潔凈手術(shù)室空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3．3 溫濕度控制
軟件設(shè)計(jì)的核心部分是溫濕度控制，采用PID控制來(lái)調(diào)節(jié)溫濕度。PID控制指的是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例積分微分控制。
常規(guī)PID控制系統(tǒng)的框圖如圖4所示。

PID是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)和實(shí)際輸出值y(t)構(gòu)成控制偏差：

e(t)=r(t)一y(t)
將偏差比例(P)，積分(I)和微分(D)通過(guò)一定線性組合構(gòu)成控制量u(t)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。它的控制規(guī)律為:

式中：KP為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)。
當(dāng)控制量的目標(biāo)值與檢測(cè)值之間存在誤差(或稱為控制偏差)時(shí)，誤差小，操作量就小，誤差越大，操作量就越大，故控制算法中含有偏差比例項(xiàng)，簡(jiǎn)稱P動(dòng)作。對(duì)具有自平衡性的控制對(duì)象施行比例控制，最后其步階變化會(huì)留下一定的誤差，稱為穩(wěn)態(tài)誤差或偏移。使控制算法中含有誤差積分比例項(xiàng)，可消除穩(wěn)態(tài)誤差，簡(jiǎn)稱I動(dòng)作。偏差的增減反映在操作量上，為了改善控制特性，所以使控制算法中含有偏差微分比例項(xiàng)，簡(jiǎn)稱D動(dòng)作，為一種預(yù)先動(dòng)作。包含以上三種動(dòng)作的控制算法即為PID控制。
式(1)也可以寫(xiě)成：

式中：KI=KP／TI為積分系數(shù)；KD=KP?TD為微分系數(shù)。
考慮到被控對(duì)象具有大滯后性，且PLC處理的是數(shù)字量，將式(2)離散化得：

式中：θ代表采樣周期，e(k)代表此刻的誤差，e(k一1)代表上次采樣周期的誤差。如果θ足夠小，這種逼近可相當(dāng)準(zhǔn)確，被控過(guò)程與連續(xù)控制過(guò)程十分接近。這種算法稱為位置式算法。位置式算法由于全量輸出，所以每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的u(k)對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的。考慮到本系統(tǒng)控制對(duì)象均為閥門，故采用增量式PID控制算法為宜。