發表于：2004/3/22 14:02:00
#0樓
計算機時代的自控調節路條條，何必“穿PC新鞋，走PID老路”
——一種“傻瓜溫控”程序的實現帶來的思考
打開溫度控制儀表產品目錄，控制效果好一點的表，都標明用“PID調節”，至少要設置“控制周期”“比例系數”“積分時間”“微分時間”等參數，非控制專業的操作者很難理解這些參數的意義，即便是控制專業的操作者，知到其意義，但對新設備，這些參數應設成多少，也不得而知，只好試驗得出。更好一點的表，可以“自整定”，自動測出這些參數。溫度控制儀表按這些參數去控制設備的溫度。
最近，用全新的思路，研究出一種精簡的溫控程序（只有近2K字節的單片機程序），由于不需輸入意義不太準確的參數，也不需“自整定”操作，就能控制不同設備的溫度，我把它叫做“傻瓜溫控”，幾乎做到“即插即用”。
"傻瓜溫控"與普通的PID調節比：
1、不需自整定，調節參數只有一個，是設備說明書上就有的——被控設備的使用溫度上限
2、調節過程中，超調小，波動次數少
3、改變設定值，跟蹤設定值快
4、可用于相互干擾的多點溫控，如橡膠硫化壓力機的上下模板溫控。（此情況下PID調節無法自整定）
5、有自我完善能力，但不強。
6、本身是自適應的，自然不怕設備的參數變化
程序空間大時，還可做的精致些。
這是我第二個不用“PID調節”模式的控制程序。
開始編程時，翻看有關自控調節理論書籍。幾乎所有書籍都是講“PID調節”，只有這一種思路。
從中看到：傳統自控理論對各種被控對象特點作了充分的研究，并建立了數學模型，但模型幾乎都歸結為RLC網絡(電阻、電感、電容組成的電路）。于是在研究如何控制時，也集中于對RLC網絡(電阻、電感、電容組成的電路）的研究，抽象出“比例系數”“積分時間”“微分時間”等調節參數，由于完全數學化，其計算公式復雜深奧，很難與被控物理對象進行感性聯想。
本來，熱力學有自己的參數：溫度、熱能、比熱、熱導、散熱等；動力學也有自己的參數：力、質量、力矩、速度、加速度、動能、位能等。根據這些參數及其自身變化規律（計算公式），就不能實施好控制？為甚麼一定要轉換為電路模型，用那一套轉遞函數？
從一些書中找到答案：計算機時代前，不管您是熱力學，還是動力學的控制系統，只要用電控制，控制回路只能由RLC網絡加運算放大器組成。控制輸出的改變，不能想大就大、想小就小，反饋信號（偏差）通過RLC網絡，轉換為控制輸出，要受RLC網絡的“比例系數”“積分時間”“微分時間”等約束，于是只好研究出各種RLC網絡，以對應不同被控對象，當時，這是唯一可行的方法，自然PID獨占鰲頭。
現在已到計算機時代，控制回路中幾乎沒有RLC網絡，它被D/A、A/D轉換加控制程序所代替。為了使傳統自控理論適應此情況，自控調節理論就把RLC網絡的一套公式數字化（離散化處理），讓控制程序代替RLC網絡！
改進是有的，先是“自整定”；后有“專家系統”和“神經網絡” 等技術，或分段采用不同的PID參數，或不斷修正PID參數等，改進后的程序（公式）更復雜深奧。但從本質說，還是離不開PID模式，這就形成“穿計算機新鞋，走PID老路”，計算機并沒有給自控理論帶來“革命”性變化，或者說沒有充分發揮計算機技術的智能。
計算機時代的控制，可以根據偏差情況做到，控制輸出想大就大、想小就小；可以左顧右盼從多角度分析，與時俱進不斷改變策略；應該可以脫離RLC網絡規律，直接用本學科規律去控制，或用別的規律——天高任鳥飛。
“傻瓜溫控”從設備的熱力學過程來找控制方法，過程分兩個不同階段，加溫時，加熱能量分兩部分，一部分變為設備的儲存的熱能，使溫度升高，另一部分為散熱，消耗了。升溫到設定溫度下某一點，停加熱一段時間，通過兩種情況下，溫度變化的差異，估算出加熱能量中兩部分的比率，估算出加熱到設定溫度還需輸入的能量，按此加熱，就能防大的過沖。到設定溫度后，加熱能量全部供散熱，在溫度圍繞設定溫度的波動中，較精確算出散熱功率，也就是加熱功率，用以穩定溫度。
“傻瓜溫控”的實現，不完全取決于上述思路，還借助于計算機技術的另一用途——“仿真”，就是用程序做成被控的“模擬溫度設備”，它的溫度被“控溫程序”控制，“控溫程序”令它加熱或停加熱，“模擬溫度設備”加熱或停加熱時的溫度變化應和真設備近似。可以說，沒有“模擬溫度設備”，“傻瓜溫控”搞不成，道理很明顯：
1、“控溫程序”編好后要進行試驗，其一、真實的設備要花錢、占場地；其二、真實的設備一次升溫要很長時間；其三、要在升溫中間停下，看程序如何進行，或馬上修改程序是不可能的，停下，設備的溫度狀態就變了。用“模擬溫度設備”，這些問題都不存在，能精雕細鑿地完善控溫程序；升溫過程可快可慢，幾秒鐘就可升到需要的溫度；中間想停就停（控溫程序和模擬溫度設備同時停，設備溫度狀態不變），想改就改，改完繼續進行。
2、“傻瓜溫控”要適用于各種設備，就要對不同設備進行試驗，不可能用那麼多的真實設備來完成這任務。“模擬溫度設備”創造了這個條件，改動“模擬溫度設備”的參數就等于換了設備。編好相應測試程序，一覺醒來，計算機已將對一系列設備控制效果的檢驗報告打印出來。當然“模擬溫度設備”要能正確地代替設備。基本要求：已知一真實設備的升、降溫曲線，有方法求出它的“模擬溫度設備”的參數。
概括起來，提醒在計算機時代搞自動控制的同行，教或學都要：
1、不要只盯著PID，路寬著呢。非自動控制專業的人氏不要被PID的公式嚇住，走自己的路，用本科知識加計算機編程能力，就能編出好的控制程序。
2、要學點被控對象學科的知識，溫度控制的學點熱工學、傳動控制的學點理論力學、調速控制的學點電機學等。
3、掌握建立被控對象的“模擬設備”方法和技巧。
4、學點VB語言。“控制程序”可先用它編，“模擬設備”也可在上面編制，同臺調試運行，調試程序時用到的中斷、修改、顯示和保存過程參數值、人機界面等功能，VB語言調試平臺都有，而且都很強，得心應手，可精雕細鑿你的程序。我調試單片機匯編程序就在此進行，可把一個活生生的控制儀表放在屏幕上。VB語言入門容易，搞一般控制，入門知識就可以。
對此感興趣者，可索要進一步說明和“傻瓜溫控”、“模擬溫度設備”、“傻瓜溫控”控件的運行程序。
上海 黃惠生 13916160444
HUHUSH1@163.com
——一種“傻瓜溫控”程序的實現帶來的思考
打開溫度控制儀表產品目錄，控制效果好一點的表，都標明用“PID調節”，至少要設置“控制周期”“比例系數”“積分時間”“微分時間”等參數，非控制專業的操作者很難理解這些參數的意義，即便是控制專業的操作者，知到其意義，但對新設備，這些參數應設成多少，也不得而知，只好試驗得出。更好一點的表，可以“自整定”，自動測出這些參數。溫度控制儀表按這些參數去控制設備的溫度。
最近，用全新的思路，研究出一種精簡的溫控程序（只有近2K字節的單片機程序），由于不需輸入意義不太準確的參數，也不需“自整定”操作，就能控制不同設備的溫度，我把它叫做“傻瓜溫控”，幾乎做到“即插即用”。
"傻瓜溫控"與普通的PID調節比：
1、不需自整定，調節參數只有一個，是設備說明書上就有的——被控設備的使用溫度上限
2、調節過程中，超調小，波動次數少
3、改變設定值，跟蹤設定值快
4、可用于相互干擾的多點溫控，如橡膠硫化壓力機的上下模板溫控。（此情況下PID調節無法自整定）
5、有自我完善能力，但不強。
6、本身是自適應的，自然不怕設備的參數變化
程序空間大時，還可做的精致些。
這是我第二個不用“PID調節”模式的控制程序。
開始編程時，翻看有關自控調節理論書籍。幾乎所有書籍都是講“PID調節”，只有這一種思路。
從中看到：傳統自控理論對各種被控對象特點作了充分的研究，并建立了數學模型，但模型幾乎都歸結為RLC網絡(電阻、電感、電容組成的電路）。于是在研究如何控制時，也集中于對RLC網絡(電阻、電感、電容組成的電路）的研究，抽象出“比例系數”“積分時間”“微分時間”等調節參數，由于完全數學化，其計算公式復雜深奧，很難與被控物理對象進行感性聯想。
本來，熱力學有自己的參數：溫度、熱能、比熱、熱導、散熱等；動力學也有自己的參數：力、質量、力矩、速度、加速度、動能、位能等。根據這些參數及其自身變化規律（計算公式），就不能實施好控制？為甚麼一定要轉換為電路模型，用那一套轉遞函數？
從一些書中找到答案：計算機時代前，不管您是熱力學，還是動力學的控制系統，只要用電控制，控制回路只能由RLC網絡加運算放大器組成。控制輸出的改變，不能想大就大、想小就小，反饋信號（偏差）通過RLC網絡，轉換為控制輸出，要受RLC網絡的“比例系數”“積分時間”“微分時間”等約束，于是只好研究出各種RLC網絡，以對應不同被控對象，當時，這是唯一可行的方法，自然PID獨占鰲頭。
現在已到計算機時代，控制回路中幾乎沒有RLC網絡，它被D/A、A/D轉換加控制程序所代替。為了使傳統自控理論適應此情況，自控調節理論就把RLC網絡的一套公式數字化（離散化處理），讓控制程序代替RLC網絡！
改進是有的，先是“自整定”；后有“專家系統”和“神經網絡” 等技術，或分段采用不同的PID參數，或不斷修正PID參數等，改進后的程序（公式）更復雜深奧。但從本質說，還是離不開PID模式，這就形成“穿計算機新鞋，走PID老路”，計算機并沒有給自控理論帶來“革命”性變化，或者說沒有充分發揮計算機技術的智能。
計算機時代的控制，可以根據偏差情況做到，控制輸出想大就大、想小就小；可以左顧右盼從多角度分析，與時俱進不斷改變策略；應該可以脫離RLC網絡規律，直接用本學科規律去控制，或用別的規律——天高任鳥飛。
“傻瓜溫控”從設備的熱力學過程來找控制方法，過程分兩個不同階段，加溫時，加熱能量分兩部分，一部分變為設備的儲存的熱能，使溫度升高，另一部分為散熱，消耗了。升溫到設定溫度下某一點，停加熱一段時間，通過兩種情況下，溫度變化的差異，估算出加熱能量中兩部分的比率，估算出加熱到設定溫度還需輸入的能量，按此加熱，就能防大的過沖。到設定溫度后，加熱能量全部供散熱，在溫度圍繞設定溫度的波動中，較精確算出散熱功率，也就是加熱功率，用以穩定溫度。
“傻瓜溫控”的實現，不完全取決于上述思路，還借助于計算機技術的另一用途——“仿真”，就是用程序做成被控的“模擬溫度設備”，它的溫度被“控溫程序”控制，“控溫程序”令它加熱或停加熱，“模擬溫度設備”加熱或停加熱時的溫度變化應和真設備近似。可以說，沒有“模擬溫度設備”，“傻瓜溫控”搞不成，道理很明顯：
1、“控溫程序”編好后要進行試驗，其一、真實的設備要花錢、占場地；其二、真實的設備一次升溫要很長時間；其三、要在升溫中間停下，看程序如何進行，或馬上修改程序是不可能的，停下，設備的溫度狀態就變了。用“模擬溫度設備”，這些問題都不存在，能精雕細鑿地完善控溫程序；升溫過程可快可慢，幾秒鐘就可升到需要的溫度；中間想停就停（控溫程序和模擬溫度設備同時停，設備溫度狀態不變），想改就改，改完繼續進行。
2、“傻瓜溫控”要適用于各種設備，就要對不同設備進行試驗，不可能用那麼多的真實設備來完成這任務。“模擬溫度設備”創造了這個條件，改動“模擬溫度設備”的參數就等于換了設備。編好相應測試程序，一覺醒來，計算機已將對一系列設備控制效果的檢驗報告打印出來。當然“模擬溫度設備”要能正確地代替設備。基本要求：已知一真實設備的升、降溫曲線，有方法求出它的“模擬溫度設備”的參數。
概括起來，提醒在計算機時代搞自動控制的同行，教或學都要：
1、不要只盯著PID，路寬著呢。非自動控制專業的人氏不要被PID的公式嚇住，走自己的路，用本科知識加計算機編程能力，就能編出好的控制程序。
2、要學點被控對象學科的知識，溫度控制的學點熱工學、傳動控制的學點理論力學、調速控制的學點電機學等。
3、掌握建立被控對象的“模擬設備”方法和技巧。
4、學點VB語言。“控制程序”可先用它編，“模擬設備”也可在上面編制，同臺調試運行，調試程序時用到的中斷、修改、顯示和保存過程參數值、人機界面等功能，VB語言調試平臺都有，而且都很強，得心應手，可精雕細鑿你的程序。我調試單片機匯編程序就在此進行，可把一個活生生的控制儀表放在屏幕上。VB語言入門容易，搞一般控制，入門知識就可以。
對此感興趣者，可索要進一步說明和“傻瓜溫控”、“模擬溫度設備”、“傻瓜溫控”控件的運行程序。
上海 黃惠生 13916160444
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