计算机时代的自控调节路条条，何必“穿PC新鞋，走PID老路”
——一种“傻瓜温控”程序的实现带来的思考
打开温度控制仪表产品目录，控制效果好一点的表，都标明用“PID调节”，至少要设置“控制周期”“比例系数”“积分时间”“微分时间”等参数，非控制专业的操作者很难理解这些参数的意义，即便是控制专业的操作者，知到其意义，但对新设备，这些参数应设成多少，也不得而知，只好试验得出。更好一点的表，可以“自整定”，自动测出这些参数。温度控制仪表按这些参数去控制设备的温度。
最近，用全新的思路，研究出一种精简的温控程序（只有近2K字节的单片机程序），由于不需输入意义不太准确的参数，也不需“自整定”操作，就能控制不同设备的温度，我把它叫做“傻瓜温控”，几乎做到“即插即用”。
"傻瓜温控"与普通的PID调节比：
1、不需自整定，调节参数只有一个，是设备说明书上就有的——被控设备的使用温度上限
2、调节过程中，超调小，波动次数少
3、改变设定值，跟踪设定值快
4、可用于相互干扰的多点温控，如橡胶硫化压力机的上下模板温控。（此情况下PID调节无法自整定）
5、有自我完善能力，但不强。
6、本身是自适应的，自然不怕设备的参数变化
程序空间大时，还可做的精致些。
这是我第二个不用“PID调节”模式的控制程序。
开始编程时，翻看有关自控调节理论书籍。几乎所有书籍都是讲“PID调节”，只有这一种思路。
从中看到：传统自控理论对各种被控对象特点作了充分的研究，并建立了数学模型，但模型几乎都归结为RLC网络(电阻、电感、电容组成的电路）。于是在研究如何控制时，也集中于对RLC网络(电阻、电感、电容组成的电路）的研究，抽象出“比例系数”“积分时间”“微分时间”等调节参数，由于完全数学化，其计算公式复杂深奥，很难与被控物理对象进行感性联想。
本来，热力学有自己的参数：温度、热能、比热、热导、散热等；动力学也有自己的参数：力、质量、力矩、速度、加速度、动能、位能等。根据这些参数及其自身变化规律（计算公式），就不能实施好控制？为甚麽一定要转换为电路模型，用那一套转递函数？
从一些书中找到答案：计算机时代前，不管您是热力学，还是动力学的控制系统，只要用电控制，控制回路只能由RLC网络加运算放大器组成。控制输出的改变，不能想大就大、想小就小，反馈信号（偏差）通过RLC网络，转换为控制输出，要受RLC网络的“比例系数”“积分时间”“微分时间”等约束，于是只好研究出各种RLC网络，以对应不同被控对象，当时，这是唯一可行的方法，自然PID独占鳌头。
现在已到计算机时代，控制回路中几乎没有RLC网络，它被D/A、A/D转换加控制程序所代替。为了使传统自控理论适应此情况，自控调节理论就把RLC网络的一套公式数字化（离散化处理），让控制程序代替RLC网络！
改进是有的，先是“自整定”；后有“专家系统”和“神经网络” 等技术，或分段采用不同的PID参数，或不断修正PID参数等，改进后的程序（公式）更复杂深奥。但从本质说，还是离不开PID模式，这就形成“穿计算机新鞋，走PID老路”，计算机并没有给自控理论带来“革命”性变化，或者说没有充分发挥计算机技术的智能。
计算机时代的控制，可以根据偏差情况做到，控制输出想大就大、想小就小；可以左顾右盼从多角度分析，与时俱进不断改变策略；应该可以脱离RLC网络规律，直接用本学科规律去控制，或用别的规律——天高任鸟飞。
“傻瓜温控”从设备的热力学过程来找控制方法，过程分两个不同阶段，加温时，加热能量分两部分，一部分变为设备的储存的热能，使温度升高，另一部分为散热，消耗了。升温到设定温度下某一点，停加热一段时间，通过两种情况下，温度变化的差异，估算出加热能量中两部分的比率，估算出加热到设定温度还需输入的能量，按此加热，就能防大的过冲。到设定温度后，加热能量全部供散热，在温度围绕设定温度的波动中，较精确算出散热功率，也就是加热功率，用以稳定温度。
“傻瓜温控”的实现，不完全取决于上述思路，还借助于计算机技术的另一用途——“仿真”，就是用程序做成被控的“模拟温度设备”，它的温度被“控温程序”控制，“控温程序”令它加热或停加热，“模拟温度设备”加热或停加热时的温度变化应和真设备近似。可以说，没有“模拟温度设备”，“傻瓜温控”搞不成，道理很明显：
1、“控温程序”编好后要进行试验，其一、真实的设备要花钱、占场地；其二、真实的设备一次升温要很长时间；其三、要在升温中间停下，看程序如何进行，或马上修改程序是不可能的，停下，设备的温度状态就变了。用“模拟温度设备”，这些问题都不存在，能精雕细凿地完善控温程序；升温过程可快可慢，几秒钟就可升到需要的温度；中间想停就停（控温程序和模拟温度设备同时停，设备温度状态不变），想改就改，改完继续进行。
2、“傻瓜温控”要适用于各种设备，就要对不同设备进行试验，不可能用那麽多的真实设备来完成这任务。“模拟温度设备”创造了这个条件，改动“模拟温度设备”的参数就等于换了设备。编好相应测试程序，一觉醒来，计算机已将对一系列设备控制效果的检验报告打印出来。当然“模拟温度设备”要能正确地代替设备。基本要求：已知一真实设备的升、降温曲线，有方法求出它的“模拟温度设备”的参数。
概括起来，提醒在计算机时代搞自动控制的同行，教或学都要：
1、不要只盯着PID，路宽着呢。非自动控制专业的人氏不要被PID的公式吓住，走自己的路，用本科知识加计算机编程能力，就能编出好的控制程序。
2、要学点被控对象学科的知识，温度控制的学点热工学、传动控制的学点理论力学、调速控制的学点电机学等。
3、掌握建立被控对象的“模拟设备”方法和技巧。
4、学点VB语言。“控制程序”可先用它编，“模拟设备”也可在上面编制，同台调试运行，调试程序时用到的中断、修改、显示和保存过程参数值、人机界面等功能，VB语言调试平台都有，而且都很强，得心应手，可精雕细凿你的程序。我调试单片机汇编程序就在此进行，可把一个活生生的控制仪表放在屏幕上。VB语言入门容易，搞一般控制，入门知识就可以。
对此感兴趣者，可索要进一步说明和“傻瓜温控”、“模拟温度设备”、“傻瓜温控”控件的运行程序。
上海 黄惠生 13916160444
HUHUSH1@163.com
文章不错!适合我的口味,本来做程序就不能中规中距,那样永远不会创新!
冒昧问一下,是楼主原创文章吗?很想和你交流这方面的问题,联系我!
knightliness@sina.com
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04-04-04 19:56