球磨機(jī)給礦控制策略研究設(shè)計(jì).doc

球磨機(jī)給礦控制策略研究設(shè)計(jì) 第 62 頁摘 要本文研究課題為球磨機(jī)給礦控制系統(tǒng)策略研究。本文介紹了酒鋼選礦廠磨球機(jī)給礦控制，主要從控制原理，工藝過程，磨礦分級過程，特別是對于磨球機(jī)給礦pid控制策略,控制系統(tǒng)組態(tài),plc軟件等方面做了詳細(xì)的敘述。磨礦是粉碎過程的最后一階段，在此階段，顆粒是靠沖擊和摩擦兩者聯(lián)合作用而破碎的；或是干磨，或是水懸浮液中濕磨。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：整個(gè)設(shè)計(jì)采用了集散控制系統(tǒng)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，上位機(jī)采用組態(tài)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，下位機(jī)采用可編程控制器plc進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集.關(guān)鍵詞：組態(tài)王，可編程控制器 ，pid控制器，系統(tǒng)仿真abstractthe research topics is the ball mill to the mine control systems strategy study. this introduced jiugang plants ball mill plane to the mine control, mainly , the control theory, processes, milling classification process, especially for the plane to the mine ball mill pid control strategy, king view control systems, plc software done a detailed description. milling process is the final stage smash, at this stage, particles rely on the joint role of both the impact and friction broken; or dry mill or water suspended in liquid shimo. systems design : the design adopted distribution control system for control of the entire system, king view software higher plane used for real-time monitoring, members of the plc controller using a field programmable data collection.keyword: king view, plc, pid, system simulation目錄1 緒論11.1 課題來源與背景12 球磨生產(chǎn)及工藝22.1 球磨機(jī)簡介22.1.1 球磨機(jī)22.1.2 工作原理22.1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)32.1.4 用途和適用范圍32.1.5 技術(shù)指標(biāo)32.2 磨礦工藝簡介32.2.1 工藝介紹32.2.2 球磨控制系統(tǒng)：42.3 球磨系統(tǒng)各個(gè)部分選定52.3.1 球磨系統(tǒng)輸出/輸入?yún)?shù)選擇52.3.2 控制器的選擇52.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇62.3.4 檢測裝置62.3.5 回路選擇63 球磨給礦控制設(shè)計(jì)83.1球磨機(jī)濃度自動(dòng)控制83.2 pid控制概況93.2.1 pid控制的原理93.2.2 pid控制的特點(diǎn)103.3 pid控制的理論分析113.4 pid控制器的參數(shù)整定133.4.1 pid控制器的參數(shù)整定方法133.4.2 本次設(shè)計(jì)用的整定方法144 系統(tǒng)仿真154.1電振系統(tǒng)仿真164.1.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立164.1.2 控制算法的確立及初步整定174.1.3 該環(huán)節(jié)的系統(tǒng)仿真及參數(shù)修正204.1.4 本節(jié)小結(jié)275 組態(tài)285.1 組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景285.2 組態(tài)王組態(tài)軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景295.3 組態(tài)王的優(yōu)點(diǎn)295.4組態(tài)王的工作原理315.5 認(rèn)識組態(tài)王程序組成員325.6組態(tài)王監(jiān)控畫面制作335.6.1 創(chuàng)建應(yīng)用程序335.6.2 進(jìn)入開發(fā)環(huán)境345.6.3 創(chuàng)建窗口345.6.4 創(chuàng)建圖形對象345.6.5 制作動(dòng)畫鏈接355.6.6 腳本語言365.6.7主操作畫面376 可編程序控制器plc396.1 plc的簡介396.1.1 可編程控制器的產(chǎn)生396.1.2 可編程控制器的發(fā)展與展望406.1.3 可編程控制器的特點(diǎn)426.1.4 plc的構(gòu)成436.2 控制系統(tǒng)plc程序設(shè)計(jì)456.2.1 plc的工作原理456.2.2 plc的編程語言486.2.3 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則486.2.4 plc控制器設(shè)計(jì)的基本步驟486.2.5 程序設(shè)計(jì)506.3 pid指令編程547 總結(jié)57參 考 文 獻(xiàn)58致 謝591 緒論球磨系統(tǒng)是粉碎工藝中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)中，在現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)等方面起著重要作用。 進(jìn)入20世紀(jì)以來，球磨系統(tǒng)這一學(xué)科得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著檢測手段的進(jìn)步，人們應(yīng)用定量技術(shù)，電子顯微技術(shù)和x射線等揭示出更加精密的檢測技術(shù)，對球磨以及給礦的一些基礎(chǔ)理論的研究發(fā)揮了巨大的作用。為了適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)的要求，對控制策略提出了更高的要求。計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)的發(fā)展，也帶動(dòng)了球磨設(shè)備及監(jiān)測儀器的智能化，使得球磨的工藝的參數(shù)的控制更精確更合理?，F(xiàn)代球磨新技術(shù)廣泛得到應(yīng)用。磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)主要用于冶金、水泥、電力等行業(yè)球磨機(jī)的自動(dòng)控制，它能提高選廠球磨設(shè)備自動(dòng)化程度，提高球磨機(jī)處理量，減少脹肚恢復(fù)時(shí)間，保證磨礦濃度、溢流濃度和粒度的合格率。磨礦作業(yè)投資大，生產(chǎn)成本高，它決定著選礦廠的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。磨礦自動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)可以穩(wěn)定生產(chǎn)，提高選礦過程作業(yè)指標(biāo)，節(jié)能降耗。因此，在選礦生產(chǎn)作業(yè)中，磨礦分級居首要地位,是選礦廠最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。1.1 課題來源與背景酒鋼選礦廠現(xiàn)有22座100立方米豎爐、8個(gè)磨礦系列、10臺shp3200型強(qiáng)磁選機(jī)、5臺50米濃縮機(jī)，18臺過濾機(jī)及配套的礦石輸送和動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)，形成塊礦還原焙燒磁選和粉礦強(qiáng)磁選兩大生產(chǎn)工藝流程，設(shè)計(jì)年處理原礦500萬噸，2005年預(yù)計(jì)處理鐵礦石511萬噸、生產(chǎn)鐵精礦266萬噸。本次擴(kuò)能改造方案設(shè)計(jì)處理鐵礦石為650萬噸，年生產(chǎn)鐵精礦為333萬噸。增加的主要設(shè)備有：4臺100立方米的雙層燃燒室豎爐；4臺直徑為3235的球磨機(jī)；9臺slon2000型高梯度強(qiáng)磁選機(jī)；6臺旋流器機(jī)組；2座25米高效濃縮大井等。根據(jù)酒鋼選礦擴(kuò)建自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的硬軟件。我小組負(fù)責(zé)球磨機(jī)給礦控制策略。2 球磨生產(chǎn)及工藝2.1 球磨機(jī)簡介2.1.1 球磨機(jī)磨礦工藝使用最廣泛的是園筒型磨礦機(jī)，在園筒內(nèi)裝入一定數(shù)量的不同形狀和大小的研磨體(或磨礦介質(zhì))，例如:球，棒，短園柱，或較大的礦石,礫石等；被磨的物料(礦石)裝入園筒后,筒體以一定的速度旋轉(zhuǎn)，使研磨體被帶動(dòng)而產(chǎn)生沖擊和研磨作用，達(dá)到把物料磨碎的目的。如圖2.1所示。圖2.1 球磨機(jī)2.1.2 工作原理球磨機(jī)的工作原理是在起轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)部裝有一定數(shù)量的研磨介質(zhì)-鋼球，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋼球在離心力和摩擦力的作用下，被轉(zhuǎn)動(dòng)著的筒體提升到一定高度，由于自身重力的作用而下落，進(jìn)入筒體的礦石或各種適磨物料在下落的鋼球的沖擊和研磨作用下形成粉末。臥式筒形旋轉(zhuǎn)裝置，外沿齒輪傳動(dòng)，物料由進(jìn)料裝置經(jīng)入料中空軸螺旋均勻地進(jìn)入磨機(jī)第一倉，該倉內(nèi)有階梯襯板或波紋襯板，內(nèi)裝不同規(guī)格鋼球，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力將鋼球帶到一定高度后落下，對物料產(chǎn)生重?fù)艉脱心プ饔?。物料在第一倉達(dá)到粗磨后，經(jīng)單層隔倉板進(jìn)入第二倉，該倉內(nèi)鑲有平襯板，內(nèi)有鋼球，將物料進(jìn)一步研磨。粉狀物通過卸料板排出，完成粉磨作業(yè)。2.1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由給料部、出料部、回轉(zhuǎn)部、傳動(dòng)部（減速機(jī)，小傳動(dòng)齒輪，電機(jī)，電控）等主要部分組成。中空軸采用鑄鋼件，內(nèi)襯可拆換，回轉(zhuǎn)大齒輪采用鑄件滾齒加工，筒體內(nèi)鑲有耐磨襯板，具有良好的耐磨性。本機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠。2.1.4 用途和適用范圍磨礦是粉碎過程的最后一階段，球磨機(jī)是物料被破碎之后，再進(jìn)行粉碎的關(guān)鍵設(shè)備。在此階段，顆粒是靠沖擊和摩擦兩者聯(lián)合作用而破碎的；或是干磨，或是水懸浮液中濕磨。球磨機(jī)適用于粉磨各種礦石及其它物料。它廣泛應(yīng)用于水泥，硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷、選礦、建材及化工等生產(chǎn)行業(yè)，對各種礦石和其它可磨性物料進(jìn)行加工?？煞譃楦珊蜐袷絻煞N磨礦方式。根據(jù)排礦方式同，可分格子型和溢流型兩種。2.1.5 技術(shù)指標(biāo)球磨機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)是：臺時(shí)處理量，磨礦濃度，溢流濃度和粒度。這些指標(biāo)除了受原礦的礦質(zhì)，粒度影響以外，排礦水量，返砂水量，球荷球比，球磨機(jī)充填率是影響球磨機(jī)技術(shù)指標(biāo)的主要參數(shù)。它們之間是彼此制約，互相聯(lián)系的。返砂水量和排礦水量的配比直接影響球磨機(jī)的臺時(shí)處理量，磨礦粒度，溢流濃度和粒度的大小，而水量的大小是受原礦的礦質(zhì)及礦量的大小影響的，礦質(zhì)不同，排礦水量與返砂水量不同。2.2 磨礦工藝簡介 2.2.1 工藝介紹球磨是冶金行業(yè)選礦過程中一個(gè)復(fù)雜而又重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，礦石在球磨機(jī)內(nèi)受鋼球的作用被研磨成粒度在幾十m左右的細(xì)礦。生產(chǎn)過程中，要實(shí)時(shí)監(jiān)控給礦量、給水量以及加球量等諸多因素，才能達(dá)到最佳的磨機(jī)生產(chǎn)率，而影響磨機(jī)生產(chǎn)率的主要操作因素是球磨機(jī)的磨礦濃度。 磨礦工藝中，礦石經(jīng)破碎（一般在十幾毫米以下）經(jīng)過豎爐焙燒系統(tǒng)后被送到圓筒料倉，再送入球磨機(jī)進(jìn)行研磨。球磨過程中需要補(bǔ)加水和鋼球，研磨后的礦漿給入分級機(jī)進(jìn)行分級。分級返礦（粗礦）返回球磨機(jī)進(jìn)行再磨，合格礦漿（細(xì)礦）溢流送入下道作業(yè)工序。整個(gè)工藝流程如圖2.2所示。圖2.2 球磨工藝流程圖2.2.2 球磨控制系統(tǒng)：球磨控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)給礦量及磨礦濃度的閉環(huán)控制，達(dá)到控制磨礦粒度的目的。 整個(gè)工程如圖2.3所示。圖2.3 球磨給礦系統(tǒng)圖2.3 球磨系統(tǒng)各個(gè)部分選定一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口執(zhí)行機(jī)構(gòu)加到被控系統(tǒng)上控制系統(tǒng)的被控量經(jīng)過傳感器變送器通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)其傳感器變送器執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。2.3.1 球磨系統(tǒng)輸出/輸入?yún)?shù)選擇工藝要求按一般工作能力在一個(gè)小時(shí)要求下礦60噸（考慮最大工作能力要求下礦100噸）磨礦需要加有一定比例的水，以保證75%的濃度。因此此系統(tǒng)是通過實(shí)現(xiàn)對給料量，給水量的控制從而實(shí)現(xiàn)對球磨濃度的控制。以保證磨礦的濃度，從而滿足工藝要求。由此可確定被控量是給礦量，給水量。輸入給定是75%的濃度值，輸出是滿足要求的礦。2.3.2 控制器的選擇目前，pid控制及其控制器或智能pid控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的pid控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有pid參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator)，其中pid控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)。有利用pid控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)pid控制功能的可編程控制器(plc)，還有可實(shí)現(xiàn)pid控制的pc系統(tǒng)等等。 可編程控制器(plc) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn)pid控制功能。pid控制器原理易懂，操作易實(shí)現(xiàn)pid控制具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，故選pid控制。2.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇控制系統(tǒng)的被控量經(jīng)過傳感器變送器通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。 在球磨系統(tǒng)中，由儲料倉下料通過電振均勻下料，為使下料均勻選用電振作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.3.4 檢測裝置選用核子秤，電磁流量計(jì)。核子秤測出給礦量，電磁流量計(jì)測水量。皮帶核子秤信號要進(jìn)入控制系統(tǒng)中來，用于檢測磨機(jī)給礦量的瞬時(shí)值和累計(jì)處理量。 2.3.5 回路選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。（1）開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量返送回來以形成任何閉環(huán)回路。（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋( negative feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)回路能夠測量反饋給輸入，進(jìn)行調(diào)節(jié)達(dá)到良好的控制效果。因此選用閉環(huán)。得到控制框圖2.4圖2.4 控制框圖（1） 圖2.4 控制框圖（2）3 球磨給礦控制設(shè)計(jì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對球磨機(jī)給礦控制系統(tǒng)，即按一般工作能力在一個(gè)小時(shí)要求下礦60噸（考慮最大工作能力要求下礦100噸）加一定比例的水，以保證75%的濃度。因此此系統(tǒng)是通過實(shí)現(xiàn)對給料量，給水量的控制從而實(shí)現(xiàn)對球磨濃度的實(shí)現(xiàn)。以保證75%的濃度，從而滿足工藝要求?？刂扑枷耄荷衔粰C(jī)使用組態(tài)王，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。下位機(jī)采用智能模塊plc。3.1球磨機(jī)濃度自動(dòng)控制 磨礦濃度以球磨機(jī)中礦石的重量占整個(gè)礦漿重量的百分?jǐn)?shù)表示。礦漿愈濃，它的粘性愈大，流動(dòng)性較小，通過球磨機(jī)較慢。在濃礦漿中，鋼球受到的浮力較大，它的有效比重較小，打擊效果也較差，但濃礦漿中含的固體礦粒較多，被鋼球打著的物料也較多。稀礦漿的情況恰好相反。只有磨礦濃度適當(dāng)時(shí)，磨機(jī)生產(chǎn)率才會最高。 所以，在磨礦過程中需嚴(yán)格控制加水量，保證球磨機(jī)內(nèi)合適的磨礦濃度。對給水量的實(shí)時(shí)控制，成為磨礦濃度控制的關(guān)鍵所在。 一般而言，若礦量已基本穩(wěn)定，系統(tǒng)按比例進(jìn)行給水控制，可以初步穩(wěn)定球磨機(jī)內(nèi)的濃度。但在生產(chǎn)過程中，除給礦外，分級機(jī)還有返礦。目前國內(nèi)大多數(shù)選礦廠受原工藝條件限制，無法安裝流量計(jì)和濃度計(jì)對分級返礦量進(jìn)行檢測。若僅以固定比值進(jìn)行給水控制，難以保證球磨機(jī)濃度，甚至?xí)斐赡C(jī)“脹肚”，影響設(shè)備正常運(yùn)行。磨礦系統(tǒng)要求礦和水兩種物料流量的比值要隨濃度的變化而變化，決定采用變比值控制方案。系統(tǒng)工作時(shí)，按當(dāng)前給礦量比例控制給水。在給水管路上安裝電動(dòng)閥和流量計(jì)，構(gòu)成給水閉環(huán)控制。當(dāng)濃度發(fā)生變化時(shí)，濃度控制器的輸出將修改比例系數(shù)k，從而修改了給水閉環(huán)的給定值，給水閉環(huán)及時(shí)調(diào)節(jié)給水量，保證濃度相對穩(wěn)定。控制框圖3.1如下：圖3.1 球磨系統(tǒng)控制框圖3.2 pid控制概況目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。依據(jù)對系統(tǒng)偏差的比例(p-proportional)、積分(i-integral)和微分(d-derivatation)的線性組合來對被控對象進(jìn)行控制，就是著名的pid控制。pid控制自1922年出現(xiàn)以來，至今己得到很大發(fā)展，其改進(jìn)形式層出不窮，多種多樣。首先，就工程實(shí)現(xiàn)的方法而言，pid調(diào)節(jié)器可分為模擬pid調(diào)節(jié)器和數(shù)字pid調(diào)節(jié)器。模擬pid調(diào)節(jié)器主要應(yīng)用于早期的pid調(diào)節(jié)回路中，隨著科技的發(fā)展，這種模擬調(diào)節(jié)器己經(jīng)很少再使用。數(shù)字pid調(diào)節(jié)器隨著大規(guī)模集成電路(lsic)和超大規(guī)模集成電路(vhsic)的出現(xiàn)，數(shù)字計(jì)算機(jī)越來越小型化，價(jià)格愈來愈便宜，其極高的運(yùn)算速度、強(qiáng)大的記憶能力和靈活的邏輯判斷功能，使它不僅在數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計(jì)算等方面得到廣泛應(yīng)用，而且在工業(yè)自動(dòng)控制中也發(fā)揮越來越重要的作用。因此，現(xiàn)在的數(shù)字pid調(diào)節(jié)器均采用了計(jì)算機(jī)芯片，用軟件實(shí)現(xiàn)pid控制規(guī)律的數(shù)字化，靈活多樣的控制方式能滿足工業(yè)生產(chǎn)過程各式各樣的要求。3.2.1 pid控制的原理 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)。當(dāng)前，pid控制仍為工業(yè)過程的主流控制算法。增量型pid控制算法表達(dá)式為： e(k)e(k)e(k)e(k)2e(k)e(k2) （3.1）式中k為采樣序列號,k=1,2,(k)為第k次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出值;當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分： 測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。 這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測量和比較后，才能更好地糾正系統(tǒng)。模擬pid調(diào)節(jié)器：在工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常采用如圖3.2所示的pid控制，其控制規(guī)律為 （3.2）對應(yīng)的模擬pid調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： （3.3）其中kp為比例增益，kp與比例成倒數(shù)關(guān)系即kp=1/，ti為積分時(shí)間常數(shù)，td為微分時(shí)間常數(shù)，u(t)為控制量，e(t)為偏差。d(s)被控對象r(s) e(s) u(s) y(s)圖 3.2 pid控制系統(tǒng)3.2.2 pid控制的特點(diǎn) pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用pid控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用pid控制技術(shù)。pid控制，實(shí)際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。3.3 pid控制的理論分析在“現(xiàn)代控制理論”興旺發(fā)達(dá)的六七十年代，曾有不少學(xué)者預(yù)言:終會有那么一天，“現(xiàn)代控制理論”給出的新型控制器將會取代經(jīng)典調(diào)節(jié)理論給出的pid 控制器。然而三十多年來的控制工程實(shí)踐并沒有應(yīng)驗(yàn)?zāi)切W(xué)者們的預(yù)言，pid控制器仍頑固地堅(jiān)守著自己的陣地，相反“現(xiàn)代控制理論”提供的控制器卻遇到了難題而處于控制工程中的劣勢地位，至今在過程控制中80 %-90%用的仍是pid控制器。嚴(yán)酷的現(xiàn)實(shí)不能不使人們對“現(xiàn)代控制理論”和“經(jīng)典調(diào)節(jié)理論”予以重新評價(jià)。不能不使人們對數(shù)十年來經(jīng)久不衰的pid控制器進(jìn)行重新認(rèn)識?，F(xiàn)在，對常規(guī) pid控制分析如下:a. 比例控制比例（p）控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（steady-state error）。 比例控制是對偏差進(jìn)行控制，誤差一旦產(chǎn)生，控制器立即就有控制作用，使被控量朝著減小誤差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。但單純的比例控制存在靜差不能消除的缺點(diǎn)。增強(qiáng)比例控制作用可減小靜差，提高對象響應(yīng)的快速性，但過大會導(dǎo)致被控對象動(dòng)態(tài)特性變差，甚至可能會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。b. 積分（i）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（system with steady-state error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(pi)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 積分控制實(shí)質(zhì)上是對偏差累積進(jìn)行控制，直至偏差為零。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力，有利于消除靜差，其效果不僅與偏差大小有關(guān)，而且還與偏差持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。積分控制的缺點(diǎn)是它具有滯后特性，并使系統(tǒng)階次增加，作用太強(qiáng)還會使被控量動(dòng)態(tài)特性惡化。c. 微分（d）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(pd)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 微分控制能敏感出誤差的變化趨勢，可在誤差信號出現(xiàn)之前就起到修正誤差的作用，有利于提高輸出響應(yīng)的快速性，減小被控量的超調(diào)和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但微分作用很容易放大高頻噪聲，降低系統(tǒng)的信噪比，從而使系統(tǒng)抑制干擾的能力下降。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)慎用微分控制。從上述對常規(guī)pid控制規(guī)律的剖析可見，比例、積分和微分三種控制作用各有特點(diǎn)。對于一般系統(tǒng)，由于能通過比例和微分作用抑制積分作用帶來的滯后特性，通過比例和積分作用保證其響應(yīng)的準(zhǔn)確性以及通過微分作用改善比例和積分作用帶來的穩(wěn)定性惡化問題，故可在對比例、積分和微分三種控制作用折中處理后進(jìn)行控制。但是，不難看出，三種控制作用存在著嚴(yán)重的相互抵消的現(xiàn)象。因此，常規(guī)pid控制不能兼顧被控對象的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和靜態(tài)特性。換言之，常規(guī)pid控制不能使被控對象響應(yīng)即“快”又“準(zhǔn)”且“穩(wěn)”地跟蹤參考輸入。3.4 pid控制器的參數(shù)整定 3.4.1 pid控制器的參數(shù)整定方法pid控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定pid控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。pid控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。pid控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 pid控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期(3)在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到pid控制器的參數(shù)。在pid參數(shù)進(jìn)行整定時(shí)如果能夠有理論的方法確定pid參數(shù)當(dāng)然是最理想的方法，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，更多的是通過湊試法來確定pid的參數(shù)。增大比例系數(shù)p一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時(shí)間i有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時(shí)間變長。增大微分時(shí)間d有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動(dòng)的抑制能力減弱。在湊試時(shí)，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調(diào)整實(shí)行先比例、后積分，再微分的整定步驟。 首先整定比例部分。將比例參數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi)，并且對響應(yīng)曲線已經(jīng)滿意，則只需要比例調(diào)節(jié)器即可。如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則必須加入積分環(huán)節(jié)。在整定時(shí)先將積分時(shí)間設(shè)定到一個(gè)比較大的值，然后將已經(jīng)調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)略為縮小(一般縮小為原值的0.8)，然后減小積分時(shí)間，使得系統(tǒng)在保持良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。如果在上述調(diào)整過程中對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果，則可以加入微分環(huán)節(jié)。首先把微分時(shí)間d設(shè)置為0，在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時(shí)間，同時(shí)相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，逐步湊試，直至得到滿意的調(diào)節(jié)效果。 3.4.2 本次設(shè)計(jì)用的整定方法pid控制器三參數(shù)的整定：參數(shù)的整定方法也有許多，有理論整定方法和工程整定方法。在該設(shè)計(jì)中，我們選擇理論整定方法中的ziegler-nichols方法。該方法是ziegler與nichols共同發(fā)展的，該方法基于簡單的穩(wěn)定性分析方法。首先，置kd=ki=0，然后增加比例系數(shù)直至開始振蕩（即閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)在jw軸上）。再將該比例系數(shù)乘0.6，而其他參數(shù)按下式計(jì)算得出式中：km為系統(tǒng)開始振蕩時(shí)的k值；wm為振蕩頻率。盡管該設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)過程中沒有考慮任何特性要求，但是實(shí)踐證明，ziegler-nichols方法得到的參數(shù)，使過程控制器具有良好的工作性能。利用根軌跡方法可以確定km和wm。例如，對于給定的被控對象的傳遞函數(shù)，可以得到一根軌跡圖。對應(yīng)穿越j(luò)w軸時(shí)的增益km，而此點(diǎn)的w值即為wm。在系統(tǒng)仿真一章中就是利用此方法來求pid的三參數(shù)的，通過matlab編程來求的。得到pid三參數(shù)之后，通過simulink仿真的到較為理想的參數(shù)值。4 系統(tǒng)仿真所謂控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真就是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)對控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，是借助數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的仿真分析。這種實(shí)驗(yàn)研究的特點(diǎn)是：將實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律用數(shù)學(xué)表達(dá)式加以描述，它通常是一組常微分方程或差分方程，然后利用計(jì)算機(jī)來求解這一數(shù)學(xué)模型，以達(dá)到對系統(tǒng)進(jìn)行分析研究的目的。所以，為了滿足系統(tǒng)性能要求，需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選擇控制通道，確定控制方案,分析質(zhì)量指標(biāo)，探索最優(yōu)工作狀況以及調(diào)節(jié)器參數(shù)的最優(yōu)控制都是以被控過程的數(shù)學(xué)模型為重要依據(jù)的。尤其是要實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制，更需要充分掌握過程的數(shù)學(xué)模型。因?yàn)樵O(shè)計(jì)最優(yōu)控制的基本內(nèi)容是根據(jù)被控過程的數(shù)學(xué)模型和預(yù)定的性能指標(biāo)，在一定的約束條件下選擇最優(yōu)的控制作用，使被控過程的運(yùn)行情況對預(yù)定的性能指標(biāo)來說是最優(yōu)的。所以建立數(shù)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制的前提。通過對生產(chǎn)工藝設(shè)備數(shù)學(xué)模型的分析和仿真，可以確定有關(guān)因素對整個(gè)被控過程特性的影響，從而提出對生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理要求和建議。通過仿真對過程數(shù)學(xué)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，尤其是一些復(fù)雜的生產(chǎn)操作過程，如大型電站機(jī)組的運(yùn)行，不需要建立小的物理模型，只要根據(jù)過程的數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究。對控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的基本過程包括：首先建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)閿?shù)學(xué)模型是系統(tǒng)仿真的基本依據(jù)，所以數(shù)學(xué)模型極為重要，一般而言，數(shù)學(xué)模型不僅包括控制對象的模型，而且還包括控制器以及組成系統(tǒng)其他部分的數(shù)學(xué)模型；然后根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立相應(yīng)的仿真模型，一般需要通過一定的算法或數(shù)值積分方法對原系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散化處理，從而建立起相應(yīng)的仿真模型，這是進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真分析的關(guān)鍵步驟；最后根據(jù)系統(tǒng)的仿真模型編制相應(yīng)的仿真程序，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究并對仿真結(jié)果加以分析。以達(dá)到系統(tǒng)的性能要求。4.1電振系統(tǒng)仿真4.1.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立過程控制系統(tǒng)的品質(zhì)，是有組成系統(tǒng)的過程和過程檢測控制儀表各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的。在過程控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中，過程的數(shù)學(xué)模型是極其重要的基礎(chǔ)資料。所以，建立過程的數(shù)學(xué)模型，對于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化有著十分重要的意義?？梢赃@樣說，一個(gè)過程控制系統(tǒng)的優(yōu)劣，主要取決于對生產(chǎn)工藝過程的了解和建立過程的數(shù)學(xué)模型。被控過程的數(shù)學(xué)模型，是指過程在各輸入量(包括控制量和擾動(dòng)量)作用下，其相應(yīng)輸出量(被控量)變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。數(shù)學(xué)模型的建立的方法很多，既可以用系統(tǒng)辯識來確定系統(tǒng)的參數(shù)，從而建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；也可以用過程控制理論中的一些方法來建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用實(shí)驗(yàn)的方法來建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，如：飛升曲線通過實(shí)驗(yàn)的方法即給該環(huán)節(jié)輸入單位階躍，通過輸出找到該環(huán)節(jié)的時(shí)間延遲。若有實(shí)際對象，我們可以直接用上述一些方法來建立該對象的數(shù)學(xué)模型。但在該設(shè)計(jì)中，球磨機(jī)給礦控制系統(tǒng)工藝流程總畫面中的電振環(huán)節(jié)，我們沒有實(shí)際對象進(jìn)行建模，只有通過對實(shí)際對象的要求來模擬系統(tǒng)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)要求在一小時(shí)內(nèi)積累礦量60噸，由于皮帶傳輸需要一定時(shí)間因此需要時(shí)間延遲，一般此系統(tǒng)選取滯后時(shí)間常數(shù)3秒。根據(jù)這一特點(diǎn)此系統(tǒng)屬于積分環(huán)節(jié)。因此，我假定該環(huán)節(jié)對象的數(shù)學(xué)模型為：。參數(shù)的確定：給水量與給礦量按75%的比例混合，因此=75%，由此得到水量和礦量按照3：1的比例混合。本系統(tǒng)工藝要求：在一小時(shí)下料60噸，根據(jù)工藝要求球磨系統(tǒng)給礦量的控制是一個(gè)積分環(huán)節(jié)設(shè)余量100噸，設(shè)比例系數(shù)為k因此：k；k=100；所以，k ，令k=1；則：即d/a送出010ma的電流，對應(yīng)電振每秒鐘輸出礦料27.778kg。因此得到模型如圖. 圖4.1 模型圖4.1.2 控制算法的確立及初步整定對于一個(gè)系統(tǒng)對象來說，若不用控制器對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般來說，該系統(tǒng)的性能指標(biāo)是達(dá)不到用戶或該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造單位所提出的性能要求。所以，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，一般情況下都必須設(shè)計(jì)控制器對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行控制。matlab求三參數(shù)：以下是程序：。 t=10;tol=3;num=2.778; den=1 0;g=tf(num,den,inputdelay,tol);g=c2d(g,t,zoh);rlocus(g);km,pole=rlocfind(g); %取鄰接增益wm=imag(pole(1); %取臨界頻率kp=0.6*kmkd=kp*pi/(4*wm)ki=kp*wm/pitd=kd/kpti=kp/kink=kp,kd,ki;dk=1 0;gc=tf(nk,dk) %求pid傳遞函select a point in the graphics window選擇一個(gè)點(diǎn)selected_point = 0.0089 + 0.6677i計(jì)算結(jié)果kp = 0.0308kd = 0.0370ki = 0.0064td = 1.1999ti = 4.7996傳遞函數(shù)： transfer function:0.03085 s2 + 0.03701 s + 0.006427- s根軌跡圖.如下：圖4.2 根軌跡圖一個(gè)系統(tǒng)不進(jìn)行參數(shù)整定 ，該系統(tǒng)的性能是永遠(yuǎn)也達(dá)不到系統(tǒng)性能要求的。因此，在該環(huán)節(jié)中必須加控制器對其進(jìn)行控制。通過上述方法求出pid控制器的三參數(shù)為kp=0.0308，kd=0.0370，ki=0.0064。4.1.3 該環(huán)節(jié)的系統(tǒng)仿真及參數(shù)修正通過求得的pid三參數(shù)作為系統(tǒng)控制器的初步參數(shù)，按下圖的形式對該系統(tǒng)進(jìn)行初步的仿真，看該參數(shù)是否能夠使系統(tǒng)的性能達(dá)到性能要求。系統(tǒng)仿真的流程圖如圖4.3所示：圖4.3 仿真流程圖 對matlab設(shè)計(jì)出的pid三參數(shù)進(jìn)行simulink仿真，整定三參數(shù)：系統(tǒng)給出的pid 三參數(shù)值：kp=0.0308;kd=0.0370;ki=0.0064;時(shí)仿真圖如圖4.4圖4.4由圖4.4可看出pid控制器中三項(xiàng)控制作用是相互獨(dú)立的。比例控制的作用是通過加大kp可以增加系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；積分控制的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差；微分控制作用與偏差變化速度成比例，能夠預(yù)測偏差的變化，產(chǎn)生超前控制的作用，以阻止偏差的變化，因而能夠改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。由參數(shù)初步整定的系統(tǒng)仿真曲線圖.可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的超調(diào)過大，因而需要對該參數(shù)再次進(jìn)行調(diào)整，從而減少超調(diào)，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。超調(diào)過大可說明調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間太小，需要加大調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，即可以通過減少積分系數(shù)來減少超調(diào)。通過以上述參數(shù)為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上不斷的進(jìn)行系統(tǒng)仿真和修改控制器的三參數(shù)，不斷的觀察仿真曲線的變化情況，依據(jù)三參數(shù)的控制作用，對三參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)而最終得到比較滿意的效果，滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。減小比例系數(shù)，kp=0.03;kd=0.037 ;ki=0.01時(shí)仿真圖.圖4.5由上圖4.5看出減小比例系數(shù)，增加積分系數(shù)得到的圖象變成了等幅震蕩，因此要減小積分系數(shù)。取kp=0.03;ki=0.008仿真如圖4.6 圖 4.6當(dāng)kp=0.03;ki=0.006；kd不變時(shí)： 圖 4.7震蕩已明顯減小，只是幅度不夠，因此繼續(xù)減小。當(dāng)kp=0.028;ki=0.003;kd不變時(shí)： 圖 4.8當(dāng)kp=0.0305;ki=0.001；kd不變圖 4.9kp=0.0305;ki=0.0008;圖4.10當(dāng)kp=0.035;ki=0.0002時(shí)圖4.11此時(shí)，圖象已基本沒有超調(diào)量，在此基礎(chǔ)上稍做修改kp=0.04;ki=0.00018圖4.12此時(shí)，從圖上看出已沒有超調(diào)，已經(jīng)達(dá)到響應(yīng)時(shí)間短，響應(yīng)迅速的要求。因此kp=0.04；ki=0.00018；kd=0.037是比較合適的pid三參數(shù)。比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減少誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，kp的過大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時(shí)間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用過強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。這就是根據(jù)仿真圖，改變pid三參數(shù)的理論依據(jù)。pid控制器中三項(xiàng)控制作用是相互獨(dú)立的。比例控制的作用是通過加大kp可以增加系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；積分控制的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差；微分控制作用與偏差變化速度成比例，能夠預(yù)測偏差的變化，產(chǎn)生超前控制的作用，以阻止偏差的變化，因而能夠改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。由參數(shù)初步整定的系統(tǒng)仿真曲線圖4.4可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的超調(diào)過大，因而需要對該參數(shù)再次進(jìn)行調(diào)整，從而減少超調(diào)，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。超調(diào)過大可說明調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間太小，需要加大調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，即可以通過減少積分系數(shù)來減少超調(diào)。通過以上述參數(shù)為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上不斷的進(jìn)行系統(tǒng)仿真和修改控制器的三參數(shù)，不斷的觀察仿真曲線的變化情況，依據(jù)三參數(shù)的控制作用，對三參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)而最終得到比較滿意的效果，滿足系統(tǒng)的性能指標(biāo)。最終得到的三參數(shù)為：kp=0.004 ki=0.00018 kd=0.037；4.1.4 本節(jié)小結(jié)由上述圖4.4圖4.12兩個(gè)圖比較可以看出，圖4.12的仿真曲線效果比較好，而且該曲線無超調(diào)，上升時(shí)間短，只用了20幾秒就上升到穩(wěn)態(tài)，響應(yīng)迅速，滿足系統(tǒng)要求，很好地達(dá)到了系統(tǒng)的性能要求。如果只是使用理論整定參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行控制，由圖4.4可以看出，系統(tǒng)雖然響應(yīng)快，上升只用了十幾秒就達(dá)到該系統(tǒng)的給定值，但系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)所用的時(shí)間為較長存在超調(diào)。因此，選擇該pid控制參數(shù)作為控制器的最終控制參數(shù)是不合適的，需要進(jìn)行再次整定。由于存在超調(diào)，需要增大系統(tǒng)的積分時(shí)間，即減少系統(tǒng)的積分增益來消除超調(diào)。最終整定出該系統(tǒng)的pid控制參數(shù)（kp=0.04 ki=0.00018 kd=0.037）作為控制器的參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行控制。5 組態(tài)組態(tài)王6.5是亞控科技在組態(tài)王6.0x系列版本成功應(yīng)用后，廣泛征詢數(shù)千家用戶的需求和使用經(jīng)驗(yàn)，采取先進(jìn)軟件開發(fā)模式和流程，由十多位資深軟件開發(fā)工程師歷時(shí)一年多的開發(fā)，及四十多位試用戶一年多的實(shí)際現(xiàn)場考驗(yàn)。使用更方便，功能更強(qiáng)大，性能更優(yōu)異，軟件更穩(wěn)定，質(zhì)量更可靠。組態(tài)王軟件是用來模擬現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)觀看現(xiàn)場的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，找到問題，及時(shí)解決。今天，隨著對工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，以及大量控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置之間的通訊的需要，“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”越來越受到用戶的重視，從而導(dǎo)致組態(tài)軟件的大量使用。組態(tài)王是運(yùn)行在windows98/nt/2000上的一種組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，在任何需要的時(shí)候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室，保證信息在全廠范圍內(nèi)的暢通。5.1 組態(tài)軟件產(chǎn)生的背景“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（distributed control system簡稱dcs）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，pc（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：pc技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由pc構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的擁有成本；pc的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于pc的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在pc技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的hmi（人機(jī)接口軟件，human machine interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的hmi的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫hmi應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、scada、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對i/o設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。5.2 組態(tài)王組態(tài)軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景如今，隨著對工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，以及大量控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置之間的通訊的需要，“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”越來越受到用戶的重視，從而導(dǎo)致組態(tài)軟件的大量使用甚至不可或缺。使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，在任何需要的時(shí)候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室，保證信息在全廠范圍內(nèi)的暢通。由于組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能、多樣靈活和直觀的特性，它將在今后的工業(yè)領(lǐng)域起到越來越重要的作用，其間伴隨著工業(yè)自動(dòng)化要求的不斷提高，它的簡便直觀也會愈加受到用戶的青睞，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的作用將會得到更大程度的發(fā)揮。5.3 組態(tài)王的優(yōu)點(diǎn)組態(tài)王可用于電力、制冷、化工、機(jī)械制造、交通管理等多種工程領(lǐng)域。無論任何應(yīng)用場合都可以使用組態(tài)王構(gòu)造有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。使用組態(tài)王可以使用清晰準(zhǔn)確的畫面描述工業(yè)控制現(xiàn)場；使用圖形話的控制按鈕實(shí)現(xiàn)單任務(wù)和多任務(wù)；設(shè)計(jì)復(fù)雜的動(dòng)畫線時(shí)線長的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)；顯示生產(chǎn)過程的文字信息和圖形信息；為任何現(xiàn)場畫面指定鍵盤命令；監(jiān)控和記錄所有報(bào)警信息；顯示實(shí)時(shí)趨勢曲線和歷史趨勢曲線；使用多樣而靈活的方式查詢歷史數(shù)據(jù)；時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的報(bào)表的打?。辉O(shè)計(jì)多級安全控制和訪問權(quán)限。組態(tài)王采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時(shí)可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能使企業(yè)的基層和其它部門建立起聯(lián)系，現(xiàn)場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場，就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。對于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個(gè)系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個(gè)組態(tài)王工程，對于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是比較煩瑣的事情。組態(tài)王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、刪除工程，對工程重命名，搜索指定路徑下的所有組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復(fù)，數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入導(dǎo)出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運(yùn)行環(huán)境等。另外，組態(tài)王6.0開發(fā)系統(tǒng)提供工程加密，畫面和命令語言導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。支持無限色和過渡色 組態(tài)王6.0調(diào)色板支持無限色，支持二十四種過渡色效果， 組態(tài)王的任一種繪圖工具都可以使用無限色，