Question

温控PID算法的具体实现（一）

Answer 1

        经过本人发表的上一篇文章《几种温度算法的比较与总结》可知，分段式PID算法既可以提高温控系统的响应速度，又可以提高温控系统的控温精度，现将以增量式PID算法为例总结一下其具体的实现步骤或过程，希望能够给奋战在PID算法的同仁们提供一些有价值的内容。

一、温控模型的建立

        是选择一阶延迟控温系统还是选择二阶延迟控温系统，需要根据自己的实际控温系统来确定；

二、温控模型中K、T、τ的确定

        温控模型一旦确定，接下来就是确定K、T、τ的值。温控模型中K、T、τ等值的确定方法有以下几种方法：

1、系统辨识法

        设定采集数据的时间间隔，PWM波形的占空比等参数后，记录随时间变化的温度数据（注意：是在开环状态下），温度数据量越多越好，根据测试的数据利用Matlab的系统辨识工具箱进行辨识求得K、T、τ的值。

2、公式计算法1

        对温控系统输入固定占空比的PWM波，以固定时间间隔（比如1s）采集记录温度数据，然后利用两点法计算公式计算出K、T、τ的值。

        K = （y（∞） - y（0））/（Δu）；

        T = 1.5*（t（0.632） - t（0.28））；

        τ = 1.5 * （ t（0.28） - t（0.632）/3）。

注意：（1）、y（0）为室温值，y（∞）温度稳定后的温度值。

            （2）、Δy = y（∞） - y（0）。

            （3）、 t（0.28）为室温升温至y（0） +0.28* Δy的时间值。

            （4）、t（0.632）为室温升温至y（0） +0.632* Δy的时间值。

3、公式计算法2

        原理同公式计算法1，只不过选取的参考点不同，这里选取的参考点是t（0.39）和t（0.632），K的计算公式同公式计算法1，以下是T和τ的计算公式：

        T = 2*（t（0.632） - t（0.28））；

        τ = 2*  t（0.28） - t（0.632）。

三、P、I、D参数的确定

1、Matlab仿真试验法

        通过在Matlab中输入温控模型和建立PID控制模块，然后仿真查看温控的曲线情况确定PID参数。

2、公式计算法

        根据以上测得的温度数据，由Z-N或C-C公式算出PID参数。

3、现场调试法

        根据调试人员对PID参数整定的经验调试PID参数，通过现场PID的控温情况确定PID参数值。

        通过以上三种PID参数整定方法的比较，当然还有其他的有待验证其可行性的PID参数整定方法，个人觉得综合以上三种PID参数整定方法，最好的PID参数整定方法是：先用公式计算法计算出PID参数值，然后在Matlab中验证整定的PID参数情况，最后再根据现场的实际控温情况进行微调，最终确定PID参数的值。