發(fā)表于：2004/3/22 14:02:00
#0樓
計(jì)算機(jī)時(shí)代的自控調(diào)節(jié)路條條，何必“穿PC新鞋，走PID老路”
——一種“傻瓜溫控”程序的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)的思考
打開(kāi)溫度控制儀表產(chǎn)品目錄，控制效果好一點(diǎn)的表，都標(biāo)明用“PID調(diào)節(jié)”，至少要設(shè)置“控制周期”“比例系數(shù)”“積分時(shí)間”“微分時(shí)間”等參數(shù)，非控制專業(yè)的操作者很難理解這些參數(shù)的意義，即便是控制專業(yè)的操作者，知到其意義，但對(duì)新設(shè)備，這些參數(shù)應(yīng)設(shè)成多少，也不得而知，只好試驗(yàn)得出。更好一點(diǎn)的表，可以“自整定”，自動(dòng)測(cè)出這些參數(shù)。溫度控制儀表按這些參數(shù)去控制設(shè)備的溫度。
最近，用全新的思路，研究出一種精簡(jiǎn)的溫控程序（只有近2K字節(jié)的單片機(jī)程序），由于不需輸入意義不太準(zhǔn)確的參數(shù)，也不需“自整定”操作，就能控制不同設(shè)備的溫度，我把它叫做“傻瓜溫控”，幾乎做到“即插即用”。
"傻瓜溫控"與普通的PID調(diào)節(jié)比：
1、不需自整定，調(diào)節(jié)參數(shù)只有一個(gè)，是設(shè)備說(shuō)明書上就有的——被控設(shè)備的使用溫度上限
2、調(diào)節(jié)過(guò)程中，超調(diào)小，波動(dòng)次數(shù)少
3、改變?cè)O(shè)定值，跟蹤設(shè)定值快
4、可用于相互干擾的多點(diǎn)溫控，如橡膠硫化壓力機(jī)的上下模板溫控。（此情況下PID調(diào)節(jié)無(wú)法自整定）
5、有自我完善能力，但不強(qiáng)。
6、本身是自適應(yīng)的，自然不怕設(shè)備的參數(shù)變化
程序空間大時(shí)，還可做的精致些。
這是我第二個(gè)不用“PID調(diào)節(jié)”模式的控制程序。
開(kāi)始編程時(shí)，翻看有關(guān)自控調(diào)節(jié)理論書籍。幾乎所有書籍都是講“PID調(diào)節(jié)”，只有這一種思路。
從中看到：傳統(tǒng)自控理論對(duì)各種被控對(duì)象特點(diǎn)作了充分的研究，并建立了數(shù)學(xué)模型，但模型幾乎都?xì)w結(jié)為RLC網(wǎng)絡(luò)(電阻、電感、電容組成的電路）。于是在研究如何控制時(shí)，也集中于對(duì)RLC網(wǎng)絡(luò)(電阻、電感、電容組成的電路）的研究，抽象出“比例系數(shù)”“積分時(shí)間”“微分時(shí)間”等調(diào)節(jié)參數(shù)，由于完全數(shù)學(xué)化，其計(jì)算公式復(fù)雜深?yuàn)W，很難與被控物理對(duì)象進(jìn)行感性聯(lián)想。
本來(lái)，熱力學(xué)有自己的參數(shù)：溫度、熱能、比熱、熱導(dǎo)、散熱等；動(dòng)力學(xué)也有自己的參數(shù)：力、質(zhì)量、力矩、速度、加速度、動(dòng)能、位能等。根據(jù)這些參數(shù)及其自身變化規(guī)律（計(jì)算公式），就不能實(shí)施好控制？為甚麼一定要轉(zhuǎn)換為電路模型，用那一套轉(zhuǎn)遞函數(shù)？
從一些書中找到答案：計(jì)算機(jī)時(shí)代前，不管您是熱力學(xué)，還是動(dòng)力學(xué)的控制系統(tǒng)，只要用電控制，控制回路只能由RLC網(wǎng)絡(luò)加運(yùn)算放大器組成。控制輸出的改變，不能想大就大、想小就小，反饋信號(hào)（偏差）通過(guò)RLC網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換為控制輸出，要受RLC網(wǎng)絡(luò)的“比例系數(shù)”“積分時(shí)間”“微分時(shí)間”等約束，于是只好研究出各種RLC網(wǎng)絡(luò)，以對(duì)應(yīng)不同被控對(duì)象，當(dāng)時(shí)，這是唯一可行的方法，自然PID獨(dú)占鰲頭。
現(xiàn)在已到計(jì)算機(jī)時(shí)代，控制回路中幾乎沒(méi)有RLC網(wǎng)絡(luò)，它被D/A、A/D轉(zhuǎn)換加控制程序所代替。為了使傳統(tǒng)自控理論適應(yīng)此情況，自控調(diào)節(jié)理論就把RLC網(wǎng)絡(luò)的一套公式數(shù)字化（離散化處理），讓控制程序代替RLC網(wǎng)絡(luò)！
改進(jìn)是有的，先是“自整定”；后有“專家系統(tǒng)”和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)” 等技術(shù)，或分段采用不同的PID參數(shù)，或不斷修正PID參數(shù)等，改進(jìn)后的程序（公式）更復(fù)雜深?yuàn)W。但從本質(zhì)說(shuō)，還是離不開(kāi)PID模式，這就形成“穿計(jì)算機(jī)新鞋，走PID老路”，計(jì)算機(jī)并沒(méi)有給自控理論帶來(lái)“革命”性變化，或者說(shuō)沒(méi)有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的智能。
計(jì)算機(jī)時(shí)代的控制，可以根據(jù)偏差情況做到，控制輸出想大就大、想小就?。豢梢宰箢櫽遗螐亩嘟嵌确治觯c時(shí)俱進(jìn)不斷改變策略；應(yīng)該可以脫離RLC網(wǎng)絡(luò)規(guī)律，直接用本學(xué)科規(guī)律去控制，或用別的規(guī)律——天高任鳥(niǎo)飛。
“傻瓜溫控”從設(shè)備的熱力學(xué)過(guò)程來(lái)找控制方法，過(guò)程分兩個(gè)不同階段，加溫時(shí)，加熱能量分兩部分，一部分變?yōu)樵O(shè)備的儲(chǔ)存的熱能，使溫度升高，另一部分為散熱，消耗了。升溫到設(shè)定溫度下某一點(diǎn)，停加熱一段時(shí)間，通過(guò)兩種情況下，溫度變化的差異，估算出加熱能量中兩部分的比率，估算出加熱到設(shè)定溫度還需輸入的能量，按此加熱，就能防大的過(guò)沖。到設(shè)定溫度后，加熱能量全部供散熱，在溫度圍繞設(shè)定溫度的波動(dòng)中，較精確算出散熱功率，也就是加熱功率，用以穩(wěn)定溫度。
“傻瓜溫控”的實(shí)現(xiàn)，不完全取決于上述思路，還借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的另一用途——“仿真”，就是用程序做成被控的“模擬溫度設(shè)備”，它的溫度被“控溫程序”控制，“控溫程序”令它加熱或停加熱，“模擬溫度設(shè)備”加熱或停加熱時(shí)的溫度變化應(yīng)和真設(shè)備近似。可以說(shuō)，沒(méi)有“模擬溫度設(shè)備”，“傻瓜溫控”搞不成，道理很明顯：
1、“控溫程序”編好后要進(jìn)行試驗(yàn)，其一、真實(shí)的設(shè)備要花錢、占場(chǎng)地；其二、真實(shí)的設(shè)備一次升溫要很長(zhǎng)時(shí)間；其三、要在升溫中間停下，看程序如何進(jìn)行，或馬上修改程序是不可能的，停下，設(shè)備的溫度狀態(tài)就變了。用“模擬溫度設(shè)備”，這些問(wèn)題都不存在，能精雕細(xì)鑿地完善控溫程序；升溫過(guò)程可快可慢，幾秒鐘就可升到需要的溫度；中間想停就停（控溫程序和模擬溫度設(shè)備同時(shí)停，設(shè)備溫度狀態(tài)不變），想改就改，改完繼續(xù)進(jìn)行。
2、“傻瓜溫控”要適用于各種設(shè)備，就要對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，不可能用那麼多的真實(shí)設(shè)備來(lái)完成這任務(wù)?！澳M溫度設(shè)備”創(chuàng)造了這個(gè)條件，改動(dòng)“模擬溫度設(shè)備”的參數(shù)就等于換了設(shè)備。編好相應(yīng)測(cè)試程序，一覺(jué)醒來(lái)，計(jì)算機(jī)已將對(duì)一系列設(shè)備控制效果的檢驗(yàn)報(bào)告打印出來(lái)。當(dāng)然“模擬溫度設(shè)備”要能正確地代替設(shè)備?；疽螅阂阎徽鎸?shí)設(shè)備的升、降溫曲線，有方法求出它的“模擬溫度設(shè)備”的參數(shù)。
概括起來(lái)，提醒在計(jì)算機(jī)時(shí)代搞自動(dòng)控制的同行，教或?qū)W都要：
1、不要只盯著PID，路寬著呢。非自動(dòng)控制專業(yè)的人氏不要被PID的公式嚇住，走自己的路，用本科知識(shí)加計(jì)算機(jī)編程能力，就能編出好的控制程序。
2、要學(xué)點(diǎn)被控對(duì)象學(xué)科的知識(shí)，溫度控制的學(xué)點(diǎn)熱工學(xué)、傳動(dòng)控制的學(xué)點(diǎn)理論力學(xué)、調(diào)速控制的學(xué)點(diǎn)電機(jī)學(xué)等。
3、掌握建立被控對(duì)象的“模擬設(shè)備”方法和技巧。
4、學(xué)點(diǎn)VB語(yǔ)言?！翱刂瞥绦颉笨上扔盟?，“模擬設(shè)備”也可在上面編制，同臺(tái)調(diào)試運(yùn)行，調(diào)試程序時(shí)用到的中斷、修改、顯示和保存過(guò)程參數(shù)值、人機(jī)界面等功能，VB語(yǔ)言調(diào)試平臺(tái)都有，而且都很強(qiáng)，得心應(yīng)手，可精雕細(xì)鑿你的程序。我調(diào)試單片機(jī)匯編程序就在此進(jìn)行，可把一個(gè)活生生的控制儀表放在屏幕上。VB語(yǔ)言入門容易，搞一般控制，入門知識(shí)就可以。
對(duì)此感興趣者，可索要進(jìn)一步說(shuō)明和“傻瓜溫控”、“模擬溫度設(shè)備”、“傻瓜溫控”控件的運(yùn)行程序。
上海 黃惠生 13916160444
HUHUSH1@163.com
——一種“傻瓜溫控”程序的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)的思考
打開(kāi)溫度控制儀表產(chǎn)品目錄，控制效果好一點(diǎn)的表，都標(biāo)明用“PID調(diào)節(jié)”，至少要設(shè)置“控制周期”“比例系數(shù)”“積分時(shí)間”“微分時(shí)間”等參數(shù)，非控制專業(yè)的操作者很難理解這些參數(shù)的意義，即便是控制專業(yè)的操作者，知到其意義，但對(duì)新設(shè)備，這些參數(shù)應(yīng)設(shè)成多少，也不得而知，只好試驗(yàn)得出。更好一點(diǎn)的表，可以“自整定”，自動(dòng)測(cè)出這些參數(shù)。溫度控制儀表按這些參數(shù)去控制設(shè)備的溫度。
最近，用全新的思路，研究出一種精簡(jiǎn)的溫控程序（只有近2K字節(jié)的單片機(jī)程序），由于不需輸入意義不太準(zhǔn)確的參數(shù)，也不需“自整定”操作，就能控制不同設(shè)備的溫度，我把它叫做“傻瓜溫控”，幾乎做到“即插即用”。
"傻瓜溫控"與普通的PID調(diào)節(jié)比：
1、不需自整定，調(diào)節(jié)參數(shù)只有一個(gè)，是設(shè)備說(shuō)明書上就有的——被控設(shè)備的使用溫度上限
2、調(diào)節(jié)過(guò)程中，超調(diào)小，波動(dòng)次數(shù)少
3、改變?cè)O(shè)定值，跟蹤設(shè)定值快
4、可用于相互干擾的多點(diǎn)溫控，如橡膠硫化壓力機(jī)的上下模板溫控。（此情況下PID調(diào)節(jié)無(wú)法自整定）
5、有自我完善能力，但不強(qiáng)。
6、本身是自適應(yīng)的，自然不怕設(shè)備的參數(shù)變化
程序空間大時(shí)，還可做的精致些。
這是我第二個(gè)不用“PID調(diào)節(jié)”模式的控制程序。
開(kāi)始編程時(shí)，翻看有關(guān)自控調(diào)節(jié)理論書籍。幾乎所有書籍都是講“PID調(diào)節(jié)”，只有這一種思路。
從中看到：傳統(tǒng)自控理論對(duì)各種被控對(duì)象特點(diǎn)作了充分的研究，并建立了數(shù)學(xué)模型，但模型幾乎都?xì)w結(jié)為RLC網(wǎng)絡(luò)(電阻、電感、電容組成的電路）。于是在研究如何控制時(shí)，也集中于對(duì)RLC網(wǎng)絡(luò)(電阻、電感、電容組成的電路）的研究，抽象出“比例系數(shù)”“積分時(shí)間”“微分時(shí)間”等調(diào)節(jié)參數(shù)，由于完全數(shù)學(xué)化，其計(jì)算公式復(fù)雜深?yuàn)W，很難與被控物理對(duì)象進(jìn)行感性聯(lián)想。
本來(lái)，熱力學(xué)有自己的參數(shù)：溫度、熱能、比熱、熱導(dǎo)、散熱等；動(dòng)力學(xué)也有自己的參數(shù)：力、質(zhì)量、力矩、速度、加速度、動(dòng)能、位能等。根據(jù)這些參數(shù)及其自身變化規(guī)律（計(jì)算公式），就不能實(shí)施好控制？為甚麼一定要轉(zhuǎn)換為電路模型，用那一套轉(zhuǎn)遞函數(shù)？
從一些書中找到答案：計(jì)算機(jī)時(shí)代前，不管您是熱力學(xué)，還是動(dòng)力學(xué)的控制系統(tǒng)，只要用電控制，控制回路只能由RLC網(wǎng)絡(luò)加運(yùn)算放大器組成。控制輸出的改變，不能想大就大、想小就小，反饋信號(hào)（偏差）通過(guò)RLC網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換為控制輸出，要受RLC網(wǎng)絡(luò)的“比例系數(shù)”“積分時(shí)間”“微分時(shí)間”等約束，于是只好研究出各種RLC網(wǎng)絡(luò)，以對(duì)應(yīng)不同被控對(duì)象，當(dāng)時(shí)，這是唯一可行的方法，自然PID獨(dú)占鰲頭。
現(xiàn)在已到計(jì)算機(jī)時(shí)代，控制回路中幾乎沒(méi)有RLC網(wǎng)絡(luò)，它被D/A、A/D轉(zhuǎn)換加控制程序所代替。為了使傳統(tǒng)自控理論適應(yīng)此情況，自控調(diào)節(jié)理論就把RLC網(wǎng)絡(luò)的一套公式數(shù)字化（離散化處理），讓控制程序代替RLC網(wǎng)絡(luò)！
改進(jìn)是有的，先是“自整定”；后有“專家系統(tǒng)”和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)” 等技術(shù)，或分段采用不同的PID參數(shù)，或不斷修正PID參數(shù)等，改進(jìn)后的程序（公式）更復(fù)雜深?yuàn)W。但從本質(zhì)說(shuō)，還是離不開(kāi)PID模式，這就形成“穿計(jì)算機(jī)新鞋，走PID老路”，計(jì)算機(jī)并沒(méi)有給自控理論帶來(lái)“革命”性變化，或者說(shuō)沒(méi)有充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的智能。
計(jì)算機(jī)時(shí)代的控制，可以根據(jù)偏差情況做到，控制輸出想大就大、想小就?。豢梢宰箢櫽遗螐亩嘟嵌确治觯c時(shí)俱進(jìn)不斷改變策略；應(yīng)該可以脫離RLC網(wǎng)絡(luò)規(guī)律，直接用本學(xué)科規(guī)律去控制，或用別的規(guī)律——天高任鳥(niǎo)飛。
“傻瓜溫控”從設(shè)備的熱力學(xué)過(guò)程來(lái)找控制方法，過(guò)程分兩個(gè)不同階段，加溫時(shí)，加熱能量分兩部分，一部分變?yōu)樵O(shè)備的儲(chǔ)存的熱能，使溫度升高，另一部分為散熱，消耗了。升溫到設(shè)定溫度下某一點(diǎn)，停加熱一段時(shí)間，通過(guò)兩種情況下，溫度變化的差異，估算出加熱能量中兩部分的比率，估算出加熱到設(shè)定溫度還需輸入的能量，按此加熱，就能防大的過(guò)沖。到設(shè)定溫度后，加熱能量全部供散熱，在溫度圍繞設(shè)定溫度的波動(dòng)中，較精確算出散熱功率，也就是加熱功率，用以穩(wěn)定溫度。
“傻瓜溫控”的實(shí)現(xiàn)，不完全取決于上述思路，還借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的另一用途——“仿真”，就是用程序做成被控的“模擬溫度設(shè)備”，它的溫度被“控溫程序”控制，“控溫程序”令它加熱或停加熱，“模擬溫度設(shè)備”加熱或停加熱時(shí)的溫度變化應(yīng)和真設(shè)備近似。可以說(shuō)，沒(méi)有“模擬溫度設(shè)備”，“傻瓜溫控”搞不成，道理很明顯：
1、“控溫程序”編好后要進(jìn)行試驗(yàn)，其一、真實(shí)的設(shè)備要花錢、占場(chǎng)地；其二、真實(shí)的設(shè)備一次升溫要很長(zhǎng)時(shí)間；其三、要在升溫中間停下，看程序如何進(jìn)行，或馬上修改程序是不可能的，停下，設(shè)備的溫度狀態(tài)就變了。用“模擬溫度設(shè)備”，這些問(wèn)題都不存在，能精雕細(xì)鑿地完善控溫程序；升溫過(guò)程可快可慢，幾秒鐘就可升到需要的溫度；中間想停就停（控溫程序和模擬溫度設(shè)備同時(shí)停，設(shè)備溫度狀態(tài)不變），想改就改，改完繼續(xù)進(jìn)行。
2、“傻瓜溫控”要適用于各種設(shè)備，就要對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，不可能用那麼多的真實(shí)設(shè)備來(lái)完成這任務(wù)?！澳M溫度設(shè)備”創(chuàng)造了這個(gè)條件，改動(dòng)“模擬溫度設(shè)備”的參數(shù)就等于換了設(shè)備。編好相應(yīng)測(cè)試程序，一覺(jué)醒來(lái)，計(jì)算機(jī)已將對(duì)一系列設(shè)備控制效果的檢驗(yàn)報(bào)告打印出來(lái)。當(dāng)然“模擬溫度設(shè)備”要能正確地代替設(shè)備?；疽螅阂阎徽鎸?shí)設(shè)備的升、降溫曲線，有方法求出它的“模擬溫度設(shè)備”的參數(shù)。
概括起來(lái)，提醒在計(jì)算機(jī)時(shí)代搞自動(dòng)控制的同行，教或?qū)W都要：
1、不要只盯著PID，路寬著呢。非自動(dòng)控制專業(yè)的人氏不要被PID的公式嚇住，走自己的路，用本科知識(shí)加計(jì)算機(jī)編程能力，就能編出好的控制程序。
2、要學(xué)點(diǎn)被控對(duì)象學(xué)科的知識(shí)，溫度控制的學(xué)點(diǎn)熱工學(xué)、傳動(dòng)控制的學(xué)點(diǎn)理論力學(xué)、調(diào)速控制的學(xué)點(diǎn)電機(jī)學(xué)等。
3、掌握建立被控對(duì)象的“模擬設(shè)備”方法和技巧。
4、學(xué)點(diǎn)VB語(yǔ)言?！翱刂瞥绦颉笨上扔盟?，“模擬設(shè)備”也可在上面編制，同臺(tái)調(diào)試運(yùn)行，調(diào)試程序時(shí)用到的中斷、修改、顯示和保存過(guò)程參數(shù)值、人機(jī)界面等功能，VB語(yǔ)言調(diào)試平臺(tái)都有，而且都很強(qiáng)，得心應(yīng)手，可精雕細(xì)鑿你的程序。我調(diào)試單片機(jī)匯編程序就在此進(jìn)行，可把一個(gè)活生生的控制儀表放在屏幕上。VB語(yǔ)言入門容易，搞一般控制，入門知識(shí)就可以。
對(duì)此感興趣者，可索要進(jìn)一步說(shuō)明和“傻瓜溫控”、“模擬溫度設(shè)備”、“傻瓜溫控”控件的運(yùn)行程序。
上海 黃惠生 13916160444
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