一种新型PID算法在液压实验台中研究和应用

学校实验室中存在旧型闲置的设备的重新开发与利用是一项是否有意义的工作，利用数据采集技术进行设备改造是解决此类问题的有效途径之一。 早期的液压设备试验系统大部分按照“传感器+模拟二次仪表”的模式组成，在试验过程中，一般由模拟记录仪器在纸上记录试验曲线或由试验人员读取并记录试验数据，然后试验人员根据试验曲线和数据手工处理，得到设备的性能。对于像阀门快开、快关这样的快速性试验，往往是通过人的经验来判断设备是否工作正常。显然用这种试验方法得到的结果带有严重的人为误差，效率低、精度差，而且试验过程操作繁琐、分析不方便。因此针对上述情况，本文设计了一套液压设备的数据采集与分析系统,应用表明该系统能有效地克服上述缺点。 1． 硬件的组成和工作原理 图1为实验台的信号控制原理图。信号采集通过传感器，信号采集模块Easy-IO-UI模块，计算机和数据总线完成。传感器的信号线分为两路，其中一路接入二次仪表，进行数字显示；另一路经过Easy模块接入计算机中，从传感器输出的是4-20mA电流信号。E-IO-AO-02提供分辨率12bit的模拟量输出，精度达到0.1%，能满足控制的需求。 图1系统控制图 系统为一闭环控制系统，对AO模块的要求很高，最后选择了巨腾公司的E-IO-AO-02模块。因为该模块有以下优点：1、采用泛用型模拟输入及隔离技术，并以系统芯片（SOC）科技设计而成；2、两路模拟量输出，特别是电流和电压可选的特点使得在控制中根据需要选择不同的电压和电流；3、可现场升级隔离设计，增强了系统的抗干扰能力和为以后系统的升级提供了基础；4、提供了RS485接口可以满足工业中网络和远距离的控制。 2． PID算法 2.1 控制原理 PID控制是最早发展起来的控制策略之一，因为它所涉及的设计算法和控制结构都很简单，且十分适用于工程应用背景，此外PID控制方案并不要求精确的受控对象的数学模型，且采用PID控制效果一般是比较令人满意的，所以PID控制器是一种应用比较广泛的一种控制策略。 2.2 积分饱和作用及其抑制措施 在常规PID算法中，当有较大的扰动量存在或较大幅度改变给定值时，由于此时有较大偏差，当系统有较大惯性和滞后时，在积分项的作用下往往会产生较大的超调和较长时间的波动。 在调节过程中，控制变量因受到执行机构的约束在有限的范围内，那么控制可按预期结果运行，一旦超出了范围，那么实际执行的控制量不再是计算值，由此将引起不期望的效应，即饱和效应。当出现积分饱和时，必然造成超调量增加使调节品质变坏。为了克服饱和积分作用采取变速积分法。 在PID算法中，由于积分增益是常数，所以在整个控制过程中，积分增量不变。而系统对积分项的要求是系统偏差大时积分作用减弱以至全无，而在小偏差时则应加强。否则，积分系数取大了会产生超调，甚至积分饱和。取小了又迟迟不能消除静差。因此，如何根据系统的偏差大小改变积分的速度，对提高调节品质是至关重要的问题。采用变速积分PID，能较好地解决这一问题。 变速积分法的基本思想是设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢，反之则越快。 4． 结束语 实验室里的旧置实验台加装数据采集系统后，实验的速度、实验精度和先进程度都得到了提高，并且实现了实验过程的全自动化。操作简便，人机界面友好，同时该系统与带微机自动采集系统的新实验机从性价比上讲，前者远远高于后者，老机新用，可以节约大量资金，在生成、科研、教学上有着良好的应用前景。 5． 文献 [1] 周连山 庄显义编著 液压系统的计算机仿真 国防工业出版社 1986 [2] 黄大卫 编著 数字滤波器 中国铁道出版社 1991年 [3] 丁玉美，高西全编著 数字信号处理 西安电子科技大学出版社 1994年