2自由度PID調(diào)節(jié)儀在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用

王鴻鈺 陸虹

摘要：在介紹微分先行PID、2自由度PID的基礎(chǔ)上，較詳細(xì)地介紹了BCx2系列調(diào)節(jié)儀在熱分析溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用和2自由度PID系數(shù)的設(shè)定。介紹的內(nèi)容可供相關(guān)的工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：2自由度PID;調(diào)節(jié)儀;熱分析;溫控系統(tǒng)

0引言

PID調(diào)節(jié)技術(shù)已在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。不過，傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)只能設(shè)定一組PID參數(shù)，故又可稱為1自由度PID。實(shí)際的控制系統(tǒng)中，既要求抑制外擾，又對(duì)跟蹤目標(biāo)值有一定要求，而2種工況對(duì)應(yīng)的過程不同，所以需要2組不同的參數(shù)。1自由度PID控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)見圖1（a）、

（b），不可能使外擾抑制特性和目標(biāo)值跟蹤特性同時(shí)最佳。參數(shù)的設(shè)定不得不在兩者之間進(jìn)行折衷。圖1（c）是2自由度PID的控制響應(yīng)，控制效果明顯提高。

表1是日本神港公司通過調(diào)節(jié)PID參數(shù)使外擾抑制特性最佳和目標(biāo)值跟蹤特性最佳的試驗(yàn)結(jié)果。為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)，有必要獨(dú)立設(shè)定兩組參數(shù)。

1微分先行PID

大多數(shù)工業(yè)過程可用一階或二階慣性加滯后描述，PID控制是這類系統(tǒng)中廣泛使用的行之有效的控制技術(shù)。它的輸出u與輸入e的時(shí)域表達(dá)式為

為使控制效果更好，避免設(shè)定值調(diào)整時(shí)微分給過程造成的沖擊，故實(shí)際使用的控制算法一般都對(duì)原算法加以改進(jìn)，微分先行PID算法是很常見的一種。日本神港公司使用的微分先行算法的原理框圖見圖2。它的拉氏變換式為

2 2自由度PID

圖3是日本神港公司2自由度PID控制技術(shù)的原理框圖，它是在微分先行算法的原理框圖上增加了目標(biāo)值濾波器構(gòu)成的。……