PID控制器參數整定軟件開發與實現

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控制器參數整定軟件開發與實現

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控制在工業過程控制中有著最廣泛的應用。PID參數的整定影響控制質量,更多的是影響工廠的經濟效益?，F代工業控制系統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。為了得到較好的PID控制器參數,充分滿足對系統性能的要求,筆者特設計出一種PID控制器參數整定的軟件,既可以快速的整定參數,又可以滿足不同情況下的需求。

【關鍵詞】PID控制 參數整定 參數整定軟件

在過程控制中,控制系統往往各有不同。然而,無論控制系統的相同與否,其控制的最終目的都是要滿足對系統穩定性,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、調節器等進行了深入的研究。

本文主要介紹一種PID控制器參數整定軟件的開發及其應用,從軟件開發的背景、軟件開發工具的選擇,軟件功能實現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。該軟件根據對過程模型的了解情況分別設有基于模型的參數整定,基于輸出數據的參數整定以及針對有豐富工作經驗的工作人員設有經驗整定功能。

1 軟件開發工具的選擇

在PID控制器參數整定的軟件中,不僅要有友好的人-機交互界面,更因其常常要對大量的數據信息進行處理,以及對整定結果進行實時、直觀的圖形化顯示等原因,要求開發工具既要有利于用戶界面的開發,又要有利于大量數據快速、準確的處理[1]。在科技發展日新月異的今天,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在數據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,則既可以實現友好的人-機交互界面又具有強大的數據處理功能。

2 軟件參數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參數整定算法,才能得出比較優秀的PID控制器參數,才能達到理想的控制效果。

軟件在算法的實現方面,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操作的命令,后臺將自動運行Matlab,實現對PID控制器參數的整定,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編程語言中的優點,控件直觀、可視化效果良好,事件觸發信息明確,編程實現較為簡單,易于編譯調試等優點[2]。由于軟件要實現的功能較多,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不同界面切換自如的功能。

4 總結與展望

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

我們可以通過ActiveX技術實現VB對Matlab的調用,實現了對PID參數快速整定,并將其分別以圖形,數據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的情況下,對軟件界面進行友好化,根據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[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.