一種無超調(diào)鈍角拐點的PlD溫控設計

3 無超調(diào)PID溫控設計性能指標
無超調(diào)PID溫控設計的主要性能指標：從自控理論上講，本系統(tǒng)的溫控本質(zhì)屬于非線性系統(tǒng)，時域上的不確定因素復雜多變，判斷其性能指標綜合體現(xiàn)在以下幾個通用的方面。
3．1 穩(wěn)定性
穩(wěn)定性是對控制系統(tǒng)的基本要求，按自適應PID控制算法系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求是指系統(tǒng)的狀態(tài)、輸入、輸出和參數(shù)等變量在各種條件的變動下總是有界的，即控制算法的校正下，誤差經(jīng)閉環(huán)調(diào)節(jié)后有界收斂。本系統(tǒng)中，可編程控制器采用的是Siemens Smatic S7-200 PLC，系統(tǒng)中的相關變量均做過歸一化處理，即數(shù)字量的引用均標準化在0．0～1．0之間，因而，在系統(tǒng)溫控過程中是收斂有界的，同時，在對實時數(shù)據(jù)的檢測、辨識、決策過程中，在程序內(nèi)對所有參量均設有上下限的識別，從而有效保證了執(zhí)行結(jié)果的穩(wěn)定。
3．2 可維性
本系統(tǒng)的可維性主要指的是軟件維護及操作者應用的便利程度，因在實際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的規(guī)格、型號是多樣化的，因而，在溫控過程中與之相對應的PID參數(shù)亦需要相應的變動。在該系統(tǒng)中的人機界面中，通過控制組態(tài)，由操作者輸入產(chǎn)品的規(guī)格編號后，在控制組態(tài)中自動調(diào)用配方數(shù)據(jù)來初始化PID的基礎參數(shù)；另一方面，本系統(tǒng)的軟件無論是組態(tài)編程還是PLC編程，均采用模塊化結(jié)構(gòu)，因而，系統(tǒng)程序的修改、維護極為便利。依照自控系統(tǒng)的一般規(guī)則，系統(tǒng)運行的過程數(shù)據(jù)均實時采集、記錄到數(shù)據(jù)庫中，可實時為產(chǎn)品生產(chǎn)加工質(zhì)量的追溯提供源資料。
3．3 魯棒性(Robust)
如前所述，本溫控系統(tǒng)的被控對象是電磁感應加熱源的功率輸出，在實際的現(xiàn)場環(huán)境中，電磁場強的干擾及各類機電設備的運行對PID控制均存在種種已知或未知的擾動，解決此方面的問題除了在硬件上要采取相應的措施外，在PID溫控的設計方面，通過應用上述各種參量限定辨識后，在實際的生產(chǎn)運行中均保證了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定，在相鄰機電設備或變頻電源的啟停擾動下不敏感。

4 結(jié)論
4．1 無超調(diào)PID沮控實驗效果
經(jīng)上述改進后的PID控制算法在實際生產(chǎn)過程的運行中有效解決了原溫控的難點，其控制效果如圖6所示。圖6(a)的曲線是采用改進PID溫控算法前的溫控曲線，圖6(b)的溫控曲線是本文所論述的PID算法所實時記錄的溫控效果，其中難得的是在變溫拐點處的控制為理想的鈍角，整體溫控效果與預定的溫度趨向基本吻合，在實際生產(chǎn)過程中與以往相比，既避免了因欠溫而造成的返工現(xiàn)象，又消除了因過溫產(chǎn)生的廢品，有效地提高了產(chǎn)品熱處理的質(zhì)量。

4．2 無超調(diào)PID溫控的設計結(jié)論
現(xiàn)代控制理論中，在經(jīng)典PID控制理論的基礎上衍生的控制理念層出不窮，諸如神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊PID控制算法等比比皆是，但若要在生產(chǎn)實踐中選取理想的控制算法，就必須通過工程實際進行反復地調(diào)整和修改，不拘泥于理論參數(shù)或方法限制，根據(jù)工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行篩選組合出適合實際的控制算法，使系統(tǒng)達到最優(yōu)化的運行狀態(tài)。雖然在本項目的PID算法取得了預期的效果，但實際運行在各溫度段的PID參數(shù)是在調(diào)試中獲取，并針對各型號的產(chǎn)品規(guī)格在上位組態(tài)中以配方的形式給定，如此則使得前期調(diào)試頗為繁瑣，因而，在參量自適應的智能化設計方面還有待于進一步的探索與實踐。