智能仪器技术 课件 17 智能仪器的控制算法

智能仪器的控制算法揭秘智能仪器的控制算法加热棒加热至50℃小车加速至50km/h控制算法的作用将需要控制的物理量带到目标附近

预见这个量的变化趋势

消除因为散热、阻力等因素造成的静态误差。两个实例智能仪器的PID算法控制算法的作用需要控制的物理量带到目标附近预见这个量的变化趋势消除因为散热、阻力等因素造成的静态误差。智能仪器的PID算法模拟PID调节器PID调节器是线性调节器，将设定值w与被控参数的实际值y进行比较构成控制偏差e。e=w-y模拟PID控制原理图Ki/s对象+++Kds-weyKp+u比例P积分I微分D线性叠加智能仪器的PID算法PID调节器适用场合不完全了解系统结构和被控对象参数不能得到系统精确的数学模型其他控制理论技术难以采用系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试确定惯性时滞智能仪器的PID算法模拟PID调节器微分方程:输入为误差信号e(t),输出为控制量u(t)。智能仪器的PID算法

(1).比例调节器:

传递函数：

对于具有自平衡的对象(即对阶跃响应终值为有限值的对象)存在静差(稳态误差)，加大比例系数K

可以减小静差，但不能消除。

比例调节作用及时，偏差一旦产生，立即产生控制作用使被控量朝着减小偏差的方向变化。控制规律：保证系统快速性增大比例系数使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差，因此应该将比例系数增加。正确错误AB提交单选题1分智能仪器的PID算法(2).PI调节器控制规律：传递函数：控制器输出的积分项与当前的误差值和过去历次误差值的累加值成正比。---滞后性积分调节作用可以消除比例调节中残存的静差，增大Ti

,将减慢消除静差的过程，但可减小超调和振荡，提高系统的平稳性(相对稳定性)。控制精度智能仪器的PID算法微分调节作用超前，按偏差的变化率产生控制作用，阻止偏差的变化，偏差变化越快校正量则越大，故微分作用的加入有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。(3).PID调节器:控制规律：传递函数：PID的过去、现在和将来现在：P—比例控制系统的响应快速性，快速作用输出。（作用就是“快”）关键字：快速、及时、按比例，提高灵敏度，有偏差精度低。过去：I—积分控制系统的准确性，消除过去的累积误差（清除过去积怨，回到准确轨道）关键字：消除偏差，提高控制精度，改善稳态性能；易振荡，易超调PID的过去、现在和将来将来：D-微分控制系统的稳定性，具有超前控制作用，消除惯性影响（放眼未来，未雨绸缪，稳定发展）关键词：超前，调节系统速度，减少超调，提高稳定性，易被干扰操作人员利用PID的思想手动控制电热炉加热，以下过程相当于PID的哪些环节。（1）当温度实际值与目标值相差加多，操作人员增大调节电位器转角，此环节相当于PID中的[填空1]环节；（2）当温度上升过快但未到达设定值，根据温度变化趋势，操作人员预感温度超过设定值，调节电位器转角，提前减小加热电流，此环节相当于[填空2]

（3）根据当时的误差值，周期性的微调电位器的角度，每次调节的角度增量值与当时的误差值成正比，此环节相当于[填空3]

作答填空题3分智能仪器的PID算法数字PID位置调节器采样周期T足够小u(t)=u(kT)e(t)=e(kT)智能仪器的PID算法数字PID位置调节器缺点：积分项累加误差，随着时间增加，占用内存较多控制信号直接对应执行机构的实际位置，一旦计算机出现故障，控制信号的大幅度变化引起执行机构位置的突变，可能造成重大安全事故。表示执行机构应达到的实际位置智能仪器的PID算法数字PID增量调节器智能仪器的PID算法数字PID增量调节器表示执行机构的调节增量。优点：安全。一旦计算机出现故障，控制指令为零，执行机构的位置（如阀门开度）仍保持前一步位置，不会给被控对象带来较大扰动不需进行累加，仅需最近几次误差采样值缺点：执行机构的实际位置，需用计算机外的其他硬件(如步进电机)实现应用：普遍智能仪器的PID算法如何选择数字PID？带厚度的自动控制系统（AGC）两个PID的选择：位置式？增量式？智能仪器的PID算法PID参数整定方法数字PID控制器需要选择4个主要参数：Kp、TI、TD、T已知被控对象的数学模型，通过理论分析和数字仿真初步确定。工业上，被控对象的数学模型难以准确知道，多采用现场实验整定PID参数，一般仍袭用连续PID控制器参数整定方法常用方法：扩充临界比例度法、

扩充阶跃响应曲线法

试凑法智能仪器的PID算法PID参数整定方法试凑法只整定比例部分。KP由小变大，得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统无静差或静差小到允许范围内，且响应效果良好，只用比例调节器。如果稳态误差不满足要求，加入积分控制。先置TI为一较大值，并将KP减小，然后减小TI

，使系统保持良好动态响应情况下，消除稳态误差。如果PI消除了稳态误差，但动态过程不满意，加入微分环节。逐步增大TD，同时改变KP和TI，获得满意调节效果。

智能仪器的PID算法算法实例简易单回路温度控制器

技术指标：1)设定温度显示、实时温度显示；

2)温度上、下限报警；3)温度上、下限报警值设定；

4)目标温度值设定；

5)放大电路放大倍数设定；

6)PID控制参数的设定；7)手动加热设定值；

8)手动/自动设定；9)温度零点标定；

10)参数保存；11)上位机目标温度值设定；12)上位机实时温度波形曲线图显示智能仪器的PID算法3.算法实例简易单回路温度控制器

根据系统功能要求和技术指标，请设计此控制器的基本硬件框图智能仪器的PID算法算法实例简易单回路温度控制器

温度控制电路单回路温度控制器组成框图智能仪器的PID算法3.算法实例简易单回路温度控制器

10种模式定义模式0：温度设定值和温度实时值显示（前4位数码管显示温度设定值，后4位显示实时温度值）；模式1：设置和显示温度上限报警值（0～1200）；模式2：设置和显示温度下限报警值（0～1200）；模式3：设置和显示温度设定值（0～1200）；模式4：设置实时温度采集放大电路的放大倍数；模式5：设置和显示PID算法中的比例系数（0.00～50.00）；智能仪器的PID算法3.算法实例简易单回路温度控制器

10种模式定义模式6：设置和显示PID算法中的积分系数（0.00～50.00）；模式7：设置和显示PID算法中的微分系数（0.00～50.00）；模式8：设置和显示手动输出值（0～100）模式9：手动/自动切换（1:手动；0:自动）模式10：标定和显示实时温度的零点智能仪器的PID算法3.算法实例10种模式的切换使用菜单模式来切换所有的显示参数，只有在当前模式下才能修改和显示其对应的参数。模式键增加键减少键参数值模式智能仪器的PID算法算法实例AD620测温电路智能仪器的PID算法算法实例温度控制电路加热炉的温度控制可以采用移相控制或周波控制方式。晶闸管晶闸管的触发角来改变晶闸管的导通时间，控制到晶闸管电机端的输出电压调节一定加温时间周期内的供电时间比例控制加热对象在本周期获得的电能。周波控制输出电路怎么把握控制时间的比例？智能仪器的PID算法算法实例简易单回路温度控制器

为什么需要用算法进行温度控制？智能仪器的PID算法采用控制时间比例控制的具体方法：①设定一个标准的加温周期T，以T为周期对温度进行采样，获得温度测量值。②根据设定值和测量值的偏差，进行PID运算。③将PID的输出转换为SSR的通断时间。如果PID的输出为0%，则SSR接通时间为0；如果PID输出为100%,则SSR接通时间为T；如果PID的输出为MV（%），则SSR的接通时间为T*MV。例如：假设T=120s，PID计算结果为90s,则本次2分钟内：加温90s,停30s.智能仪器的PID算法算法实例怎样选择PID的算法？增量式还是位置式？在上次通电时间比例的基础上，还需要增加或减少的通电时间比例。直接设定本周期内要通电多少时间。在温度控制系统中选择“位置式PID”智能仪器的PID算法算法实例PID设计思路1.加热过程没有必要全程PID控制。如：设定目标温度为300℃，在250℃之前全速加温。当达到250℃以后才开始进行PID计算并控制。---加快加温速度。2.设定PID调节时钟（20ms）。PID计算周期为2min，对该周期进行100等分。经PID计算后的输出值（0~10