1、控制系統(tǒng)文章編號：（）中文核心期刊微計算機信息（測控自動化）年第卷第期基于組態(tài)軟件和Matlab 的PID 控制器設(shè)計及參數(shù)自整定方法研究（中國科學(xué)院工程熱物理研究所；山東科技大學(xué)；煤炭科學(xué)研究總院）郭巍，曲延濤趙英，摘要：工業(yè)控制現(xiàn)場使用的組態(tài)軟件中，控制是比較實用、可靠的。本文介紹在組態(tài)軟件中控制器的算法實現(xiàn)，并基于完成自整定算法，使參數(shù)的整定變得簡單、易行，使組態(tài)軟件更靈活、通用。并通過系統(tǒng)響應(yīng)曲線圖對設(shè)計的控制器的性能進行評估。關(guān)鍵詞：態(tài)軟件；自整定中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：技術(shù)創(chuàng)新：，：，概述對于常用的集散型控制系統(tǒng)（）及一般的工業(yè)測控系統(tǒng)，經(jīng)常需要對運動系統(tǒng)進行控制，比例積分微分（）

2、控制器是最早發(fā)展起來的一種控制器，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，目前被廣泛應(yīng)用在化工、冶金、機械、熱工和輕工等工業(yè)過程控制，是應(yīng)用最廣泛的控制策略之一，因此，常在組態(tài)軟件中選用控制，但控制器參數(shù)的整定一般需要經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場工程技術(shù)人員來完成，既耗時又耗力，加之系統(tǒng)千差萬別，使控制器參數(shù)的整定有一定難度，整定效果也不能令人滿意。要使組態(tài)具有通用性，適用于各種模型控制，參數(shù)整定就更難。本文采用目前國際控制界應(yīng)用最廣泛的首選計算機工具語言及仿真軟件，仿真整定控制器參數(shù)，使參數(shù)的整定變得簡單，易行，使組態(tài)軟件更靈活、通用。D u (n =u (n -u (n -1（式）=Kp e(n-e(n-1

3、+KI e(n+KD e(n-2e(n-1+e(n-2式中，（）為時刻輸出的增量，為比例增增量式控制系益，為積分系數(shù)，為微分系數(shù)。統(tǒng)示意圖如圖所示。R (n e (n ¡¢£PI D¡u (n ¡¡Tu (t ¡¢¡¢¡¢¡¢y(t Y (n 圖增量式控制系統(tǒng)框圖增量式控制算法中，每次只求出（），且其值只于前兩次采樣值有關(guān)，占用了較少的內(nèi)存單元，編程方便，計算誤差或計算精度問題對于控制量的計算影響較小。在計算機出故障時，只對（）有影響，而對整個控制影響不大

4、，因此可靠性較高。為了編程方便，可將式整理成如下形式：數(shù)字控制器在組態(tài)軟件中的實現(xiàn)數(shù)字控制器的設(shè)計在組態(tài)軟件中，采用增量式控制算法，其算法為：郭巍：碩士研究生基金項目：國家自然科學(xué)基金（）D u (n =a 0e (n +a 1e (n -1 +a 2e (n -2K I K D ¡+K P K PKa 1=-K P (1+2D ¡a 2=K DK P數(shù)字控制器在組態(tài)軟件中的實現(xiàn)由式可見，按增量式算法計算（）只需式中：a 0=K P (1+例： 控制系統(tǒng)要保留現(xiàn)時刻及以前的二個偏差值（）、（）和（），初始化程序置初值（）（），由中斷服務(wù)程序?qū)^程變量進行采樣，并根據(jù)參數(shù)、以

5、及圖給出了增量式（）、（）和（）計算（）。算法的程序流程。下對控制器進行參數(shù)整定自整定控制器控制器只有在參數(shù)得到良好整定的前提下才能達(dá)到令人滿意的控制效果，其參數(shù)整定是指在控制器的形式已經(jīng)確定（、調(diào)節(jié)規(guī)律）的情況下，通過調(diào)整控制器參數(shù)，達(dá)到要求的控制目標(biāo)。在工程實際中，常采用工程整定法，即用經(jīng)驗法整定控制器的參數(shù)，這種方法也叫試湊法，其方法是根據(jù)經(jīng)驗先將調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整在某些數(shù)值上，然后閉環(huán)運行，觀察系統(tǒng)響應(yīng)，再以各調(diào)節(jié)參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)為理論指導(dǎo)，在線調(diào)整調(diào)節(jié)器相應(yīng)參數(shù)比例度，反復(fù)地進行試湊，直到控制質(zhì)量滿意為止，這種整定方法既耗時又耗力，而且增加了系統(tǒng)的調(diào)試難度和費用。語言是國際控制界應(yīng)用最廣

6、的首選計算工具，提供了基于模塊圖的控制系統(tǒng)仿真軟件，以其方便的圖形界面和對各種控制工具軟件包的支持，成為控制工程首選的仿真軟件。是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，利用的強大功能，可以很容易地構(gòu)造復(fù)雜控制系統(tǒng)模型，并能在控制算法運行過程中，對仿真模型的參數(shù)進行在線修改，模擬實際生產(chǎn)過程中的各種干擾、被控對象模型的變化等，并可立圖增量式算法程序即得到修改后的仿真結(jié)果。因此，本文用的工具箱來構(gòu)造仿真對象模型模擬實際對象的運行。在中，具有自整定功能的控制系統(tǒng)如圖所示。技術(shù)創(chuàng)新在組態(tài)軟件的設(shè)計過程中，把數(shù)字控制算法以函數(shù)庫的形式給出，用戶在使用時可以方便的選定算法，并對其參數(shù)進行實際整定

7、，然后將整定后的參數(shù)輸入計算機保存，系統(tǒng)就可以根據(jù)這些參數(shù)進行實時控制。算法需要多種參數(shù)，并保存于內(nèi)存單元中，為此要定義相應(yīng)的參數(shù)結(jié)構(gòu)。；函數(shù)形式為：變量名；在數(shù)據(jù)庫中的序號；給定值；比例系數(shù)；積分系數(shù)；微分系數(shù)；當(dāng)前誤差；前一個時刻誤差；前兩個時刻誤差；輸出；指針；圖自整定控制器仿真圖（，）；在運行前需要建立一個緩沖區(qū)，用來存放所有的被控變量的參數(shù)，該函數(shù)實現(xiàn)了增量式控制，需要時可以方便調(diào)用。技術(shù)應(yīng)用例圖時域響應(yīng)在圖中，是繼電控制器，是：元年控制系統(tǒng)控制器，是過程對象的仿真模型。中文核心期刊微計算機信息（測控自動化）年第卷第期，（）；改進的自整定方法是在繼電控制器后增加積分環(huán)節(jié)。多路開關(guān)控制

8、不同控制算法之間的切換。整定算法整定公式是基于帶有延遲的一階傳遞函數(shù)模型提出的，這樣的對象模型可以表示為：G (s =ke -sL1+sT在實際的過程控制系統(tǒng)中，有大量的對象模型可以近似地由這樣的一階傳遞函數(shù)模型來表示，如果不能物理地建立起系統(tǒng)的模型，我們還可以由實驗提取相應(yīng)的模型參數(shù)。例如，如果可以通過實驗測取對象模型的階躍響應(yīng)，則輸出信號可以由圖中給出的草圖形狀來近似。這樣我們可以通過這樣的草圖獲取，與參數(shù)。由圖可以看出，我們還可以由a =技術(shù)創(chuàng)新kL T來求取參數(shù)。如果獲得了與參數(shù)，在可以通過表中給出的公式設(shè)計控制器。表整定公式；（），；，（）；（）；（）（）；（）（）；（）（），（）；

9、（）（），（）；（）；（），；，；，（）；（）；，（，）；，（，）；（，）；（，）；（）；函數(shù)清單：，（，）；（）；（）；（）；（）；，；，；仿真應(yīng)用以對象模型G (S =2為例，S +10S +35S 2+50S +2443設(shè)計一控制器并用算法進行參數(shù)整定。命令清單如下：（，）；（），（）；，（，）；，（，）；（）圖不同控制器下的系統(tǒng)響應(yīng)比較整定算法的實現(xiàn)在中，先求出一階模型的特征參數(shù)，然后由公式設(shè)計類控制器，為此，編寫了二個函數(shù)（）和（）以完成整定算法。其函數(shù)清單如下：函數(shù)清單：，（，）系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)曲線如圖所示。可見，經(jīng)算法整定參數(shù)以后的控制器的效果要優(yōu)于普通控制器的效果，證明本方案是現(xiàn)實

10、可行的。結(jié)束語本文，探討了組態(tài)軟件中算法（轉(zhuǎn)頁）例：圖像處理中文核心期刊微計算機信息（測控自動化）年第卷第期 好的匹配，根據(jù)邊緣點總數(shù)則是為了對邊緣復(fù)雜區(qū)域做更細(xì)的分割，算法第一步則是針對背景宏塊和相對靜止或細(xì)微運動的宏塊的。再次，邊緣點的確定方法不僅根據(jù)像素點周圍點的情況還考慮了人眼的存在對比靈敏度的特點，充分利用人眼特點去掉一些人眼分辯不出的邊緣點。最后，門限值的確定是針對當(dāng)前宏塊或鄰塊的一些特點自適應(yīng)的變化，力求能夠保證精度。并且根據(jù)門限值每一步都規(guī)定了能夠終止繼續(xù)下一步的條件，大大加快了整個編碼的速度，并將模式和模式，模式和模式的選擇放在一步當(dāng)中，利用邊緣信息選擇進一步加快了速度。汪岳

11、峰等基于視覺感興趣區(qū)的圖像質(zhì)量評價方法陸旭光，微計算機信息，（）作者簡介：王曉慧（），漢族，女，碩士研究生，研究方向為視頻編解碼。周東輝，漢族，男，教授，研究方向為水下探測及智能機器人。（山東青島中國海洋大學(xué)信息學(xué)院）王曉慧周東輝（，），通訊地址：（中國海洋大學(xué)信息學(xué)院電子系級研究生）王曉慧（投稿日期：）（修稿日期：）算法應(yīng)用本文算法適合基于塊的視頻解碼標(biāo)準(zhǔn)，、技術(shù)創(chuàng)新、等，應(yīng)用比較廣泛，作者將其應(yīng)用到的編碼（）部分（僅優(yōu)化當(dāng)前算法），根據(jù)統(tǒng)計選擇模式的都是邊緣豐富的宏塊，也證明的本文算法的合理性。下面是實驗結(jié)果，選擇視頻序列，格式。（接頁）的實現(xiàn)方法，創(chuàng)新之處：在下用工具箱構(gòu)造仿真對象模型，

12、對實際對象的運行情況進行仿真，并研究了整定算法在中的實現(xiàn)方法，給出了相應(yīng)的語句，對設(shè)計的的控制效果與普通控制器的效果進行了比較。此課題的研究，為控制組態(tài)軟件的開發(fā)提供了方便，同時增加了工控軟件包的控制功能和可靠性、通用性，特別是在參數(shù)整定時，在環(huán)境下，復(fù)雜控制算法的計算任務(wù)容易完成，把現(xiàn)場調(diào)試移到實驗室來處理，節(jié)省了大量調(diào)試時間和經(jīng)費開銷，對工業(yè)自動化水平的提高具有積極意義。以下兩幀為采用兩種算法對同一幀解碼得到的結(jié)果（同樣的比例縮小）：參考文獻(xiàn)：劉耀，李超良組態(tài)軟件架構(gòu)的研究與設(shè)計微計算機信息，：符林軍，王孟效調(diào)整系統(tǒng)控制量的模糊控制器的計算機設(shè)計與仿真微計算機信息，：張軍鋒，吳海峰，梁艷紅基于工具箱的模糊自整定控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)微計算機信息，：機械工業(yè)薛定宇控制系統(tǒng)仿真與計算機輔助設(shè)計北京：出版社，作者簡介：郭巍（），男，漢族，山東泰安人，碩士研究原算法本文算法由上面兩圖可發(fā)現(xiàn)本算法在保證了效果的同時，將速度提高了。論文創(chuàng)新點：提出一種選擇宏塊模式的算法，針對視覺特征，根據(jù)宏塊邊緣信息選擇分割方式，提高了整個幀間預(yù)測的速度，且保證了視覺效果和視頻質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：韓崇昭，鄭林等一種基于視覺模型的邊緣檢測閾值侯志強，選擇策略光電工程，：（），（），：數(shù)字音視頻