基于RX3i的流量控制系统设计

基于GE Rx3i控制器的流量控制系统设计摘要：本文通过介绍过程控制的历史发展，从而引出流量控制系统的设计。流量的控制系统设计：用电磁流量计采集流量信号，将采集到的流量信号转换成标准的电压信号，经过A/D转换（模拟量输入模块有此功能）送入控制器，流量的控制选用GE Rx3i 系统采用PID控制，将经过PID控制后的电压信号经D/A（模拟量输出模块有此功能）转换后送到调节阀，控制阀门的开合度从而实现流量的控制。

本文详细介绍了GE Rx3i系统，包括其操作系统PPS1．5和ME，各个模块的功能以及模块端口的定义如何实现PAC与计算机的联机，以及最后的编程。

关键词：PACSystems RX3i ，A/D ，D/A ，电磁流量计，PID，PPS1．5

GE Rx3i controller based on the flow control system

Abstract:This paper describes the historical development of process control，which leads to traffic control system．Design of Flow Control System：Electromagnetic flow meter signal acquisition, the collected traffic signals into a standard voltage signal, through A / D（Analog input module has this feature）converter into the controller，Traffic control system is used GERx3i PID control，PID control will go through after the voltage signal by the D / A (analogoutput module has this feature) converted taken control valve，control valve to open heterozygosity in order to achieve flow control ．

This paper describes the GE Rx3i system，including its operating system PPS1．5 and ME，the functions of each module and the module port definition of how PAC line

computer，and the final program．

Key words: PACSystems RX3i，A/D ，D/A，Electromagnetic Flowmeter，PPS1．5

目录

1 绪论 (1)

1．1 过程控制的发展 (1)

1．2 课题研究内容与意义 (2)

2 流量的检测 (3)

2．1 流量的概念 (3)

2．2 流量的检测方法 (3)

2．3 电磁流量计结构及测量原理 (3)

2．4涡街流量计测量原理 (5)

2．5转子流量计的特点及工作原理 (6)

2．6质量式流量计 (6)

2．7 A/D转换 (7)

2．8IC695ALG600的参数设置 (10)

3流量的控制 (11)

3．1 控制流程 (11)

3．2 控制算法 (12)

3．2．1 PID (12)

3．2．2数字式PID 控制算法 (12)

3．2．3微分项的改进 (14)

3．3系统的加速 (15)

3．4PID参数的整定 (15)

4控制系统的设计 (17)

4．1 PAC与PLC的比较 (17)

4．2 Proficy Process Systems简介 (18)

4．3 GE-Faunc公司的PAC (18)

4．2 PAC的组成 (20)

4．2．1 CPU模块 (20)

4．2．2 I/O模块 (20)

4．2．3 电源模块 (20)

4．3 PAC硬件连接 (20)

4．4 PAC与电脑主机的通信连接 (22)

4．5 PACI/O端口的定义 (24)

4．6 程序的编写与调试 (25)

结语 (27)

致谢 (28)

附录 (29)

参考文献 (33)

1 绪论

1.1 过程控制的发展

随着瓦特蒸汽机的发明和使用，人类的工业得到了快速的发展，将人们从繁重的劳动中解脱出来，大大的提高了生产力和劳动效率。随着工业进一步的快速发展和科技水品的提高，工业自动化成了势在必行的发展趋势。工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下,按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。工业自动化的实现是建立在自动控制系统的基础上的。而作为自动控制系统的核心—控制器，随着科技的发展和工业的高要求也在不断的更新。PLC作为现代工业控制的巨头，本次毕业设计用到的PACSystems 更是走在了控制器的前沿。

进入90年代以来，自动化技术发展很快，并取得了惊人的成就，已成为国家高科技的重要分支。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。

在本世纪40年代前后，工业生产大多处于手工操作的状态，人们主要是凭经验用人工去控制生产过程。生产过程中的参数靠人工观察，生产过程的操作也靠人工去执行。因此，当时的劳动效率是很低的。

40年代以后，生产自动化发展很快。尤其是近年来，过程控制技术发展更为迅速。纵观过程控制的发展历史，大致经历了下述几个阶段：

50年代前后，过程控制开始得到发展。一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。这是过程控制发展的第一阶段。这阶段主要的特点：检测和控制仪表普遍采用基地式仪表和部分组合仪表；过程控制结构大多数是单输入单输出系统；被控制参数主要是温度、压力、流量、液位四种参数；控制目的是保持这些参数的稳定，消除或减少对生产过程的主要扰动。

在60年代，随着工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的要求；随着电子技术的迅速发展也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表。为了满足定型、灵活、多功能的要求，有出现了组合仪表，它将各个单元划分为更小的功能块，以适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统的需要。

70年代以来，随着现代工业生产的迅猛发展，仪表与硬件的开发，微型计算机的开

发应用，使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制，或者用多台计算机对生产过程进行控制和经营管理，是这一阶段的主要特征。过程控制发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三阶段。在新型的自动化技术工具方面，开始采用微处理器为核心的智能单元组合仪表；在测量变送器方面，教为突出的成分在线检测与数据处理的应用日益广泛；在模拟式调节仪表方面，不仅Ⅲ型仪表产品品种增加，可靠性提高，而且是本质安全防爆，适应了各种复杂控制系统的要求。

1.2 课题研究内容与意义

本次课题的研究内容主要是学习流量的测量与控制。通过学习GE公司的PAC的相关模块的使用，了解工程控制系统搭建的一般工程，掌握过程控制系统相关信号的采集、控制的一般方法，并在此基础上通过调节控制参数深入理解各种控制算法的作用。

我们主要目的是利用GE公司提供的PAC控制器、电源模块、I/O接口模块、以太网模块和组态软件实现工程控制系统的设计。其次我们在设计中更好的了解PLC，让我们平时所学的理论在实际中得到更好的验证，体会理论与实际的区别，学会如何将理论加以改进，在实际的运用中得到更好的效果，为以后的工作做准备。

2 流量的检测

2.1 流量的概念

流量指单位时间内流体经过某一流通截面的流体数量，又称为瞬时流量。流体可以是气体、液体、固体颗粒等流动的物体，也可以是他们的任意组合。当流体以体积表示时称为体积流量，当流体以质量表示时称为质量流量，其表达式为

00lim

lim t t v dv qv vA t dt M dM qm vA t dt ρ?→?→?===??===? 上式中：V 为流体的体积；M 为流体的质量；ρ为介质的密度；v 为流体的平均流速；A 为流通截面的面积。质量流量和体积流量的关系为qm=ρqv 。

2.2 流量的检测方法

流量的检测方法繁多。根据流量的定义，流量最直接的检测方法为体积法和质量法两大类：

（1）差压式流量测量法：利用流体流过通道中阻力件时产生的压力差与流量之间的确定关系求得流量。

（2）容积式流量测量法：利用标准容积的容器，接连不断的对流动介质进行测量从而直接确定流量。

（3）流速式流量测量法：通过测量管道截面上流体平均流速来测量流量。

（4）直接式：直接检测与质量与流量成正比的参量来计算质量流量。

（5）间接法：同时测量体积流量和流体密度来计算质量流量。

2.3 电磁流量计结构及测量原理

测量流量的传感器有很多种，此次毕业设计选用的传感器是电磁流量计。电磁流量计由磁路系统、测量管和电极及壳体组成。

电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理制成的一种流量计。当被测流体在磁场中沿着垂直于磁感线方向流动从而切割磁感线时，在对称安装在流通通道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势大小可表示为：

E=BDV ，

公式中的E 表示感应电动势；B 表示此磁感应强度；D 为通道内径；V 为测量管内

电极截面上的平均流速。由此可得管道的体积流量为：

q v＝πD2 V/4＝πDE/4B=KE/B(其中K=πD/4)

由上式可见，体积流量q v与感应电动势E和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。

在实际工作中，电磁流量计多采用交变磁场，由电流激磁线圈产生。设B=Bmsinwt E=4q v Bmsinwt/Dπ=Kq v（其中K=4Bmsinwt/Dπ）。该式说明只要测量出电动势E的大小，流量即可得出。

通常电磁流量计测到的电流电压信号不是标准的信号从而无法直接从输入端口输入，因此需要用测量转换器进行转换，转换成标准的信号。测量转换器由线圈励磁电路和传感器输出转换电路组成。图2-3-1是电磁流量传感器测量原理转换原理图，励磁电路向传感器线圈提供恒流1/8工频矩形波励磁电流；前置放大电路进行阻抗转换，抑制共模干扰；放大电路作量程转换，隔离直流电干扰电势；同步采样主要是为了除去正交干扰、串模干扰，输出直流电压信号；V/f（电压/频率）转换电路把流量信号转换为频率信号，用作累计总量的数字量输出；频率信号经过f/I（频率/电流）转换器转换为4-20mA的直流电信号输出。

图2-3-1

本次毕业设计我所选用的电磁流量计为江苏国仪自动化仪表有限公司提供的卫生型电磁流量计。此流量计主要工作的对象是导电液体（我主要测量自来水的流量）流量计主要参数：

环境温度：-25℃～+60℃；

流体温度：-25℃≤介质温度＜130℃

相对湿度：5%～90%

测量精度：±0．5%

重复性：0．25%

电源：220V AC±20% 60HZ．(24VDC．可选)

模拟电流输出：负载电阻：0～1．5KΩ时0～10mA；0～750Ω时4～20mA，

流动方向：正，反。

此款流量计已经进行了测量转换，所以不用另外的测量转换电路，由于流量计得到的信号是模拟量，经过A/D转换后，才可以送入PAC进行处理。

2.4 涡街流量计测量原理

当非流线型阻流体(bluff body)垂直插入流体中，随着流体流动，阻流体就产生漩涡分离，这些漩涡形成了多少有些规则的排列，称此排列为涡街(如图2-4-1所示)。根据卡曼原理，大多数排列情况或多或少地有些不稳，只有排列成两排内旋且相互交错的漩涡列，涡列宽度h 与漩涡间距l 之比

这样的涡列才是稳定的，称为卡曼涡街(Karman V ortex Street)，产生卡曼涡街的阻流体称为漩涡发生器。根据卡曼涡街原理，漩涡频率 f 与平均流速v，涡列宽度 b 有如下关系

式中，v—漩涡发生体两侧的平均流速，米/ 秒；b—漩涡发生体特征宽度，米；S—斯特劳哈(Strouhal)数，无量纲，在一定的雷诺数范围内为常数。

由传感器检测漩涡发生器的挠性振动，经过信号转换即可获得测量管中流体流量。

图2-4-1

2.5 转子流量计的特点及工作原理

转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径D<150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。

转子流量计由两个部件组成，转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管；转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。转子流量计当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力（这个力的大小随流量大小而变化）；当流量足够大时，所产生的作用力将转子托起，并使之升高。同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，从上端流出。当被测流体流动时对转子的作用力，正好等于转子在流体中的重量时（称为显示重量），转子受力处于平衡状态而停留在某一高度。分析表明；转子在锥形管中的位置高度，与所通过的流量有着相互对应的关系。因此，观测转子在锥形管中的位置高度，就可以求得相应的流量值。

为了使转子在在锥形管的中心线上下移动时不碰到管壁，通常采用两种方法：一种是在转子中心装有一根导向芯棒，以保持转子在锥形管的中心线作上下运动，另一种是在转子圆盘边缘开有一道道斜槽，当流体自下而上流过转子时，一面绕过转子，同时又穿过斜槽产生一反推力，使转子绕中心线不停地旋转，就可保持转子在工作时不致碰到管壁。转子流量计的转子材料可用不锈钢、铝、青铜等制成。

2.6 质量式流量计

流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，它是科里奥利在1832年研究水轮机时发现的，简称科氏力。质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的T型振管，中部装有驱动线圈，两端装有拾振线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周期振动工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的拾振线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。安装在传感器器振管上的铂电阻可间接测量介质的温度。

测量管道内质量流量的流量测量仪表。在被测流体处于压力、温度等参数变

化很大的条件下，若仅测量体积流量，则会因为流体密度的变化带来很大的测量误差。在容积式和差压式流量计中，被测流体的密度可能变化30％，这会使流量产生30～40％的误差。随着自动化水平的提高，许多生产过程都对流量测量提出了新的要求。化学反应过程是受原料的质量(而不是体积)控制的。蒸气、空气流的加热、冷却效应也是与质量流量成比例的。产品质量的严格控制、精确的成本核算、飞机和导弹的燃料量控制，也都需要精确的质量流量测量。因此质量流量计是一种重要的流量测量仪表。

质量流量计是采用感热式测量，通过分体分子带走的分子质量多少从而来测量流量，因为是用感热式测量，所以不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果。质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，相信将在推动流量测量上显示出巨大的潜力。质量流量计是不能控制流量的，它只能检测液体或者气体的质量流量，通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值。但是，质量流量控制器，是可以检测同时又可以进行控制的仪表。质量流量控制器本身除了测量部分，还带有一个电磁调节阀或者压电阀，这样质量流量控制本身构成一个闭环系统，用于控制流体的质量流量。质量流量控制的设定值可以通过模拟电压、模拟电流，或者计算机、PLC提供。

2.7 A/D转换

由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等)，要使计算机或数字仪表能识别。处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号。

由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为：取样、保持、量化和编码。

CP S

S ADC 取样保持电路

ADC的量化编码电路...D D D n-11

v I （t ）v I （t ）

输入模拟电压取样展宽信号

数字量输出（n位）

2-7-1A/D 转换原理图 取样定理：

fs>2fimax

式中f S 为取样频率，f imax 为输入信号v I 的最高频率分量的频率。因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压保持一段时间。可见，进行A/D 转换时所用的输入电压，实际上是每次取样结束时的v I 值。 取样—保持电路: 电路组成及工作原理（取Ri =Rf ）N 沟道MOS 管T 作为开关用。当控制信号v L 为高电平时，T 导通，v I 经电阻Ri 和T 向电容C h 充电。则充电结束后v O=－v I=v C 。控制信号返回低电平后，T 截止。C h 无放电回路，所以v O 的数值可被保存下来

R R i

f

I v L

v T A C h v o

2-7-2保持电路图

(1)．逐次逼近法

逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。

采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图3-3所示。

图2-7-3

基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。

逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为Ｖo，与送入比较器的待转换的模拟量Ｖi进行比较，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的Ｖo再与Ｖi比较，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。

A/D转换器的主要技术指标

1．转换精度

1）分辨率——说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。

一般以输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电压一定时，输

出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。

（2）转换误差——它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。

2．转换时间——指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。

并行比较A/D转换器转换速度最高；逐次比较型A/D转换器次之；间接A/D转

换器的速度最慢。

2.8 IC695ALG600的参数设置

PAC中的IC695ALG600是一个8通道模拟量输入模块，它里面就有A/D转换的功能。在进行A/D转换时，先选择哪一个或几个通道。在选定的通道内进行设置，就A/D 转换的类型而言就有许多如：V oltage/Current Thermocouple RTD等。我所选用的是V oltage/Current ，输入信号时电压信号。之后就来设定我的输入电压的范围。在range type 中选择V oltage/Currentchannel在range中选择范围，有多种选择根据实际情况进行选择，我选的就是0V- 10V再在value format中选择是16位还是32位，我选的就是32位。其他的选项需要修改的部分在都会用黑色的字体提示。根据自己的选择进行修改。如我的选择如下图所示：

图2-8-1

3流量的控制

3.1 控制流程

控制量流量的时延很小，所以不用滞后超前校正环节，直接根据偏差来进行调节，采用闭环控制。闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会被反送回来影响控制器的输出，形成一个或者多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈之分，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，因此又称负反馈控制系统。

图 3-1-2控制流程图

+

- + + + c(t)

u(t) e(t) r(t) 比例 积分

微分 调节阀 图3-1-1流量控制方框图 初值设定

计算初值与返回值的差值△Q

△Q=0 返回

△Q ＞0

加大阀门开合度 Y N

Y

减小阀门开合度

N

3.2 控制算法

3.2.1 PID

PID 控制算法是一种基于偏差在“过去、现在和将来”信息估计的有效而简单的控制算法。而采用PID 控制器的控制系统其控制品质的优劣在很大程度上取决于PID 控制器参数的整定。PID 控制器参数整定，是指在控制器规律己经确定为PID 形式的情况下，通过调整PID 控制器的参数，使得由被控对象、控制器等组成的控制回路的动态特性满足期望的指标要求，达到理想的控制目标。

对于PID 这样简单的控制器，能够适用于广泛的工业与民用对象，并仍以很高的性价比在市场中占据着重要地位，充分地反映了PID 控制器的良好品质。概括地讲，PID 控制的优点主要体现在以下两个方面: 原理简单、结构简明、实现方便，是一种能够满足大多数实际需要的基本控制器; 控制器适用于多种截然不同的对象，算法在结构上具有较强的鲁棒性，确切地说，在很多情况下其控制品质对被控对象的结构或参数摄动不敏感。 PID 控制器是一种基于偏差在“过去、现在和将来”信息估计的有效而简单的控制算法。而采用 PID 控制器的控制系统其控制品质的优劣在很大程度上取决于 PID 控制器参数的整定。PID 控制器参数整定，是指在控制器规律己经确定为PID 形式的情况下，通过调整PID 控制器的参数，使得由被控对象、控制器等组成的控制回路的动态特性满足期望的指标要求，达到理想的控制目标。

3.2.2 数字式 PID 控制算法

在计算机控制系统中，使用的是数字PID 控制器，数字PID 控制算法通常又分为位置式HD 控制算法和增量式PID 控制算法。（1）位置式PID 控制算法由于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，故对式(2-1)中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。按模拟PID 控制算法的算式(2-1)，现以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以和式代替积分，以增量代替微分，则可以作如下的近似变换: 000t=kT(k=0,1,2)()()()()e(kT)-e(k-1)T e(k)-e(k-1)t k k j j e t dt e jT T e j de t dt T T ==?? ? ? ? ?≈= ? ? ?≈= ???

∑∑? (2-3) 显然，上述离散化过程中，采样周期T 必须足够短，才能保证有足够的精度。为了书写方便，将e(kT)简化表示成e(k)等，即省去T 。将式(2-3)代入式(2-1)，可以得到离散的PID 表达式为: 0(){()()[()(1)}1k D p j T T u k K e k e j e k e k T T

==++--∑ (2-4)

中式:

k — 采样序列号;

u(k)— 第k 次采样时刻的计算机输出值;

e(k)—第k 次采样时刻输入的偏差值;

e(k-1)— 第k-1次采样时刻输入的偏差值；

K I — 积分系数，K I ＝Ｋ P Ｔ/T I

Ｋ D —微分系数，Ｋ D Ｔ D

/Ｔ。 我们常称式(2-4)为位置式PID 控制算法。

对于位置式PID 控制算法来说，位置式PID 控制算法示意图如图4-2-1所示，由于全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对误差进行累加，所以运算工作量大。而且如果执行器(计算机)出现故障，则会引起执行机构位置的大幅度变化，而这种情况在生产场合不允许的，因而产生了增量式PID 控制算法。

(2)增量式PID 控制算法

所谓增量式PID 是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δ(k)。增量式PID 控制系统框图如图2-3所示。当执行机构需要的是控制量的增量时，可以由式(2-4)导出提供增量的PID 控制算式。根据递推原理可得:

k-1

p I d j=0u(k-1)=K e(k-1)+K e(j) +K [e(k-1)-e(k-2)] （2-4） +

- r(t) e(t) Δu c(t) PID 增量算法 调节阀 流量

图3-2-2增量型控制示意图 +

- r(t) e(t) u c(t)

PID 位置算法 调节阀 流量 图3-2-1位置型控制示意图

用式(2-3)减去式(2-4)，可得：

p I D u(k)=u(k-1)+ K [e(k)-e(k-1)]+K e(k)+K [e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] （2-5） 式(2-5)称为增量式PID 控制算法。

增量式控制算法的优点是误动作小，便于实现无扰动切换。当计算机出现故障时，可以保持原值，比较容易通过加权处理获得比较好的控制效果。

在PID 增量算法中，由于执行元件本身是机械或物理的积分储存单元，如果给定值发生突变时，由算法的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大，如果该值超过了执行元件所允许的最大限度，那么实际上执行的控制增量将时受到限制时的值，多余的部分将丢失，将使系统的动态过程变长，因此，需要采取一定的措施改善这种情况。

纠正这种缺陷的方法是采用积累补偿法，当超出执行机构的执行能力时，将其多余部分积累起来，而一旦可能时，再补充执行。

3.2.3 微分项的改进

1)不完全微分PID 控制算法

在PID 控制中，微分信号的引入可改善系统的动态特性，但也易引起高频干扰。在误差扰动突变时尤其显出微分项的不足。若在控制算法中加入低通滤波器，则可使系统性能得到改善。

1．不完全微分型PID 算法传递函数为式（2-6），传递函数框图如图4-2-3所示：

?????? ??++???? ??+=1111)(S K T S T S T K S G D D D I P C

(2-6)

图3-2-3 不完全微分型PID 算法传递函数框图

2

．完全微分和不完全微分作用的区别

图3-2-4 完全微分和不完全微分作用的区别

3、不完全微分型PID 算法的差分方程

[][])1()()1()()1()(--++--++

-=n u n e T K T T n e n e T K T T n u n u D D D D D D D D (2-7)

[])1()()()(--+=?n u n u K n u T T K n u D D P D I P

(2-8) 3.3 系统的加速

在增量式算法中，比例项与积分项的符号有以下关系：如果被控量继续偏离给定值，则这两项符号相同，而当被控量向给定值方向变化时，则这两项的符号相反。

由于这一性质，当被控量接近给定值的时候，反号的比例作用阻碍了积分作用，因而避免了积分超调以及随之带来的振荡，这显然是有利于控制的。但如果被控量远未接近给定值，仅刚开始向给定值变化时，由于比例和积分反向，将会减慢控制过程。

为了加快开始的动态过程，我们可以设定一个偏差范围v ，当偏差|e(t)|< β时，即被控量接近给定值时，就按正常规律调节，而当|e(t)|>=β时，则不管比例作用为正或为负都使它向有利于接近给定值的方向调整，即取其值为|e(t)-e(t-1)|，其符号与积分项一致。利用这样的算法，可以加快动态过程。

3.4 PID 参数的整定

PID 参数的设定一般是根据经验设定一个经验值。比如我的流量控制系统，因为流量没有多大的时延，所以只需要设定比例和积分常数。根据经验一般将比例常数设定为P （%）40--100，我设定是80，将积分常数设定为I （%）0．1—1，我设定的为0．5，在根据实际的调试过程来修改。

在GE 中的PID 参数设定有点特殊，首先选择PID 的控制模块，我选的就是PID IND 就是说该模块的输入数据都是整型的，在设定PID 模块的物理地址，我设定的为R00020，该模块有39个需要设定的位子分别对应着不同的物理地址，其首地址便是R00020。如采样周期对应的便是第二个，一次其物理地址便是R00022，其时间的设定范围是0-65535，对应的时间是0-10．9分，根据自得时间算出对应的值。如我选用的是10秒，

所以设定值大约是1000。因此选一个MOV INT将1000送到R00020中即可。对于比例常数、积分常数和微分常数分别对应05、06、07，因为这几个参数的物理地址相距较近，所以可以选用一个BLK MOV INT一起送到PID模块中。

4控制系统的设计

4.1 PAC与PLC的比较

PAC这一术语，它定义了一种新类型的控制器。该控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性。PAC采用现有的商业化技术(COTS)，非常适合于工业化环境，它具有可伸缩性，易于维护和具有较低的发生故障时间等特性。

说到PAC就不的不说到PLC，PAC是PLC新一代的产品，其特点与PLC有许多相似之处。PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便等优点。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，还有在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作和按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的——离散量的数据采集监视。

虽然PAC形式与传统PLC很相似，但性能却广泛全面得多。PAC是一种多功能控制器平台，用户可按照自己意愿组合、搭配和实施的技术和产品以实现功能的侧重，因为基于同一发展平台进行开发，所以采用PAC系统保证了控制系统各功能模块具有统一性，而不仅是一个完全无关的部件拼凑成的集合体。

PAC与PLC最根本的不同在于它们的基础不同。PLC性能依赖于专用硬件，PAC 的性能是基于其轻便控制引擎，标准、通用、开放的实时操作系统，嵌入式硬件系统设计以及背板总线。

PLC的用户应用程序执行是通过硬件实现的，而PAC设计了一个通用软件形式的控制引擎用于应用程序的执行，控制引擎位于实时操作系统与应用程序之间，这个控制引擎与硬件平台无关，可在不同平台的PAC系统间移植。因此对于用户来说，同样的应用程序不需修改即可下载到不同PAC硬件系统中，用户只需根据系统功能需求和投资预算选择不同性能PAC平台。这样，根据用户需求的迅速扩展和变化，用户系统和程序无需变化，即可无缝移植。

PAC特性：

1．高速处理器，无信息瓶颈的快速吞吐率专利技术。

2．每个模块槽的双背板总线支持（老的90-30背板总线和新的PCI总线）。

3．新推出的基于PCI高速吞吐率的先进的I/O 模块。