1、控制系統文章編號：（）中文核心期刊微計算機信息（測控自動化）年第卷第期基于組態軟件和Matlab 的PID 控制器設計及參數自整定方法研究（中國科學院工程熱物理研究所；山東科技大學；煤炭科學研究總院）郭巍，曲延濤趙英，摘要：工業控制現場使用的組態軟件中，控制是比較實用、可靠的。本文介紹在組態軟件中控制器的算法實現，并基于完成自整定算法，使參數的整定變得簡單、易行，使組態軟件更靈活、通用。并通過系統響應曲線圖對設計的控制器的性能進行評估。關鍵詞：態軟件；自整定中圖分類號：文獻標識碼：技術創新：，：，概述對于常用的集散型控制系統（）及一般的工業測控系統，經常需要對運動系統進行控制，比例積分微分（）

2、控制器是最早發展起來的一種控制器，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，目前被廣泛應用在化工、冶金、機械、熱工和輕工等工業過程控制，是應用最廣泛的控制策略之一，因此，常在組態軟件中選用控制，但控制器參數的整定一般需要經驗豐富的現場工程技術人員來完成，既耗時又耗力，加之系統千差萬別，使控制器參數的整定有一定難度，整定效果也不能令人滿意。要使組態具有通用性，適用于各種模型控制，參數整定就更難。本文采用目前國際控制界應用最廣泛的首選計算機工具語言及仿真軟件，仿真整定控制器參數，使參數的整定變得簡單，易行，使組態軟件更靈活、通用。D u (n =u (n -u (n -1（式）=Kp e(n-e(n-1

3、+KI e(n+KD e(n-2e(n-1+e(n-2式中，（）為時刻輸出的增量，為比例增增量式控制系益，為積分系數，為微分系數。統示意圖如圖所示。R (n e (n ¡¢£PI D¡u (n ¡¡Tu (t ¡¢¡¢¡¢¡¢y(t Y (n 圖增量式控制系統框圖增量式控制算法中，每次只求出（），且其值只于前兩次采樣值有關，占用了較少的內存單元，編程方便，計算誤差或計算精度問題對于控制量的計算影響較小。在計算機出故障時，只對（）有影響，而對整個控制影響不大

4、，因此可靠性較高。為了編程方便，可將式整理成如下形式：數字控制器在組態軟件中的實現數字控制器的設計在組態軟件中，采用增量式控制算法，其算法為：郭巍：碩士研究生基金項目：國家自然科學基金（）D u (n =a 0e (n +a 1e (n -1 +a 2e (n -2K I K D ¡+K P K PKa 1=-K P (1+2D ¡a 2=K DK P數字控制器在組態軟件中的實現由式可見，按增量式算法計算（）只需式中：a 0=K P (1+例： 控制系統要保留現時刻及以前的二個偏差值（）、（）和（），初始化程序置初值（）（），由中斷服務程序對過程變量進行采樣，并根據參數、以

5、及圖給出了增量式（）、（）和（）計算（）。算法的程序流程。下對控制器進行參數整定自整定控制器控制器只有在參數得到良好整定的前提下才能達到令人滿意的控制效果，其參數整定是指在控制器的形式已經確定（、調節規律）的情況下，通過調整控制器參數，達到要求的控制目標。在工程實際中，常采用工程整定法，即用經驗法整定控制器的參數，這種方法也叫試湊法，其方法是根據經驗先將調節器的參數調整在某些數值上，然后閉環運行，觀察系統響應，再以各調節參數對系統響應為理論指導，在線調整調節器相應參數比例度，反復地進行試湊，直到控制質量滿意為止，這種整定方法既耗時又耗力，而且增加了系統的調試難度和費用。語言是國際控制界應用最廣

6、的首選計算工具，提供了基于模塊圖的控制系統仿真軟件，以其方便的圖形界面和對各種控制工具軟件包的支持，成為控制工程首選的仿真軟件。是一個用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包，利用的強大功能，可以很容易地構造復雜控制系統模型，并能在控制算法運行過程中，對仿真模型的參數進行在線修改，模擬實際生產過程中的各種干擾、被控對象模型的變化等，并可立圖增量式算法程序即得到修改后的仿真結果。因此，本文用的工具箱來構造仿真對象模型模擬實際對象的運行。在中，具有自整定功能的控制系統如圖所示。技術創新在組態軟件的設計過程中，把數字控制算法以函數庫的形式給出，用戶在使用時可以方便的選定算法，并對其參數進行實際整定

7、，然后將整定后的參數輸入計算機保存，系統就可以根據這些參數進行實時控制。算法需要多種參數，并保存于內存單元中，為此要定義相應的參數結構。；函數形式為：變量名；在數據庫中的序號；給定值；比例系數；積分系數；微分系數；當前誤差；前一個時刻誤差；前兩個時刻誤差；輸出；指針；圖自整定控制器仿真圖（，）；在運行前需要建立一個緩沖區，用來存放所有的被控變量的參數，該函數實現了增量式控制，需要時可以方便調用。技術應用例圖時域響應在圖中，是繼電控制器，是：元年控制系統控制器，是過程對象的仿真模型。中文核心期刊微計算機信息（測控自動化）年第卷第期，（）；改進的自整定方法是在繼電控制器后增加積分環節。多路開關控制

8、不同控制算法之間的切換。整定算法整定公式是基于帶有延遲的一階傳遞函數模型提出的，這樣的對象模型可以表示為：G (s =ke -sL1+sT在實際的過程控制系統中，有大量的對象模型可以近似地由這樣的一階傳遞函數模型來表示，如果不能物理地建立起系統的模型，我們還可以由實驗提取相應的模型參數。例如，如果可以通過實驗測取對象模型的階躍響應，則輸出信號可以由圖中給出的草圖形狀來近似。這樣我們可以通過這樣的草圖獲取，與參數。由圖可以看出，我們還可以由a =技術創新kL T來求取參數。如果獲得了與參數，在可以通過表中給出的公式設計控制器。表整定公式；（），；，（）；（）；（）（）；（）（）；（）（），（）；

9、（）（），（）；（）；（），；，；，（）；（）；，（，）；，（，）；（，）；（，）；（）；函數清單：，（，）；（）；（）；（）；（）；，；，；仿真應用以對象模型G (S =2為例，S +10S +35S 2+50S +2443設計一控制器并用算法進行參數整定。命令清單如下：（，）；（），（）；，（，）；，（，）；（）圖不同控制器下的系統響應比較整定算法的實現在中，先求出一階模型的特征參數，然后由公式設計類控制器，為此，編寫了二個函數（）和（）以完成整定算法。其函數清單如下：函數清單：，（，）系統閉環響應曲線如圖所示。可見，經算法整定參數以后的控制器的效果要優于普通控制器的效果，證明本方案是現實

10、可行的。結束語本文，探討了組態軟件中算法（轉頁）例：圖像處理中文核心期刊微計算機信息（測控自動化）年第卷第期 好的匹配，根據邊緣點總數則是為了對邊緣復雜區域做更細的分割，算法第一步則是針對背景宏塊和相對靜止或細微運動的宏塊的。再次，邊緣點的確定方法不僅根據像素點周圍點的情況還考慮了人眼的存在對比靈敏度的特點，充分利用人眼特點去掉一些人眼分辯不出的邊緣點。最后，門限值的確定是針對當前宏塊或鄰塊的一些特點自適應的變化，力求能夠保證精度。并且根據門限值每一步都規定了能夠終止繼續下一步的條件，大大加快了整個編碼的速度，并將模式和模式，模式和模式的選擇放在一步當中，利用邊緣信息選擇進一步加快了速度。汪岳

11、峰等基于視覺感興趣區的圖像質量評價方法陸旭光，微計算機信息，（）作者簡介：王曉慧（），漢族，女，碩士研究生，研究方向為視頻編解碼。周東輝，漢族，男，教授，研究方向為水下探測及智能機器人。（山東青島中國海洋大學信息學院）王曉慧周東輝（，），通訊地址：（中國海洋大學信息學院電子系級研究生）王曉慧（投稿日期：）（修稿日期：）算法應用本文算法適合基于塊的視頻解碼標準，、技術創新、等，應用比較廣泛，作者將其應用到的編碼（）部分（僅優化當前算法），根據統計選擇模式的都是邊緣豐富的宏塊，也證明的本文算法的合理性。下面是實驗結果，選擇視頻序列，格式。（接頁）的實現方法，創新之處：在下用工具箱構造仿真對象模型，

12、對實際對象的運行情況進行仿真，并研究了整定算法在中的實現方法，給出了相應的語句，對設計的的控制效果與普通控制器的效果進行了比較。此課題的研究，為控制組態軟件的開發提供了方便，同時增加了工控軟件包的控制功能和可靠性、通用性，特別是在參數整定時，在環境下，復雜控制算法的計算任務容易完成，把現場調試移到實驗室來處理，節省了大量調試時間和經費開銷，對工業自動化水平的提高具有積極意義。以下兩幀為采用兩種算法對同一幀解碼得到的結果（同樣的比例縮小）：參考文獻：劉耀，李超良組態軟件架構的研究與設計微計算機信息，：符林軍，王孟效調整系統控制量的模糊控制器的計算機設計與仿真微計算機信息，：張軍鋒，吳海峰，梁艷紅基于工具箱的模糊自整定控制系統設計與實現微計算機信息，：機械工業薛定宇控制系統仿真與計算機輔助設計北京：出版社，作者簡介：郭巍（），男，漢族，山東泰安人，碩士研究原算法本文算法由上面兩圖可發現本算法在保證了效果的同時，將速度提高了。論文創新點：提出一種選擇宏塊模式的算法，針對視覺特征，根據宏塊邊緣信息選擇分割方式，提高了整個幀間預測的速度，且保證了視覺效果和視頻質量。參考文獻：韓崇昭，鄭林等一種基于視覺模型的邊緣檢測閾值侯志強，選擇策略光電工程，：（），（），：數字音視頻