数字PID调节器手动自动跟踪控制方式

1.简介

在现场控制回路中，有时会出现强扰动引起现场过程值的跳变，如果这时采用了I控制规律，要消除这个扰动，会使得调节时间过长、调节过程过慢，这时就需要人为的进行干预。PID控制器在这方面设置了一个使能位0或1，0指手动控制，1为PID参与调节，也就是“自动”与“手动”的说法。当PID运算不被执行时，称之为“手动”方式，PID运算参与控制称之为“自动”方式。当这个使能位发生从0到1的正跳变时，PID会按照预先设置的控制规律进行一系列的动作，使PID从手动方式无扰动地切换到自动方式。为了能使手动方式无扰动切换到自动方式，PID会执行以下操作：

1）置过程变量值PV=给定值SP，在未人为改变SP值之前，SP值保持恒定。

2）置过程变量前值PV（n-1）=过程变量现值PV（n）。

需要说明的是：CPU在启动或从STOP方式转化到RUN的方式时，使能位的默认值是为1的。当RUN状态存在，人为使能位变为0，PID不会自行将使能位变为1，也就是说不会自行切换到自动方式。要想再次使PID参与控制，需要人为将使能位置1。例如，在ABB Freelance 2000操作员站中的PID控制面板上，手/自动分别用M（man）、A（auto）标示，当从M转为A时，PID工作，PID将过程变量值PV置于设定值SP值，并保持PV跟踪SP值；当从A转为M时，PID停止工作，系统会将输出值OUT（n-1）赋予OUT（n），并保持OUT不变，SP值跟踪PV值。

2.控制器的手动、自动无扰切换实现

一般不论数字还是模拟控制器都存在着多种控制模式，如手动、自动等。在实际运行过程中，经常有必要在各控制模式间进行切换，同时要求此种操作不会对调节过程带来大的冲击；在改变控制器参数时，具有同样的要求。

实现无扰切换的关键是在切换前后，控制器输出值不会发生大的跳跃。

在手动控制模式下，动态控制器的状态（如积分器状态、不完全微分项惯性环节的状态等）数值必须是明确的，否则将会导致由手动控制模式切换到自动控制模式时，控制器的输出值是不可预期的。因此，有必要引入无扰切换算法。

无扰切换算法实现：

考虑在手动模式下（或在PID参数调整之前），PID控制器输出可写作如下算式：

u（t-）=u_p（t-）+u_i（t-）+u_d（t-）

式中 u_p、u_i、u_d——PID控制器的比例项、积分项和微分项的输出。(www.xing528.com)

在切换到自动（或参数修改）之后：

u（t+）=u_p（t+）+u_i（t+）+u_d（t+）

要实现无扰切换，必须满足：

u（t-）=u（t+）

可以通过更新积分部分状态来实现u（t-）=u（t+）。

如果选择积分状态来实现，即有

u_i（t+）=u_p（t-）+u_i（t-）+u_d（t-）-u_p（t+）-u_d（t+）

手动控制时，为u（t-）

因此，在手动控制时，u_i（kT）要每周期由下式计算：

u_i（kT）=u_m（kT）-u_p（kT）-u_d（kT）

微分项采用不完全微分，其状态每周期同步更新。

此外，由于PID控制器是一个动力学系统，因此在接入时恰当地设定控制器的状态是很重要的。如果不这样做，可能会出现大的切换瞬态过程。在具有PI控制器的常规控制器中，控制器只有一个状态，即积分器的状态。状态初始化的常用方法是使控制器处于手动控制下运行，直到过程输出接近其期望值为止。