各式控制方式

1、 各式控制方式一、實(shí)習(xí)臺(tái)配線 溫控面板和溫度模擬器之間的配線方式如圖： 請(qǐng)注意 + 、- 極性正確后再送電源。二、各種控制方式 1.控制方式的分類 控制方式的分類如圖:2.pid 控制 （1）在 on/ off 控制中，會(huì)出現(xiàn)上沖（over shoot）或振蕩（hunting）現(xiàn)像。因此無法對(duì)應(yīng)如工廠所求之高精度溫度控制。由 on / off 控制開始平順地升溫并到達(dá)設(shè)定的溫度后再使溫度保持一定狀態(tài)的穩(wěn)定控制方法為 pid 控制。 （2）所謂 pid 控制即是在達(dá)到設(shè)定溫度前，便開始調(diào)整對(duì)加熱器的輸出。于設(shè)定溫度附近一邊重復(fù)進(jìn)行著 on / off ，一邊調(diào)整，最后接近設(shè)定溫度值。如此的做法可

2、抑制上沖或振蕩現(xiàn)象。 此外，當(dāng)保持在設(shè)定溫度之際，若因不明原因形成的外部擾亂使恩度下降后，亦可快速恢復(fù)到原來的溫度。為了達(dá)到如此的控制模式，輸出的 on / off 動(dòng)作比 on / off 控制更加頻繁為其特征。3.自動(dòng)調(diào)諧 要達(dá)到熟練的 pid 控制，必須調(diào)整溫控器本體中的各種設(shè)定。調(diào)諧為了要進(jìn)行簡單的設(shè)定，有些溫控器具備有自動(dòng)調(diào)諧的功能，在必要的時(shí)候按下 at 鍵，便會(huì)自動(dòng)對(duì) pid 控制執(zhí)行必要的設(shè)定。三、on / off 控制 溫度低于設(shè)定值時(shí)，加熱器 100% on ；高于設(shè)定值時(shí)， off。 以此類方式將設(shè)定值定為邊界，利用 on，off動(dòng)作使溫度保持一定的控制方式，稱為 on

3、/ off 控制。此外，操作量以設(shè)定值為邊界，因?yàn)槭莾煞N數(shù)值的動(dòng)作緣故，所以也被稱為2位置動(dòng)作。如圖： 1.上沖（over shoot） 在 on / off 控制時(shí),由起動(dòng)電源開始到達(dá)設(shè)定溫度為止,加熱器會(huì)持續(xù) on .當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí),即使加熱器 off ,因其殘余熱量的關(guān)系,會(huì)有溫度超過設(shè)定值的現(xiàn)象,稱為上沖 (over shoot)。上沖的大小與測量體的反應(yīng)，加熱器的容量，加熱器和測溫部間的熱傳導(dǎo)性等因素有關(guān)。2.振蕩（hunting）由于在 on /off 控制中，加熱與放熱的反應(yīng)遲緩，使相對(duì)于設(shè)定值的溫度無法保持固定而有上下變動(dòng)（振動(dòng)）的現(xiàn)象發(fā)生，稱為振蕩（hunting）。其周

4、期稱為振蕩周期，其幅度稱為振蕩幅度。3.遲滯 若以1 點(diǎn)作為 on / off 控制其輸出會(huì)產(chǎn)生顫動(dòng)或易受雜訊影響，而對(duì)于輸出繼電器的壽命與被連接的裝置造成不良的影響。為了防止上述影響，可在 on 和 off 設(shè)定的動(dòng)作上設(shè)定誤差值，該值稱為遲滯 （hys:hys-teresis）,如圖：（1）將調(diào)解靈敏度設(shè)定為較小值；希望加熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)變快，控制特性上振蕩變大的場合。（2）將調(diào)節(jié)靈敏度設(shè)定為較大值：.雜訊重疊在輸入上，測溫體的反應(yīng)快速稍微的熱變動(dòng)既有反應(yīng)。頻繁的 on / off 輸出多場合。.對(duì)冷卻用壓縮機(jī)等頻繁地 on / off 動(dòng)作有不良影響的場合。四、pid 控制 比 on /

5、 off 控制更為平滑的起動(dòng)，到達(dá)設(shè)定值后可保持一定溫度。此為接近適當(dāng)控制（ = 理想 ）的方式。五、p 動(dòng)作 所謂 p 動(dòng)作即用來消除上沖（over shoot）及振蕩（hunting）現(xiàn)象的動(dòng)作。 在對(duì)應(yīng)設(shè)定值時(shí)，存在有比例帶（proportional band），其中操作量（控制輸出量）與偏差值作比例變化。一般的加熱控制中，現(xiàn)在溫度較比例帶為低時(shí)，操作量為100%。進(jìn)入比例帶后，操作量隨著偏差值比例變小。當(dāng)設(shè)定值與現(xiàn)在溫度達(dá)到一致（無偏差）時(shí)，操作量為50%；高于比例帶時(shí)，操作量為0%（ofr=50時(shí)）。 因?yàn)?proportional （比例）之故，所以稱為 p 動(dòng)作。 比例帶：偏差與

6、操作量為比例關(guān)系的范圍（單位： 或 % ），如圖： 1.控制周期（cp：control period）與時(shí)分割比例控制 時(shí)分割比例動(dòng)作：利用變化電磁開關(guān)（mc：magnet contactor）、ssr（solid state relay）等 on / off 開閉器的 on / off時(shí)間比率，連續(xù)地使操作量可變的方法，如圖：亦稱為時(shí)間比例式控制動(dòng)作。 此時(shí)作為 on 時(shí)間與 off 時(shí)間的比例基準(zhǔn)的時(shí)間周期稱為控制周期。 想要使用 on / off 開閉器進(jìn)行 pid 控制時(shí)，預(yù)先設(shè)定此控制周期，再由被設(shè)定的控制周期決定 on / off 的時(shí)間。 例如：操作量為50%時(shí)，on : off

7、 = 1 : 1 ，各以設(shè)定后的控制周期的一半時(shí)間進(jìn)行 on / off 動(dòng)作。 此外，控制周期因操作器，負(fù)載的形態(tài)而變異。一般而言，電磁開關(guān)設(shè)定為20s,ssr為2s左右。但反應(yīng)哭訴的對(duì)象必須注意因控制周期而發(fā)之振蕩（hunting）現(xiàn)象。 電流輸出的場合中，在比例帶內(nèi)因420ma的連續(xù)輸出的緣故，并無控制周期。2.偏移（offset） 在比例動(dòng)作上，一旦控制對(duì)象的熱容量、加熱器容量及設(shè)定值等發(fā)生不平衡，即使到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，相對(duì)于設(shè)定值下方或上方持續(xù)生成一定的誤差，但仍可維持平衡及穩(wěn)定，如圖： 此誤差稱為偏移（offset）或定常偏差。 越縮小，比例帶偏移越小。但若比例帶太窄，則會(huì)發(fā)生振蕩現(xiàn)象

8、。3.偏移（offset）的改善 具備偏移（offset）復(fù)位（ofr）功能的溫控器，可借由調(diào)節(jié)該功能以改善偏移，如圖： 利用 ofr 移動(dòng)比例帶，在設(shè)定值上溫度趨于平衡時(shí)設(shè)定 ofr 。 具有積分動(dòng)作功能的溫控器自動(dòng)修復(fù)偏移使用在 p 動(dòng)作、pd 動(dòng)作時(shí)。6、 i 動(dòng)作 隨著輸入時(shí)間的積分值作比例輸出的控制動(dòng)作。以積分動(dòng)作自動(dòng)地修正比例動(dòng)作下發(fā)生的偏移，使現(xiàn)有的溫度與設(shè)定值一致。 因?yàn)槔?integral（積分）消除 p 動(dòng)作的偏移（offset），所以也稱為復(fù)位動(dòng)作，如圖： 通常不單獨(dú)使用 i 動(dòng)作，而是使用于與 p 動(dòng)作組合而成 pi 控制或與 p、d 動(dòng)作組合而成 pid 控制。1.

9、積分時(shí)間 對(duì)步階狀的偏差而言積分的操作量達(dá)到和比例動(dòng)作相同值為止的時(shí)間稱為積分時(shí)間，如圖： 積分時(shí)間越短，積分動(dòng)作越強(qiáng)。但積分時(shí)間一旦太短，訂正動(dòng)作則太強(qiáng)烈，反而造成振蕩（hunting）現(xiàn)象的原因。2.積分的時(shí)間調(diào)整 一般而言，積分時(shí)間由長時(shí)間調(diào)整到短時(shí)間。生成緩慢的振蕩（hunting）場合。重復(fù)上沖（over shoot）、低輻射收斂的場合，多為太強(qiáng)的積分動(dòng)作。若延長此積分時(shí)間，則可消除振蕩現(xiàn)象。 與加大比例帶相同所用，減弱積分動(dòng)作亦可達(dá)到同樣結(jié)果。七、 d 動(dòng)作 與輸入的時(shí)間微分值作比例輸出的輸出控制動(dòng)作，如圖： 因?yàn)楸壤刂苹蚍e分動(dòng)作都是針對(duì)控制結(jié)果進(jìn)行訂正動(dòng)作的緣故，因此對(duì)于外部擾

10、亂等反應(yīng)比較遲鈍的微分動(dòng)作就是用來補(bǔ)償上述的缺點(diǎn)。 追加與溫度變化的傾斜成比例的操作量，以實(shí)施訂正動(dòng)作。對(duì)于激烈的外部擾亂施加大的操作量，以便快速恢復(fù)到原來的控制狀態(tài)。 d 動(dòng)作并不單獨(dú)被使用，而是與 p 組合而成 pd 動(dòng)作，或以 pid 控制方式被使用。 因 derivative 而稱為 d 動(dòng)作。在海外也被稱為比率（rate）動(dòng)作。1.微分時(shí)間 表示微分動(dòng)作強(qiáng)度的常數(shù)稱為微分時(shí)間，如圖： 相對(duì)于斜坡（ramp）狀的偏差，微分的操作量達(dá)到與比例動(dòng)作相同操作量的時(shí)間稱為微分時(shí)間。微分時(shí)間越長，由微分動(dòng)作所產(chǎn)生的訂正越強(qiáng)。一旦微分時(shí)間設(shè)定過長時(shí)，大幅操作量將持續(xù)作用，反而造成干擾。 通常，與起

11、因于不適當(dāng)?shù)谋壤龓?。積分時(shí)間的振蕩比較，生成更短周期的振蕩。2.微分時(shí)間的調(diào)整 微分時(shí)間一般由短時(shí)間調(diào)整至長時(shí)間。 在短周期中生成振蕩（hunting）現(xiàn)象的場合，可被視為控制系統(tǒng)的反應(yīng)快速，微分動(dòng)作太強(qiáng)。此時(shí)將微分時(shí)間縮短。 組合各 p、i、d 動(dòng)作，以形成接近理想控制之 pid 控制。八、2-pid 動(dòng)作 既有的 pid 控制方式為將針對(duì)目標(biāo)值的反應(yīng)和針對(duì)外部擾亂的反應(yīng)利用同一調(diào)節(jié)部施行控制，如圖： 因而當(dāng)重視目標(biāo)反應(yīng)時(shí)（一般而言，p 較大、i 亦較小），對(duì)外部的反應(yīng)變慢；但若重視外部擾亂的反應(yīng)時(shí)間（一般而言，p、i 較小，d 較大），目標(biāo)值的反應(yīng)將造成上沖（over shoot）有相當(dāng)大

12、的振動(dòng)。因此兩者的反應(yīng)無法同時(shí)滿足，此為其缺點(diǎn)。 在 2 自由度的 pid 控制上，各自獨(dú)立設(shè)定目標(biāo)值反應(yīng)特性和外部擾亂反應(yīng)特性，所以是一種可以同時(shí)滿足兩者反應(yīng)的方式。 借由改變 2 自由度 pid 參數(shù)、（alfa）可設(shè)定其強(qiáng)度。九、pid 最適合的設(shè)定 pid 常數(shù)因控制對(duì)象的特征性而異。根據(jù)溫度特性導(dǎo)出 pid 常數(shù)的代表性方法有 ziegler nichols 開發(fā)的步階反應(yīng)法、界限靈敏度法、極限循環(huán)法。 以溫控器自動(dòng)計(jì)算出 pid 常數(shù)。利用上述方式計(jì)算具備自動(dòng)調(diào)諧、自我調(diào)諧功能的溫控器。雖然計(jì)算出的 pid 常數(shù)通常不會(huì)有什么問題，但若因用途不同造成不合適結(jié)果時(shí)，則以手動(dòng)調(diào)整。1.

13、最適合的 pid 調(diào)整法（1）步階反應(yīng)法（step response tuning） 針對(duì)控制對(duì)象由熱平衡狀態(tài)開始，以步階狀輸出操作量 100% ，計(jì)測無效時(shí)間 l(min)和最大溫度斜度 r(%/min 或/min)，在由 r 和 l 計(jì)算出 pid 常數(shù)，如圖： 雖然不會(huì)對(duì)控制對(duì)象造成不良影響，但卻不適用于運(yùn)轉(zhuǎn)開始時(shí)和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制對(duì)象的特性有變化的場合。（2）限界靈敏度法 僅對(duì)溫控器實(shí)行 p 動(dòng)作（i=0、d=0）。 將 p 值由大漸漸調(diào)到小，觀測使其開始發(fā)生振蕩（hunting）的點(diǎn)。借由此時(shí)的比例帶寬幅 pb 與振蕩周期t(s 或 min)算出常數(shù)。（3）極限循環(huán)法 對(duì)溫控器作 on/off 控制，或設(shè)定 p=0、i=0、d=0 進(jìn)行控制。此時(shí)根據(jù)發(fā)生之振蕩周