决定PID控制器积分初始值的方法

技术领域

本发明涉及一种决定PID控制器积分初始值的方法，尤其涉及这样 一种决定PID控制器积分初始值的方法，即，在PID控制器在积分(I) 控制温度快到达设定值时，将预估积分初始值添入，以快速达到稳定无 误差的控制。

现有技术

在现代工业应用控制中，温度控制的应用相当广泛。在例如纺织、 染料、汽车烤漆的传统工业、例如食物冷藏保鲜、蛋糕制作的食品业以 及如光盘片制作、PCB制作的电子业等等中，都需要稳定的温度来保证 品质，因此温度控制时非常重要的。

系统的温度控制优选为能快速到达设定温度，且没有过冲 (Overshoot)现象。但，在通常控制温度快速到达设定温度时，都会产 生过冲现象(即，温度超过设定温度)，且温度上升越快，过冲现象越严 重。但如果不要有过冲现象，则温度反应时间就变慢，因此两者很难兼 顾。

在现有技术中，目前大多都使用PID(比例-积分-微分)控制器来进 行温度控制。PID是指比例、微分和积分的控制，其中，比例控制是控制 输出与误差量成比例，偏差越大控制器的操作量输出越大；积分控制是 用于消除稳态误差，也就是误差越大控制器的控制输出越大；微分控制 是控制器的输出依误差的变化量而确定，并可使瞬间变化的误差快速回 到稳定状况。但，公知的PID控制器在进行温度控制时，很难达到快速 到达设定温度且没有过冲现象的要求。

图1到图4所示为现有技术的PID控制器的控制原理方块图及曲线 图。其中，Kp(比例常数)、Ti(积分时间)、Td(微分时间)为调整的P、 I、D参数，误差值＝设定温度值-实际温度值。利用前述参数并根据公式 (1)可计算PID控制器的控制输出量:

控制输出量＝[(1+1/TiS+TdS)×Kp]×误差值           公式(1)

上述P参数又称为比例参数或比例控制，它是输出量与温度误差量(设定 值-实际值)之间的比例关系，当误差量越大输出量就越大，误差量越小输出量 越小。如图2所示，根据公式(2)计算其输出量:

y＝100/PB×X+50                              公式(2)

其中，Kp＝100/PB，PB为比例带，Kp为比例常数，50％为无误差下的控 制输出。

当误差量为0时，输出量为50％，此时温度设定值等于实际温度值，若温 度稳定在这个温度时，该系统没有稳态误差。但事实上误差为0时，输出量不 一定为50％，也可能是在0％～100％之间的任一值，而且同一系统的实时输出 量也不一定是固定值，它会随着外在环境温度的改变而具有不同的值。因此， 只有比例控制是无法消除稳态误差的。

D参数是指可调(Kp比例常数)参数之一。当Kp越大，温度反应越快， 也越容易超过设定温度。Kp越小，温度反应越慢，当然超出设定温度的可能性 就小。

I参数又称为积分参数或积分控制，用来消除控制误差量。当温度有误差 量时，积分控制会由公式(3)

y＝Ki×∫X dt+y0

Ki＝Kp×1/Ti；X为误差量                    公式(3)

将每一秒的误差量加起来再乘以固定值换算成操作量输出y，以消除温度 误差。图3所示，当误差量越大，由于PID中积分器的关系而使得操作量也就 越大，当误差量等于0时，上述积分器就不再积分，也就是达到与设定温度值 稳定无误差状态。

此外，现有技术的PID控制器应用于温度的I控制时，其积分是从0开始 慢慢积分到达到设定的温度值，因此，根据上述PID控制器原理与I参数(积 分控制)，要达到稳定无误差必须花费相当长的时间，尤其是在积分时间Ti很 大时，如图4所示的其温度与积分时间(Ti)的曲线图所示，同时，在积分控 制过程中，中间还会产生温度往下掉的状态。

发明内容

具体实施方式