冷冻空调控制.doc

冷凍空調控制 P I D 調控控制系統的結構 一個控制系統包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執行機構﹑輸入輸出接口﹐見圖。控制器的輸出經過輸出口﹑執行機構﹐加到被控系統上﹔控制系統的被控量﹐經過傳感器﹐變送器﹐通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統﹐其傳感器﹑變送器﹑執行機構是不一樣的。比如一個電加熱爐控制系統﹐被控制量是溫度﹐傳感器是溫度傳感器。壓力控制系統要採用壓力傳感器。 開環控制系統 開環控制系統(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響，如圖所示。在這種控制系統中，不依賴被控量反送回來以形成任何閉環回路。開環控制系統的例子很多，如汽車引擎的空轉速率控制系統一般的洗衣機，它的洗衣時間完全由人為操作來判斷與估計。圖中擾動量是指系統的干擾(disturbance)，定是指系統的參考輸入(reference input)，被控制量是指被控對象的輸出，控制訊號是指控制器的輸出。 閉環控制系統 閉環控制系統(closed-loop control system)的特點是系統被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋訊號與系統給定值訊號相反，則稱為負反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環控制系統均採用負反饋，又稱負反饋控制系統。圖一個閉環控制系統(負反饋)的結構圖。閉環控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環控制系統，當他去拿東西的時候，眼睛是感測器，充當反饋，人體系統能過不斷的修正最後拿到所要取的東西。當然，如果這個人是一個瞎子，他沒有眼睛，不能看見所要拿的物品，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環控制系統。另一個例子是洗衣機，當一台真正的全自動洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗清及在洗清之後能自動切斷電源的裝置的時候，它就是一個閉環控制系統。 階躍響應 圖表示的是一個系統的階躍響應(step response) 。階躍響應是指將一個階躍輸入（step function）加到系統上時系統的輸出﹐如圖中紅線所示。穩態誤差是指系統的響應進入穩態後﹐系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能指標可以用穩、準、快三個字來描述。穩是指系統的穩定性(stability)，一個系統要能正常工作，首先必須是穩定的，從階躍響應上看應該是收斂的﹔準是指控制系統的準確性、控制精度，通常用穩態誤差來(Steady-state error)描述，它表示系統輸出穩態值與期望值之差﹔快是指控制系統響應的快速性，通常用上升時間來描述。 圖 開環控制系統的結構圖 圖?? 閉環控制系統的結構圖 圖 ?? 閉環控制系統的階躍響應 PID控制器就是根據系統的誤差利用比例積分微分計算出控制量，圖中給出了一個PID控制的結構圖 圖 ???? PID控制的結構圖 PID控制器 在實際工程中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例積分微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近60年的歷史了，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制主要和可靠的技術工具。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它設計技術難以使用，系統的控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統的參數的時候，最適合採用PID控制技術。 比例積分微分控制包含比例、積分、微分三部分，實際工程中也有PI和PD控制器。PID控制器就是根據系統的誤差利用比例積分微分計算出控制量 比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差訊號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。 積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的積分成正比關係。對一個自動控制系統，如果在進入穩態後存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（System with Steady-state Error）。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取關於時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等於零。 因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態後無穩態誤差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分（即誤差的變化率）成正比關係。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性的元件（