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)的設定
PID控制參數(shù)的設定是控制系統(tǒng)設計的核心內容，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。
設控制系統(tǒng)有一響應曲線，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)。
設輸出值達到設定值的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://cafeforensic.com/article/161575.htm
3．3．2 PID的自校正調節(jié)原理
本文利用測量誤差改變調節(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)間設定不同的步長，采用不同的計算式。這里PID參數(shù)的調整周期應小于采樣周期，采樣周期由整個放大電路的傳輸延時和后續(xù)A／D轉換器的性能指標決定。
3．4 中斷服務程序
中斷服務程序流程圖如圖8所示。
4 實驗結果與分析
實驗時對煙霧釋放出的粉塵濃度進行了測量。圖9和圖10分別是未加自適應測量功能和加了自適應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，儀器的響應曲線線性度較好，能夠完整地反應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，測量值能夠平穩(wěn)的上升，達到了預期的效果。
5 結語
通過實驗驗證，采用這種自適應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)的自校正調節(jié)，可以使測量曲線平穩(wěn)地過渡到設定值。PID控制結果幾乎沒有超調，穩(wěn)定時間短，在設定的目標角度值附近振蕩少，有效抑制了調節(jié)傳感器接收靈敏度時引起的振蕩。
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