粉状铵梯炸药生产智能控制系统的应用研究 第4页
其中的几种技术相互融合起来取长补短，那么就可以实现功能和可靠性更
为强大的智能控制系统。并提出更适合炸药生产工艺过程的优化控制方
案，自动适应冬夏气候变化、昼夜温差变化、车间机器分布和发热不均等
复杂工况。实现多工况多控制状态的自适应控制，车间温度误差+1℃.湿
度+2%的控制目标；对控制系统的硬件、软件进行设计。最后结合实际对
其进行综合评价。粉状铵梯炸药筛凉药工房内不同温度与湿度对照表如表
1-1。当温度稳定在某一数值时，湿度必须满足小于等于表格中相对应的
值。
表1-1筛凉药工房内不同温度与湿度对照表：
温度
(℃)
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
湿度
(HR)
65 64 63 63 62 61 61 60 60 59 59 58 58 57 57
全文共分六章，内容安排如下:
第一章是绪论。
第二章对各种控制方法的基本原理作了综述。
第三章提出了一种模糊自适应PID控制方法，给出了该控制器的结构与设
计方法，以及实现其算法的详细推导过程。
第四章是对粉状铵梯炸药生产过程温湿度控制系统硬件进行设计。
第五章给出了模糊自适应PID控制器的仿真结果及其结论。
第六章结束语8
2控制系统的理论基础
本章内容包括PID控制原理、自适应控制原理和模糊控制理论三部分。
由于PID控制原理、自适应控制原理发展较早，而且理论也非常完善，所
以本章仅对模糊控制理论做重点叙述。
2.1 PID控制原理
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和
可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，至今仍有90%左右的控制回路具
有PID结构。
下面对过程控制中常见的PID控制作一简单介绍
[4]
:
在模拟控制系统中，常规PID控制原理框图如图2-1所示，系统由PID控
制器和被控对象组成。
图2-1 PID控制原理框图
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控
制偏差:
E(t)=r(t)?c(t)……………………………………（2-1）
将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行
控制，故称PID控制器。其控制规律为
T—微分时间常数，它
所对应的连续时间系统传递函数形式：
比例
积分
微分
被控对象
e(t)u(t)c(t)9
)1
==++………………（2-4）
简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下:
1比例环节
即时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器
立即产生控制作用，以减少偏差。比例系数
P
K的作用在于加快系统的响
应速度，提高系统调节精度。
P
K越大，系统的响应速度越快，过渡过程
越短，系统的调节精度越高，也就是对偏差的分辨率(重视程度)越高，但
将产生超调，甚至导致系统不稳定。
P
K取值过小，则会降低调节精度，
尤其是使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。
故而，比例系数
P
K，选择必须适当，才能取得过渡时间少、静差小而又
稳定的效果。
2积分环节
只要存在偏差，则它的控制作用就会不断增加。只有在偏差e(t)=0
时，它的积分才会为一个常数，控制作用才是一个不会增大的常数。可见，
积分部分的作用可以消除系统的偏差。只要系统有误差存在，积分控制器
就不断地积累，输出控制量，以消除误差。因而，只要有足够的时间，积
分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。积分时
间常数
I
T对积分部分的作用影响极大。当
I
T较大时，则积分作用较弱，这
时，系统的过渡过程不易产生振荡。但是消除偏差所需的时间较长。当
I
T
较小时，则积分作用较强。这时系统过渡过程中有可能产生振荡，但消除
偏差所需的时间较短。
3微分环节
微分环节能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)。微分作用系数
D
K
的作用在于改善系统的动态特性。在响应过程中抑制偏差向任何方向的变
化，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正
信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。对偏差变化进行提前预
报。但
D
K过大。则会使响应过程过分提前制动，从而延长调节时间.而且
系统的抗干扰性能较差。10
2.1.1数字PID控制算法
在当前常见的计算机控制系统中，使用的是数字PID控制器，PID控
制算法通常又分为位置式PID控制算法和增量式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，因此位置式PID控制算法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，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，则可作如下近似
变换:
Pi
………………（2-5）
式中k—采样序号，k=0,1,2,3…;
u(k)—第k次采样时刻的计算机输出值;
e(k)—第k次采样时刻输入的输出值;
e(k?1)—第(k-1)次采样时刻输入的输出值;
这种算法的缺点是，由于是全量程输出，所以每次输出均与过去的状
态有关，计算时要对e(k)进行累加，计算机运算工作量大。而且，因为计
算机输出的u(k)对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u(k)的
大幅度变化，会引起执行机构位置的大幅度变化，这种情况往往是生产实
践中不允许的，在某些场合，还可能造成重大的生产事故，因而产生了增
量式PID控制的控制算法。所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控
制量的增量△u(k)。
增量式PID控制算法，当执行机构需要的是控制量的增量(例如驱动
步进电动机)时，可由上式(2-5)导出提供增量的PID控制算式。根据递推
原理可得

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