王冠(中國石油天然氣股份有限公司管道公司長沙輸油氣分公司,湖南長沙 410013)

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PID控制器參數(shù)整定軟件開發(fā)與實現(xiàn)

王冠
(中國石油天然氣股份有限公司管道公司長沙輸油氣分公司,湖南長沙 410013)

【摘 要】PID控制在工業(yè)過程控制中有著最廣泛的應用。PID參數(shù)的整定影響控制質量,更多的是影響工廠的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中存在著名目繁多的不確定性,這就要求PID 控制器具有良好參數(shù)。為了得到較好的PID控制器參數(shù),充分滿足對系統(tǒng)性能的要求,筆者特設計出一種PID控制器參數(shù)整定的軟件,既可以快速的整定參數(shù),又可以滿足不同情況下的需求。

【關鍵詞】PID控制 參數(shù)整定 參數(shù)整定軟件

在過程控制中,控制系統(tǒng)往往各有不同。然而,無論控制系統(tǒng)的相同與否,其控制的最終目的都是要滿足對系統(tǒng)穩(wěn)定性,準確性以及快速性的要求。為了達到上述目的,人們對控制器、調節(jié)器等進行了深入的研究。

本文主要介紹一種PID控制器參數(shù)整定軟件的開發(fā)及其應用,從軟件開發(fā)的背景、軟件開發(fā)工具的選擇,軟件功能實現(xiàn)的方法以及軟件界面的設計等多方面多角度的對其進行介紹。該軟件根據(jù)對過程模型的了解情況分別設有基于模型的參數(shù)整定,基于輸出數(shù)據(jù)的參數(shù)整定以及針對有豐富工作經(jīng)驗的工作人員設有經(jīng)驗整定功能。

1 軟件開發(fā)工具的選擇

在PID控制器參數(shù)整定的軟件中,不僅要有友好的人-機交互界面,更因其常常要對大量的數(shù)據(jù)信息進行處理,以及對整定結果進行實時、直觀的圖形化顯示等原因,要求開發(fā)工具既要有利于用戶界面的開發(fā),又要有利于大量數(shù)據(jù)快速、準確的處理[1]。在科技發(fā)展日新月異的今天,編程語言也日趨多樣性,例如大家所熟知的C、C++、Fortran、Visual Basic(VB)、Matlab等,而其中VB在界面的設計具有其獨到之處,與此同時Matlab在數(shù)據(jù)處理方面更是許多編程語言所不能及的,若能將這兩種語言相互結合,則既可以實現(xiàn)友好的人-機交互界面又具有強大的數(shù)據(jù)處理功能。

2 軟件參數(shù)整定算法選擇與功能設計

好的軟件需要有好的界面,更需要有很好的核心內容,這樣才不至于“虛而不實”,因此對于一個標準的PID控制器參數(shù)整定軟件來說其控制算法無疑是這個軟件的核心部分,只有選擇了合適的PID參數(shù)整定算法,才能得出比較優(yōu)秀的PID控制器參數(shù),才能達到理想的控制效果。

軟件在算法的實現(xiàn)方面,采用VB與Matlab混合編程,將VB的友好界面與Matlab強大的運算功能相結合,當用戶在界面中輸入想要實現(xiàn)操作的命令,后臺將自動運行Matlab,實現(xiàn)對PID控制器參數(shù)的整定,與此同時將整定結果第一時間反應到界面上,使用戶可以很直觀的看到軟件整定的結果。ActiveX技術的運用為軟件功能的實現(xiàn)做了很好的鋪墊。在Visual Basic中,只需要兩句命令:

Dim Matlab As Object

Set Matlab=CreateObject"Matlab.applicetion"

即已完成Visual Basic與Matlab混合編程的一大部分工作。

3 軟件用戶界面的設計

本軟件界面設計充分利用Visual Basic編程語言中的優(yōu)點,控件直觀、可視化效果良好,事件觸發(fā)信息明確,編程實現(xiàn)較為簡單,易于編譯調試等優(yōu)點[2]。由于軟件要實現(xiàn)的功能較多,且其中各有不同,故建立多個form窗體,不同窗體實現(xiàn)不同功能,而不同的窗體,在軟件的主界面中均有快捷鍵,用戶在進入軟件后,只需點擊所要實現(xiàn)的功能,即可進入相應的界面,操作起來既簡單又方便。例如,當點擊Command1時,只顯示窗體1,則其實現(xiàn)命令如下:

Form1.Visible=True

Form2.Visible=False

Form3.Visible=False

只需簡單的幾行命令就可以實現(xiàn)不同界面切換自如的功能。

4 總結與展望

本軟件可以實現(xiàn)多種方法對PID控制器參數(shù)整定,用戶可根據(jù)具體需要來選擇參數(shù)整定的算法。其中包括Z-N法,內模控制法,直接綜合法,粒子群優(yōu)化算法以及VRFT算法[3]。另外用戶也可以根據(jù)實際系統(tǒng)中被控對象模型的已知情況選擇基于模型的PID控制器參數(shù)整定算法或者基于控制系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)的PID控制器參數(shù)整定算法。與此同時,本軟件還設有經(jīng)驗整定功能,即用戶可以根據(jù)多年的經(jīng)驗來完成對PID控制器的參數(shù)整定。

我們可以通過ActiveX技術實現(xiàn)VB對Matlab的調用,實現(xiàn)了對PID參數(shù)快速整定,并將其分別以圖形,數(shù)據(jù)等形式直觀的顯示在界面上。

最后,在軟件基本功能得以充分實現(xiàn)的情況下,對軟件界面進行友好化,根據(jù)軟件界面的設計原則,對軟件界面進行設計,從而制作出友好的人-機交互界面。

參考文獻:

[1]王雅靜,李田澤,竇震海.VB調用Matlab的編程技術與干涉圖像處理系統(tǒng)[J]嵌入式軟件應用,2007,23(09-2):105-106.

[2]彭道剛,楊平,金光遠.基于VB和Matlab的“自動控制原理”CAI軟件設計[J].上海電力學院學報,2006,22(2):13-24.

[3]景微娜,左信.幾種PID控制器設計方法的比較[J].計算機仿真, 2008,25(1):27-34.