浅谈工业自动化控制系统中的智能控制

1浅谈工业自动化控制系统中的智能控制——郝庆超在自动化〔automation〕不断完善和开展的今天，自动化水平已经成为衡量企业现代化水平的一个重要标准，而自动化的一个重要分支——工业自动化，更是生产型企业提高生产效率，稳定产品质量的重要手段。我国的自动化开展历程也经历了以“观测〞为主的第一阶段，以“观测〞并“人为反响〞的第二阶段，已经逐渐进入到“自动测量自动反响〞的第三阶段。这些进步，同时需要控制理论和实践的完善，智能控制〔intelligentcontrols〕作为现代控制理论根底上开展起来的新型控制理论，已经广泛应用于各个自动化领域，全自动洗衣机就是典型的智能控制自动化的例子。一个控制系统包括控制器〔controller〕、传感器〔sensor〕、变送器〔transmitter〕、执行机构〔finalcontrollingelement〕、输入输出接口〔I/0interface〕五局部组成。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，这样完成了一次正常的运算控制操作。按照自动控制有无针对对象来划分，自动控制可分为“开环控制〞和“闭环控制〞。区分“开环控制〞和“闭环控制〞最直接的方法是看是否有最终对象的反响，当然这个反响不是人为直观观察的。例如向一个容器里加水，有水位测量设备，水位到达设定的高度，水龙头自动关断，这就是“闭环控制〞；如需人为的看水是否到了设定的高度，而去人为的关水龙头，这就是“开环控制〞。当然，智能控制，目标是不需要人为干预，所以，我们可以简单的认为“开环控制〞是人为干预控制，不能完全表达智能控制的特点，所以在这里不去深究它。“闭环控制〞按照执行机构的不同，可分为“状态闭环控制〞和“调节闭环控制〞。区分“状态闭环控制〞和“调节闭环控制〞的方法是看对执行机构的作用方式，如上例中，如果水龙头是开关两位的，在水位到达设定的高度，自动关断水龙头，那么此为“状态闭环控制〞；如果水龙头是可调节的，根据水位高度的不同，调节水龙头开度的大小，通过加水量的不同，让水位保持平衡，此为“调节闭环控制〞。目前工业自动化控制中，“状态闭环控制〞多用于保护类控制，例如汽机的ETS，锅炉的MFT，化工的ESD，水泵保护等等。其优点是反响比拟快，控制器本身不需要复杂的计算，通过逻辑运算根本可以实现；其缺点是一旦收到的反响信号为假信号，那么按照假信号进行动作，工程上多称之为“误动〞。由于动作迅速〔一般是以“毫秒〞为单位进行计算〕，所以一旦误动产生，无法在执行之前或之中做出人为反响处理，只能事后补救，而一些重要的保护一旦产生误动，其影响和损失都是比拟大的。针对这个问题，根据现场“状态闭环控制〞的重要性和损失性，需要将反响信号进行品质判断处理，判断出信号的真实性，如果是假信号，那么保持原信号不变，不触发执行机构工作，防止误动。而且几乎所有的“状态闭环控制〞都有是否允许执行的开关，即联锁按钮。联锁按钮可根据实际情况，屏蔽控制内容，这样就可以局部的对其进行提前控制，把误动的可能性减到最低。爽“蹦调节奔闭环嚼控制厉〞诸相对性“马状态慈闭环鸣控制假〞纱要复爪杂一袄些，您需要征控制珍器进甩行复较杂的双运算备，计夹算出盐输出糊的结萍果给巩执行盼机构绞，执映行机省构进辜而调棉节被倾调节导对象晨。从刚时间偶上来淹讲，折“宗调节冲闭环峡控制价〞他是不旬间断于的时暮时进贷行计欲算和跃输出溪，浙其周井期决拿定于雀控制炊器的光运算刊周期断。怀“叶调节翅闭环律控制孔〞茫需要韵人为纲或墨通过仍系统挣计算叨给定构一个液被控笋制对基象的用理想室的状移态数屯值绍〔给治定值除年se凝t炮va李lu捧e鼻，简竹写为淡S桌〕销，电控制僵器会比比拟酬实际莲的堂被控锅制对级象的贯数值披〔测欠量值蜂探pr练ac愁ti辅ca姨l摊帆va粒lu雹e禽，简帐写P辽〕药与给央定值骑之间作的偏务差，渐并计沃算出他输出垃到执搅行机堤构的脑值拢〔输助出值橡菌ou标tp溜ut每扇va诸lu铃e刊，简宏写O秋〕葱给执弱行机赴构慨，执嗽行机莲构变缘化，轿使测软量值议改变洒，控变制器住再次它比拟菊测量翻值与犁给定钟值的惊偏差衔〔以往下简品称偏花差〕即，辫进行宰下一甚循环陷的计隙算并威输出耕。笑“乔调节阀闭环纪控制玻〞这一般锄常用税的控美制方选式是勺“景比例竖积分吧微分捧控制式〞叔即馒“怨PI耳D控杂制理〞按或卫“鞠PI永D调得节拳〞痕。头PI雨D控唉制器吊就是耽根据森偏龙差，命利用柄比例息〔逃pr窜op悦or线ti伞on夜al耍〕松、井积分浆〔剂in娃te子gr茶at铅io尖n盲〕克、谨微分窄〔允di逼ff兼er尝en暴ti窄at法io伴n锅〕角计算青出控将制量誉进行播控制艘的。庸PI青D控帅制器绣问世裳至今益已有伞近胖几十良年纪的队历史丈，它勺以其泥结构肢简单订、稳胁定性慈好、鸣工作起可靠削、调换整方嘴便而胞成为登工业抹控制奴的主盆要技剃术之魄一。哭很多积盘装王仪表歪控制马器就炼具备故很好俱的带喘有记天忆功狸能的估PI志D控挣制功砌能。狮“衔调节货闭环武控制帽〞助对丝控制亭系统潜中各限个环谎节设谣备性浊能词的要船求比谅较高喉，趁如对亭执行涝机构阀，弯要求毫执行惑机构雪的线蓝性度逢要高已，不跟能是恼越煌阶假设式傍执行仆。同曲时，片“棋调节纳闭环词控制垫〞钉因为灰是时洲时调迅节控销制，劳所以纽对执别行机焦构的滤机械创局部伟磨损姥比拟皂大，很局部涨的影绸响执休行机徐构的主寿命基。忌在杨“件调节扭闭环技控制浇〞强中，旁对控粒制系盆统的多各个悲局部宇的工钓作状露态也补有所吹要求华，同乔例如威执行西机构险，绞“词调节店闭环丘控制社〞幸要求腥执行卖机构筐是工轰作状园态是煤在奶“冈线性酷区域秋〞壮工作针，而顾不是邻死区胶。所抹谓笔死区响〔访de轻ad通z趣on竖e爬〕，林又称误仪表宋不灵怪敏区邻，是且指做输入股量的惠变化垮不致境引起侍该仪腔表输雄出量岛有任爸何可渣发觉通的变旱化的停有限宫区间矩。例乞如一居个执糊行机焰构，依接收奴4~趴20号mA搭线性赔信号梨，座输出列动作疯是0冷~1撒00崖%的延机械抄力，袋那么渐当输哨入的菜信号紧是4屿.0鞭00顿5m谈A的退时候赴，执悼行机米构是子不动是作的正，捎此时鸣4.辨00还05遮mA它是处剃于执仇行机唉构的慰死区餐内。棋阀门雹是最勾典型爸的执纠行机翼构，殿阀门柔的工篇作特灭性曲攀线图拨〔如税图0笔1〕从表示真出了积阀门锐死区泊与工授作线造性区酸的特胁点。范图中拨Y轴痛代表岂的是扣阀门系输出啄的机桑械动培作，算即实稼际开钱度；资X轴别代表华接受吩到的伍执行雾命令爹大小狐，即药要求誉开度职。锋由昏图为可知斧，阀励门在偶关闭快时刚煎开始端接收胁到开独信号阻时阀语门无垂实际屿动作斯，这州段区旺域即烂是死煌区，子然后候在接与受到包一定德的信缘号值逆后，戚阀门获开始祖大幅驱度动滤作，座然后鄙进入尽到一尾个相煎对平歪缓的予直线麦运行株区域翠，这恶段相秤对平断缓的攻直线广即葛线性摊区荐〔旨li聋ne果ar宣z络on寸e萌〕。横然后谢再经灵过大管幅度歇动作慨区，哀死区干，到别底满亲开度怠。关虫闭小亦然报。实固际方中筹，很持多阀耻门息在实梅际中匀是不锋可能帆完全南到达捆0%询和1幻00纳%开那么度的伍，也练就是卧说0忍%开考度阀御门一边定或斥多或无少有音一些约流量鸡，而紫10扎0%仰开度杏也不线可能输是0两阻力川流动食的。寺了解衬了膊“醒调节刻闭环痛控制孤〞衣的执模行机芬构特沾点，碌之后锈进行类调节伶，筝方法缎多为授PI贺D调防节。洲而P辩ID收调节绍有很铲多计剑算方宰法，寄实际蒜应用睁却多只用尽“涛试凑连法执〞毙，即合先通伐过经旋验预吩设一抬组P死ID肌参数跟值，琴再根咽据实男际效晕果调妙节参杂数值荡，达蛇到预液期的冈目的息。所助以实义际中外主要在调节死什么帅参数谋，如拢何去生调节宁PI创D参软数，忆是最芝直接蚕需要螺掌握张的内饲容。哪首先咬要知槐道所邪调试快的调助节系拒统的戏作用杯方式检，即僚正作北用还绩是反雪作用屯。外如果幻被调纯节对崖象的排测量钓值大乞于给航定值肆，那么抚增大蹲执行掘机构责输出挥值，苹此为滥正作猾用。区反之衰为反汁作用报。脊同一黎个容堤器，维即有晕进水槽阀，养也有史排水热阀，宰被调欧节对而象是初水位恭，那悉么如说水位业高于包期望巧值哥，需略减小信进水务阀的孔开度万，进筒水阀年为反幕作用葱；需律增大着排水讨阀开滑度，坡排水桑阀为硬正作搞用。硬正反植作用织是P致ID林调节肾的基纵础，方是执菠行机过构的晃方向军问题捧，取找对趋了方断向，漫才有除可能武向好惜的调舱节效费果上贪开展乳。恼其次煌要了要解的凤，就酸是P桃、I将、D查的含悉义了荒。比些例、挤积分辩、微西分在饲PI兼D调别节的丙作用练。驻比例练〔P略〕控贪制是午一种刘最简伸单斗、最革根底永的控似制方梯式。库其控咸制器京的输萍出与蹈偏律差信宁号成猴比例丹关系剪。拾比例副控制怀的输勉出曲悬线如摘图0傍2所裙示，浮其猾输出窄是一轮条始仅于原严点的央直线悬，而粮直线潜的斜怎率是踪由比获例增钩益确傍定的肚。调退节的研一方丙面，昼测量搅值梁和去给定利值抗无限趴接近害，即辉偏仗差值膏很小吊越好惊，从丸而满巨足调党节的戴精度颜：另痛一方蜡面，残调节助需要绪具有岗一定负的幅叮度，免以保抢证调头节的看灵敏爬度。挡解决填这一诸矛盾粪的方盟法就财是事智先将脂偏差冲信号摩进行梢放大披。比残例增吸益就尘是用捉来设严置差遗值信套号的纱放大烛系数鞭的。青笼统章的讲舍比例烤增益亏就是跟放大筹倍数郊。挡一般具在初扛次调架试时叮，比怀例增势益可旱按中普间偏许大值灾预置债．待奥设备否运转观时再徐按实沿际情钉况细乌调颜。冤而系宴统柱当仅牺有比端例控差制时尘系统繁输出可存在晨稳态挑误差兰，其呀测量壤值曲级线的慈表现橡是等暗幅炒振荡访。浴积分缸〔I苍〕杂控制领比照式例控话制有芦强烈葡的制麦约效昆应述。鹿对一罚个自袋动控众制系仁统，标如果栗在进摔入稳牢态后林存在侄稳态乘误差纲，那么盏称这过个控检制系开统是吵有稳幅态误壳差的慧或简格称有喷差系版统。者为了宜消除唉稳态撤误差速，在讽控制娱器中紧必须耻引入式“积诵分〞迁。随欠着时舰间的坐增加揭，积答分起作用朽会增巷大。想这样屋，即栗便假设偏扑差很山小，录积分荡也会销随着瘦时间查的增闷加而资加大趋，它暑反向鸡推动报控制炎器的炭输出该，棉使稳两态误伤差减满小，煌直到孙等于常零。拴积分虚曲线铅如图乒03单所示零，玻其作此用方台式是盒只要普有偏虏差，厉，并积且偏柿差在滑允许着偏差女范围挤只外虎，积寄分就甘会起懂作用征，反薪作用醒拉动嚼比例鼠增幅下。反袖之如奉果任无偏话差或叶者偏冈差在境允许资范围陶内，星积分猫作用翻消失姿。调槐节积状分的啊参数货是积查分时诚间，屑由比步例控蛮制可坏知，巴比例笑增益椅越大思，由秘于惯听性粪导致跟“超晒调〞艰，然宾后反凝过来士调整驼，再象次超剃调，巨形成西振荡灭。素引入芦积分须的遵效果洋是，说使经株过比颂例增喉益放瑞大后致的差抹值信扇号在拳积分青时间顾内逐吃渐增牺大，打从而反减缓笼其变来化速睁度，束防止稿振荡认。但波积分献时间杜太长亦，又纯会当门反响赢信号群急剧眨变化前时，浩被控绿物理变量难扁以迅悦速恢膛复。节因此真，积滑分时狐间的悠取值狐与拖槐动系袜统的障时间慨常数爪有关吉：拖糖动系升统的敢时间伏常数凑和鲜积分瓜时间县是成烈正比睡的。森微分咸〔D驾〕控洪制是嘉在调秆节系尺统在返进行确比例损控制盒和积动分控叹制之恼前进窄行的架超前货控制忍，采医用微归分控南制的虎主要首原因前是控着制系堵统中清有滞泥后性醋。系昂统在专比例拘控制柄之后裤，被盆控物傲理量溪值未奇及时填的变争化，没而是别比例劈控制陶超调均的时思候开泄始变寸化，阔此时辞积分宪作用们已不扛能对册比例势进行快很好状的反假设拉动跳作用琴，比语例欧因为庭惯性婚在达男到理熊想输党出时香向反穿方向怎移动挎，无酷限制郊振动畅。这色样就葡需要剖微分铸提前蒜控制笔，微拾分控泛制曲敢线如削图0纠4，龟微分希作用忆是析在比风例控忍制之刺前，伴提前呜输出浇作用砍于被牙控对租象，虹抵消北滞后用时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