和帮助，提出严格要求，引导我不断开阔思路，为我答疑解惑，鼓励我大胆创新，使我在这一段宝贵的时光中，既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态，又培养了良好的实验习惯和科研精神。在此，我向我的指导老师表示最诚挚的谢意！在这半年的毕业设计的过程中，我还得到了本组同学、本班同学的大力帮助，我们一起学习，一起探讨问题、解决问题，特别感谢合作组员的热心协助。当我遇到困难时，他们给了我许多好的建议和无私的帮助。在此，对所有给予我帮助的同学表示衷心的感谢。最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师!参考文献[1]李元春.计算机控制系统[M].第2版.北京:高等教育出版社,2009:109-110[2]杨英云.PID过程控制简析[J].河北化工,29(8),2004:46-48[3]陶永华.新型PID控制及应用[M].北京:机械工业出版社，2006[4]王万良.自动控制原理[M].北京:高等教育出版社,2008:5-6[5]金以慧.过程控制[M].第1版.北京:清华大学出版社，1993：55-57[6]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,1992:10-19[7]邵裕森,戴先中.过程控制工程[M].北京:机械工业出版社,2007:166-169[8]吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004[9]陈伯时，陈敏逊.交流变频调速系统[M].北京：机械工业出版社，1998[10]姚锡禄.变频器控制技术入门与应用实例[M].北京:中国电力出版社,2009:14-40[11]魏连荣.变频器应用技术及实例解析[M].北京:化学工业出版社，2008:73-133[12]李良仁,王兆晶.变频调速技术与应用[M].北京:电子工业出版社,2004:87-94[13]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].第2版.北京:机械工业出版社,2002:244[14]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].第3版.北京:机械工业出版社,2006:153[15]Eker，lyas．Operat]onandcontrolofawatersupplysystem．ISATransactions．2003，2(3)：461-473[16]JZouA．P．Energy—savingDesJgnforFrequencyControlandConstantPressureWaterSupplySysteminResiden￡ialArea．chinawaterandwastewater,2003．9(8)：7B-7B．[17]KJASTROM,THAGGLUND.PIDContorller,2Edition[M].ResearchTrianglePark,NotthCarolina:InstrumentSocietyofAmerica.1995.[18]S.Z.HE,H.S.TAN,L.F.XU.FuzzySelf-tuningofPIDControllers[J].FuzzySetandSystem.1993,56(2).附录A英文原文PIDControl1IntroductionThePIDcontrolleristhemostcommonformoffeedback.Itwasanessentialelementofearlygovernorsanditbecamethestandardtoolwhenprocesscontrolemergedinthe1940s.Inprocesscontroltoday,morethan95%ofthecontrolloopsareofPIDtype,mostloopsareactuallyPIcontrol.PIDcontrollersaretodayfoundinallareaswherecontrolisused.Thecontrollerscomeinmanydifferentforms.Therearestandalonesystemsinboxesforoneorafewloops,whicharemanufacturedbythehundredthousandsyearly.PIDcontrolisanimportantingredientofadistributedcontrolsystem.Thecontrollersarealsoembeddedinmanyspecialpurposecontrolsystems.PIDcontrolisoftencombinedwithlogic,sequentialfunctions,selectors,andsimplefunctionblockstobuildthecomplicatedautomationsystemsusedforenergyproduction,transportation,andmanufacturing.Manysophisticatedcontrolstrategies,suchasmodelpredictivecontrol,arealsoorganizedhierarchically.PIDcontrolisusedatthelowestlevel;themultivariablecontrollergivesthesetpointstothecontrollersatthelowerlevel.ThePIDcontrollercanthusbesaidtobethe“breadandbutterofcontrolengineering.Itisanimportantcomponentineverycontrolengineer’stoolbox.PIDcontrollershavesurvivedmanychangesintechnology,frommechanicsandpneumaticstomicroprocessorsviaelectronictubes,transistors,integratedcircuits.Themicroprocessorhashadadramatici