洁净手术室空调控制系统的设计与实现

3．3 温湿度控制
软件设计的核心部分是温湿度控制，采用PID控制来调节温湿度。PID控制指的是闭环控制系统的比例积分微分控制。
常规PID控制系统的框图如图4所示。

PID是一种线性控制器，它根据给定值r(t)和实际输出值y(t)构成控制偏差：

e(t)=r(t)一y(t)
将偏差比例(P)，积分(I)和微分(D)通过一定线性组合构成控制量u(t)对被控对象进行控制。它的控制规律为:

式中：KP为比例系数；TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。
当控制量的目标值与检测值之间存在误差(或称为控制偏差)时，误差小，操作量就小，误差越大，操作量就越大，故控制算法中含有偏差比例项，简称P动作。对具有自平衡性的控制对象施行比例控制，最后其步阶变化会留下一定的误差，称为稳态误差或偏移。使控制算法中含有误差积分比例项，可消除稳态误差，简称I动作。偏差的增减反映在操作量上，为了改善控制特性，所以使控制算法中含有偏差微分比例项，简称D动作，为一种预先动作。包含以上三种动作的控制算法即为PID控制。
式(1)也可以写成：

式中：KI=KP／TI为积分系数；KD=KP・TD为微分系数。
考虑到被控对象具有大滞后性，且PLC处理的是数字量，将式(2)离散化得：

式中：θ代表采样周期，e(k)代表此刻的误差，e(k一1)代表上次采样周期的误差。如果θ足够小，这种逼近可相当准确，被控过程与连续控制过程十分接近。这种算法称为位置式算法。位置式算法由于全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对e(k)进行累加，计算机运算工作量大。而且，因为计算机输出的u(k)对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u(k)的大幅度变化，会引起执行机构位置的大幅度变化，这种情况往往是生产实践中不允许的。考虑到本系统控制对象均为阀门，故采用增量式PID控制算法为宜。