基于PID控制粉塵濃度測量儀的實現(xiàn)
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3．3 PID參數(shù)的設(shè)定
PID控制參數(shù)的設(shè)定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容，它是根據(jù)被控對象的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小，確保其在系統(tǒng)受到擾動后仍保持穩(wěn)定并將誤差保持在最小值。
3．3．1 PID參數(shù)的初始值
Ziegler Nichols方法是基于簡單被控過程的Niquist曲線的臨界點計算PID參數(shù)初值，其整定準則是要求系統(tǒng)的暫態(tài)過程衰減率為0.75，該算法簡單，使用方便。本文采用4：1的衰減比性能準則獲得PID參數(shù)的初始值。
設(shè)控制系統(tǒng)有一響應(yīng)曲線，如圖7所示，給系統(tǒng)加一階躍輸入U，可用一階延時系統(tǒng)近似為：
式中：K為放大系數(shù)；τ為滯后時間；T為時間常數(shù)。
設(shè)輸出值達到設(shè)定值的50％和75％時所用的時間分別為：t1和t2，則PID參數(shù)的初始值可表示為比例系數(shù)Kp=1．2U／(RL)，積分時間常數(shù)TI=2L，微分時間常數(shù)TD=0．5L。其中：斜率R=(0．75-0．5)V／(t2-t1)，滯后L=t1-(2V0-4V1)(t2-t1)／V。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/161575.htm
3．3．2 PID的自校正調(diào)節(jié)原理
本文利用測量誤差改變調(diào)節(jié)器的步長，實現(xiàn)PID參數(shù)的自動整定，使輸出值平穩(wěn)快速地達到設(shè)定值。首先將采樣值與給定值的誤差絕對值分成若干個區(qū)間，各區(qū)間設(shè)定不同的步長，采用不同的計算式。這里PID參數(shù)的調(diào)整周期應(yīng)小于采樣周期，采樣周期由整個放大電路的傳輸延時和后續(xù)A／D轉(zhuǎn)換器的性能指標決定。
3．4 中斷服務(wù)程序
中斷服務(wù)程序流程圖如圖8所示。
4 實驗結(jié)果與分析
實驗時對煙霧釋放出的粉塵濃度進行了測量。圖9和圖10分別是未加自適應(yīng)測量功能和加了自適應(yīng)測量功能測得的粉塵濃度值及其擬合曲線。圖中“*”是采樣得到的粉塵濃度值；“——”是用Matlab對測得的數(shù)據(jù)點進行擬合后的曲線。由圖9可以看出，當(dāng)粉塵濃度達到3．1 mg／m3時，濃度不再變化，儀器達到飽和。由圖10可知：濃度較低時，儀器的響應(yīng)曲線線性度較好，能夠完整地反應(yīng)粉塵濃度的變化過程，可測得48 mg／m3的濃度值，測量范圍大大地擴大了。采用PID加以控制，數(shù)據(jù)的平滑度較好，幾乎沒有超調(diào)，測量值能夠平穩(wěn)的上升，達到了預(yù)期的效果。
5 結(jié)語
通過實驗驗證，采用這種自適應(yīng)測量的方法可以使測量范圍達到0．01～48 mg／m3。采用PID參數(shù)的自校正調(diào)節(jié)，可以使測量曲線平穩(wěn)地過渡到設(shè)定值。PID控制結(jié)果幾乎沒有超調(diào)，穩(wěn)定時間短，在設(shè)定的目標角度值附近振蕩少，有效抑制了調(diào)節(jié)傳感器接收靈敏度時引起的振蕩。
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