智能控制在溫度調節(jié)儀中的應用

1 引言
溫度是工業(yè)控制中很重要的參量,溫度控制有很多方式。而利用VB語言進行智能調節(jié)儀溫控系統(tǒng)的通訊和控制算法的開發(fā)使得系統(tǒng)的開發(fā)、維護和擴展都十分方便,可操作性更強。
本設計采用計算機進行溫度控制,涉及到計算機與智能調節(jié)儀的雙向通信,智能PID算法和分段PID控制算法的應用[1]。計算機對溫度變送器輸入信號進行處理后與設定溫度值進行比較,并進行P、I、D參數運算,然后送給智能調節(jié)儀進行調節(jié),輸出信號對可控硅調壓模塊進行控制,從而改變加熱功率以達到控制溫度的目的。

2 控制算法設計
智能PID算法:由于被控對象的數學模型難以建立,常規(guī)的PID控制無法滿足要求,引入智能控制的概念,提出一種符合要求的智能PID控制算法。圖1為智能PID控制的一般系統(tǒng)結構圖[2]。

分段模糊PID控制算法:模糊PID控制器以誤差E和誤差變化作為輸入,可以滿足不同時刻的E和對PID參數自整定的要求,并利用模糊控制規(guī)則在線對PID參數進行修改。
2.1 智能PID算法設計

式中參數P,I,D分別為調整系數[3]。
設定二個誤差界限
(1) 當時,說明誤差在向誤差絕對值增大方向變化。
1) 如果說明盡管誤差向絕對值增大的方向變化,但誤差絕對值本身并不大,控制器實施一般的控制作用,控制器輸出為:

2) 如果說明誤差較大,加強比例環(huán)節(jié)的作用,以達到并迅速減小誤差絕對值的目的,控制器輸出為:

為放大系數。
當或者時,說明誤差的絕對值向減小的方向變化,或者已經到達平衡狀態(tài)。此時保持控制器輸出不變

(3)，說明誤差處于極值狀態(tài)。
1) 如果誤差的絕對值較大,即，實施較強的控制作用。

此時式中為增益系數。
2) 如果誤差的絕對值較小,即實
施較弱的控制作用。

此時為抑制系數,
3) 時,說明溫度誤差的絕對值已經很大。此時無論誤差變化趨勢如何,控制器都應按最大(或最小)輸出,以達到迅速調整誤差的目的,使誤差絕對值以最大速度減小。
式中為放大系數。
分段PID算法主要思想是以誤差E和誤差變化作為輸入,可以滿足不同時刻的E和對PID參數自整定的要求[4]。
圖2是一種分段PID控制方案。設開始時在點O處,期望位置是點T,　誤差可能到達的最大負偏差位置點是N,把OT分成OA、AS和ST三段,把TN分成TS′、S′A′和A′N三段,在這里, |OA|=|A′N|,|AS|=|S′A′|, |ST|=|TS′|。在每一段實施不同的控制方案,分別對應于以下的3點自整定要求。

(1) 在OA和A’N段, E較大,為使系統(tǒng)具有良好的快速跟蹤性能,避免因E瞬間變化大而引起微分飽和,應取較大的與較小的同時為避免系統(tǒng)響應出現較大的超調,應對積分作用加以限制,通常取根據實際情況也可直接采取P控制。