基于PCI板卡的计算机温度监控系统(6)

基于PCI板卡的计算机温度监控系统软件设计

图22 报表窗口画面

图23 事件记录窗口画面

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3.3 温度数据的标度变换

在控制回路中，热电阻将检测到的温度信号经SWBZ型温度变送器送给PCI板卡模拟量输入通道。因为温度变送器输出端串联了250Ω电阻，所以输送到板卡的输入端的信号为1～5v DC的电压信号。在变量定义时通过设置变量的参数将该值转换成0-100（℃）的工程量（实数），参数设置如图24所示。设定温度值与当前温度值做比较，差值经PID算法运算后得到的结果给程序，要用PWM输出程序将PID算法结果转换为脉冲信号输出给继电器，由继电器控制接触器控制电锅炉加热。

3.4 控制算法的设计

3.4.1 算法的选择

工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制算法的原理是对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控两的实际值与工艺要求的预定值一致。因为PID控制算法具有：技术成熟、容易被人们熟悉和掌握、不需要建立数学模型、控制效果好、鲁棒性等优点，所以PID控制算法成为应用最广泛的控制算法[8]。

计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量[9]。因此连续PID控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。由于工业生产过程大多数是缓慢变化的过程，因此只要控制机的采样周期T取得足够短，断续控制形式就趋于连续控制形式。数字PID控制算法又分增量式PID控制算法和位置式PID控制算法，由于位置式PID控制算法控制精度比较高，而增量式PID控制算法有：积分截断效应大、有静态误差、溢出的影响大等缺点，所以本设计选用的控制算法是位置式PID控制算法[10]。

图24 变量参数的设置

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3.4.2 PID控制算法的程序设计

位置式PID算法的流程图[11]如图25所示。

子程序入口E=SP-PV计算MP=K*E计算MI=K*Ts/Ti*E+MX计算MD=K*Td/Ts*(En-En-1)计算M=MP+MI+MD子程序返回

图25 位置式PID控制算法流程图

位置式PID控制算式：

TPn?Kc[en?sTin?ei?i?0nTd(en?en?1)] （1） Ts其中：

?e 等于程序中MX

ii?0 Pn 为第n次采样时计算机输出值

en 为第n次采样时偏差值 Ts 采样周期 Kc 比例增益 Ti 积分时间 Td 微分时间

3.4.3 PID控制算法的参数整定

PID控制算法参数整定的方法很多，概括起来有如下两大类：

（1）理论计算整定法。它主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。

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（2）工程整定法。它主要依赖于工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制算法参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。这三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后的调整与完善[12]。

本文采用经验法整定PID控制算法参数，下面具体说明经验法的整定步骤： （1）让调节器参数的积分系数I=0，微分系数D=0，控制系统投入闭环运行，由小到大改变比例系数P，让扰动信号作阶跃变化，观察控制过程，直到获得满意的控制过程为止。