各式控制方式

1、 各式控制方式一、實習臺配線 溫控面板和溫度模擬器之間的配線方式如圖： 請注意 + 、- 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，會出現(xiàn)上沖（over shoot）或振蕩（hunting）現(xiàn)像。因此無法對應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設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 控制即是在達到設定溫度前，便開始調(diào)整對加熱器的輸出。于設定溫度附近一邊重復進行著 on / off ，一邊調(diào)整，最后接近設定溫度值。如此的做法可

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

3、/ off 控制。此外，操作量以設定值為邊界，因為是兩種數(shù)值的動作緣故，所以也被稱為2位置動作。如圖： 1.上沖（over shoot） 在 on / off 控制時,由起動電源開始到達設定溫度為止,加熱器會持續(xù) on .當溫度達到設定值時,即使加熱器 off ,因其殘余熱量的關(guān)系,會有溫度超過設定值的現(xiàn)象,稱為上沖 (over shoot)。上沖的大小與測量體的反應，加熱器的容量，加熱器和測溫部間的熱傳導性等因素有關(guān)。2.振蕩（hunting）由于在 on /off 控制中，加熱與放熱的反應遲緩，使相對于設定值的溫度無法保持固定而有上下變動（振動）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 點作為 on / off 控制其輸出會產(chǎn)生顫動或易受雜訊影響，而對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 設定的動作上設定誤差值，該值稱為遲滯 （hys:hys-teresis）,如圖：（1）將調(diào)解靈敏度設定為較小值；希望加熱反應，放熱反應變快，控制特性上振蕩變大的場合。（2）將調(diào)節(jié)靈敏度設定為較大值：.雜訊重疊在輸入上，測溫體的反應快速稍微的熱變動既有反應。頻繁的 on / off 輸出多場合。.對冷卻用壓縮機等頻繁地 on / off 動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，到達設定值后可保持一定溫度。此為接近適當控制（ = 理想 ）的方式。五、p 動作 所謂 p 動作即用來消除上沖（over shoot）及振蕩（hunting）現(xiàn)象的動作。 在對應設定值時，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，操作量為100%。進入比例帶后，操作量隨著偏差值比例變小。當設定值與現(xiàn)在溫度達到一致（無偏差）時，操作量為50%；高于比例帶時，操作量為0%（ofr=50時）。 因為 proportional （比例）之故，所以稱為 p 動作。 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）與時分割比例控制 時分割比例動作：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時間比率，連續(xù)地使操作量可變的方法，如圖：亦稱為時間比例式控制動作。 此時作為 on 時間與 off 時間的比例基準的時間周期稱為控制周期。 想要使用 on / off 開閉器進行 pid 控制時，預先設定此控制周期，再由被設定的控制周期決定 on / off 的時間。 例如：操作量為50%時，on : off

7、 = 1 : 1 ，各以設定后的控制周期的一半時間進行 on / off 動作。 此外，控制周期因操作器，負載的形態(tài)而變異。一般而言，電磁開關(guān)設定為20s,ssr為2s左右。但反應哭訴的對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） 在比例動作上，一旦控制對象的熱容量、加熱器容量及設定值等發(fā)生不平衡，即使到達穩(wěn)定狀態(tài)，相對于設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，則會發(fā)生振蕩現(xiàn)象

8、。3.偏移（offset）的改善 具備偏移（offset）復位（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 移動比例帶，在設定值上溫度趨于平衡時設定 ofr 。 具有積分動作功能的溫控器自動修復偏移使用在 p 動作、pd 動作時。6、 i 動作 隨著輸入時間的積分值作比例輸出的控制動作。以積分動作自動地修正比例動作下發(fā)生的偏移，使現(xiàn)有的溫度與設定值一致。 因為利用 integral（積分）消除 p 動作的偏移（offset），所以也稱為復位動作，如圖： 通常不單獨使用 i 動作，而是使用于與 p 動作組合而成 pi 控制或與 p、d 動作組合而成 pid 控制。1.

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

10、亂等反應比較遲鈍的微分動作就是用來補償上述的缺點。 追加與溫度變化的傾斜成比例的操作量，以實施訂正動作。對于激烈的外部擾亂施加大的操作量，以便快速恢復到原來的控制狀態(tài)。 d 動作并不單獨被使用，而是與 p 組合而成 pd 動作，或以 pid 控制方式被使用。 因 derivative 而稱為 d 動作。在海外也被稱為比率（rate）動作。1.微分時間 表示微分動作強度的常數(shù)稱為微分時間，如圖： 相對于斜坡（ramp）狀的偏差，微分的操作量達到與比例動作相同操作量的時間稱為微分時間。微分時間越長，由微分動作所產(chǎn)生的訂正越強。一旦微分時間設定過長時，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?shù)谋壤龓?。積分時間的振蕩比較，生成更短周期的振蕩。2.微分時間的調(diào)整 微分時間一般由短時間調(diào)整至長時間。 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)的反應快速，微分動作太強。此時將微分時間縮短。 組合各 p、i、d 動作，以形成接近理想控制之 pid 控制。八、2-pid 動作 既有的 pid 控制方式為將針對目標值的反應和針對外部擾亂的反應利用同一調(diào)節(jié)部施行控制，如圖： 因而當重視目標反應時（一般而言，p 較大、i 亦較?。?，對外部的反應變慢；但若重視外部擾亂的反應時間（一般而言，p、i 較小，d 較大），目標值的反應將造成上沖（over shoot）有相當大

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

13、最適合的 pid 調(diào)整法（1）步階反應法（step response tuning） 針對控制對象由熱平衡狀態(tài)開始，以步階狀輸出操作量 100% ，計測無效時間 l(min)和最大溫度斜度 r(%/min 或/min)，在由 r 和 l 計算出 pid 常數(shù)，如圖： 雖然不會對控制對象造成不良影響，但卻不適用于運轉(zhuǎn)開始時和運轉(zhuǎn)時，控制對象的特性有變化的場合。（2）限界靈敏度法 僅對溫控器實行 p 動作（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。借由此時的比例帶寬幅 pb 與振蕩周期t(s 或 min)算出常數(shù)。（3）極限循環(huán)法 對溫控器作 on/off 控制，或設定 p=0、i=0、d=0 進行控制。此時根據(jù)發(fā)生之振蕩周