[发明专利]用于过程检测系统的控制装置

说明书

本发明涉及一种用于各种过程检测系统中的控制装置，特别是，涉及这样一种控制装置，当操作变量偏离上限、下限值和变化率限制值之一时，它控制速度型Ⅰ控制输出而又不略去速度型PD控制输出或速度型P控制输出，这样，操作变量能够与实际过程中的各种限制条件相适应。

PID（P∶比例，I积分，D∶微分）控制装置广泛用于工业领域的检测系统中，对工厂过程控制的检测系统来说是必不可少的，用于PID控制装置的PID计算方法分为模拟和数字的计算方法两种，目前的PID控制装置很多使用数字计算方法。

PID计算方法中一种PID算法的基本公式是：

MV＝KP｛e+（1/T_I）∫edt+T_D（de/dt）+MV₀｝（1）

这里，MV是操作变量，e是偏差，Kp是比例增益系数，T_r是积分时间，T_D是微分时间，MV₀是操作变量的初始值。

采用基本公式（1）的数字计算方法有预定的采用样周期τ，在每一采样周期τ中进行采样以得到执行计算所必需的数据，所以，如果当前的采样时刻用nτ表示（n为整数），则前一次采样时刻为（n-1）τ，在当前采样时刻从控制系统得到的偏差可由e_n表示，而在前一次采样时刻的偏差可由e_n-1表示：

数字计算方法也有两种，一种是位置计算方法，另一种是速度型计算方法。在位置计算方法中，每一采样周期中直接计算出总的操作变量MV_n，在速度型计算方法中，在每一采样周期中，计算出即时操作变量的变化△MVn，该变化△MVn加到前面的操作变量MV_n-1上，由此得到当前的操作变量。

所以，当用PID算法的基本公式（1）来进行位置计算方法时，操作变量MVn表示为：

MVn=Kp ｛en+(τ/T1)Σi=1n+(TD/τ)(en-en-1)｝ (2)]]>

在速度型计算方法中，操作变量MVn表示为：

△MVn＝Kp｛（e_n-e_n-1）+（Cτ/T_l）e_n+（T_D/τ）

（e_n-2e_n-1+e_n-2）｝（3a）

MVn＝MV_n-1+△MVn（3b）

下面对这两个公式，即公式（2）和包括式（3a）和（3b）的公式（3）加以比较。

由公式（3）给出的速度型PID算法具有下列特点：

（a）积分项中没有3∑，计算得以简化;

（b）在手动和自动方式之间进行切换时，把在当前的手动操作中得到的操作变量代替等式（3b）中的MV_n-1随后，选择自动控制方式，将从下次采样时刻得到的变化量△MV_n加到变量MV_n-1上，这样，控制可继续进行，从而，手动-自动开关可容易地实现平稳的切换;

（c）可以容易地完成积分饱和的重新调节，以及

（d）由于只需得到操作变量的变化，增益系数容易修正，易于进行处理其它变量的复杂计算。

所以，速度型PID计算方法常用于采用计算机的DDC（直接数字控制）中。