一种无超调钝角拐点的PlD温控设计

3 无超调PID温控设计性能指标
无超调PID温控设计的主要性能指标：从自控理论上讲，本系统的温控本质属于非线性系统，时域上的不确定因素复杂多变，判断其性能指标综合体现在以下几个通用的方面。
3．1 稳定性
稳定性是对控制系统的基本要求，按自适应PID控制算法系统的稳定性要求是指系统的状态、输入、输出和参数等变量在各种条件的变动下总是有界的，即控制算法的校正下，误差经闭环调节后有界收敛。本系统中，可编程控制器采用的是Siemens Smatic S7-200 PLC，系统中的相关变量均做过归一化处理，即数字量的引用均标准化在0．0～1．0之间，因而，在系统温控过程中是收敛有界的，同时，在对实时数据的检测、辨识、决策过程中，在程序内对所有参量均设有上下限的识别，从而有效保证了执行结果的稳定。
3．2 可维性
本系统的可维性主要指的是软件维护及操作者应用的便利程度，因在实际生产过程中，产品的规格、型号是多样化的，因而，在温控过程中与之相对应的PID参数亦需要相应的变动。在该系统中的人机界面中，通过控制组态，由操作者输入产品的规格编号后，在控制组态中自动调用配方数据来初始化PID的基础参数；另一方面，本系统的软件无论是组态编程还是PLC编程，均采用模块化结构，因而，系统程序的修改、维护极为便利。依照自控系统的一般规则，系统运行的过程数据均实时采集、记录到数据库中，可实时为产品生产加工质量的追溯提供源资料。
3．3 鲁棒性(Robust)
如前所述，本温控系统的被控对象是电磁感应加热源的功率输出，在实际的现场环境中，电磁场强的干扰及各类机电设备的运行对PID控制均存在种种已知或未知的扰动，解决此方面的问题除了在硬件上要采取相应的措施外，在PID温控的设计方面，通过应用上述各种参量限定辨识后，在实际的生产运行中均保证了系统的工作稳定，在相邻机电设备或变频电源的启停扰动下不敏感。

4 结论
4．1 无超调PID沮控实验效果
经上述改进后的PID控制算法在实际生产过程的运行中有效解决了原温控的难点，其控制效果如图6所示。图6(a)的曲线是采用改进PID温控算法前的温控曲线，图6(b)的温控曲线是本文所论述的PID算法所实时记录的温控效果，其中难得的是在变温拐点处的控制为理想的钝角，整体温控效果与预定的温度趋向基本吻合，在实际生产过程中与以往相比，既避免了因欠温而造成的返工现象，又消除了因过温产生的废品，有效地提高了产品热处理的质量。

4．2 无超调PID温控的设计结论
现代控制理论中，在经典PID控制理论的基础上衍生的控制理念层出不穷，诸如神经元、神经网络、模糊PID控制算法等比比皆是，但若要在生产实践中选取理想的控制算法，就必须通过工程实际进行反复地调整和修改，不拘泥于理论参数或方法限制，根据工程经验，直接在控制系统的试验中进行筛选组合出适合实际的控制算法，使系统达到最优化的运行状态。虽然在本项目的PID算法取得了预期的效果，但实际运行在各温度段的PID参数是在调试中获取，并针对各型号的产品规格在上位组态中以配方的形式给定，如此则使得前期调试颇为繁琐，因而，在参量自适应的智能化设计方面还有待于进一步的探索与实践。