關(guān)于PID系列儀表的人工智能控制算法
加入技術(shù)交流群
P為速率參數(shù)
P與每個(gè)控制周期內(nèi)儀表輸出變化100%時(shí)測(cè)量值對(duì)應(yīng)變化的大小成反比，其數(shù)值定義如下：
P=100÷每秒鐘被控參數(shù)的變化值，單位是℃或10個(gè)定義單位(線形輸入時(shí))。
例如電爐溫度控制，如果儀表以100%功率加熱，并假設(shè)沒(méi)有散熱，電爐每秒升高1℃時(shí)，則P=100÷1=100
在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，因?yàn)闆](méi)有散熱的前提條件是無(wú)法滿足的，所以，用人工的方式確定P的最佳值是不可能的，因此，一般利用自整定方法確定P的最佳值，P值對(duì)調(diào)節(jié)中的比例和微分均有作用。P值越大，比例、微分作用成正比增加，而P值越小，比例、微分作用相應(yīng)減弱。P參數(shù)與積分作用無(wú)關(guān)。
T為滯后時(shí)間參數(shù)
T定義為某電爐以某功率開(kāi)始升溫，當(dāng)其升溫速率達(dá)到最大值的63.5%時(shí)所需要的時(shí)間，T值單位是秒(s)。引入?yún)?shù)T并正確設(shè)置時(shí)可以完全解決溫度控制的超調(diào)現(xiàn)象及振蕩現(xiàn)象，同時(shí)使控制響應(yīng)速度最佳。
T值的變化，可對(duì)調(diào)節(jié)作用中的比例和微分起作用，T值越小，比例作用越強(qiáng)，微分作用越弱。T值越大，則比例作用減弱，微分作用增強(qiáng)。如果T≤CT1(控制周期)，則微分作用被完全取消，這時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律將成為比例或比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。
自適應(yīng)功能
對(duì)于許多復(fù)雜的調(diào)節(jié)對(duì)象，例如電爐溫度控制中的電網(wǎng)電壓變化、外界干擾因素和工作環(huán)境多變等，針對(duì)有嚴(yán)重非線形的控制對(duì)象，國(guó)外儀表公司也推出了不少對(duì)策和方法。例如，日本導(dǎo)電公司生產(chǎn)的儀表中，采用了多組算法；歐陸和歐姆龍儀表中采用了自適應(yīng)功能；KMM智能調(diào)節(jié)儀表中采用了折線模塊來(lái)適應(yīng)系統(tǒng)的非線性；還有的儀表公司在儀表中采用辯識(shí)方法來(lái)提高儀表在非線性系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)質(zhì)量。
在系列儀表中，針對(duì)有嚴(yán)重中非線性的控制對(duì)象，選擇了自適應(yīng)方式來(lái)解決。其改進(jìn)的特點(diǎn)是：當(dāng)控制偏差大于估計(jì)的誤差時(shí)，自適應(yīng)系統(tǒng)不是修改MPT參數(shù)(國(guó)外儀表的自適應(yīng)功能是修改控制參數(shù))，而是修改輸出值來(lái)降低誤差。雖然修改范圍有限，但不會(huì)出現(xiàn)將原來(lái)正確控制參數(shù)改錯(cuò)的現(xiàn)象，使響應(yīng)速度加快，使控制精度大大提高。
模糊控制技術(shù)
所謂模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)智能化數(shù)字控制方法。該方法無(wú)需建立對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，并且具有適應(yīng)性好，算法簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn)和容易操作等特點(diǎn)。
在控制誤差很大時(shí)，用公式調(diào)節(jié)輸出沒(méi)有太大意義，相反容易帶來(lái)積分飽和一類的問(wèn)題，即使使用MPT算法，如果控制參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)，也可能出現(xiàn)積分飽和或過(guò)積分的現(xiàn)象。所以，儀表引入模糊控制規(guī)則確定輸出，將取得理想的控制效果。在誤差較大時(shí)，儀表的PID算法沒(méi)有啟動(dòng)，因此，儀表中的人工智能算法能夠獲得更為平滑的控制曲線。
專家自整定系統(tǒng)
由上面可知，系列儀表中的人工智能控制算法，已將常規(guī)的PID控制參數(shù)改成MPT參數(shù)，為了方便操作人員確定MPT參數(shù)，引入了一套自整定專家系統(tǒng)。由于MPT參數(shù)是面向被控對(duì)象進(jìn)行描述的，所以，其自適應(yīng)及自整定都比常規(guī)的PID參數(shù)來(lái)的簡(jiǎn)單，并且準(zhǔn)確。一般情況下，如果自整定操作正確，成功率幾乎為100%。
自整定過(guò)程是采用位式控制來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)的，系統(tǒng)振蕩后，根據(jù)其周期確定滯后時(shí)間參數(shù)T，根據(jù)振蕩幅度，可確定速率參數(shù)P。參數(shù)M一般不易直接確定，對(duì)于溫度，一般假設(shè)其零輸出時(shí)測(cè)量值為25℃，根據(jù)振蕩時(shí)輸出值可確定出參數(shù)M。對(duì)于線性輸入，以其刻度范圍作為M值?？梢?jiàn)，參數(shù)P和T可以通過(guò)自整定獲得最佳值，而參數(shù)M只能是大致的。另外，如果系統(tǒng)的速率參數(shù)或滯后時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，自整定也可能加大控制周期(CT1)值，以使系統(tǒng)符合實(shí)際的控制對(duì)象要求。系列儀表中引入專家自整定系統(tǒng)后，不僅降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，方便了操作，而且進(jìn)一步提高了控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。
使用價(jià)值
系列儀表與同類進(jìn)口儀表價(jià)格相差2～3倍，其性能并不遜色國(guó)外儀表。即使同國(guó)內(nèi)同類儀表相比其價(jià)格與性能也有很大優(yōu)勢(shì)。筆者第一次用該系列儀表是1997年為哈爾濱電機(jī)股份有限公司多種事業(yè)部?jī)膳_(tái)砂輪片燒結(jié)爐。該爐為硅碳棒電加熱爐，要求按工藝曲線程序控制，控溫精度±5℃，采用蘇州特種變壓器廠生產(chǎn)的TSH—100/0.5磁性調(diào)壓器及控制系統(tǒng)。廠家選用控溫儀表基于國(guó)外產(chǎn)品，為了降低費(fèi)用，決定用系列儀表替代，該儀表為30段程序智能控制，當(dāng)時(shí)售價(jià)僅1500元/臺(tái)。第一次運(yùn)行時(shí)，啟用自整定功能，便較快的找到了最佳的MPT參數(shù)，保溫時(shí)控制精度達(dá)到±1℃。理想的控制效果使得在以后儀表的選用時(shí)對(duì)系列儀表情有獨(dú)鐘。現(xiàn)在該類儀表在功能上又進(jìn)一步，其型號(hào)也略有改變。分簡(jiǎn)易、智能型兩大類，智能型儀表不僅具有故障自檢和參數(shù)鎖定功能，而且選用了高抗干擾和高可靠性結(jié)構(gòu)，所以，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能及時(shí)查出故障，予以排除，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。(end)
評(píng)論