關(guān)于AI系列儀表的人工智能控制算法

常規(guī)PID算法構(gòu)成如下：輸出=比例作用(P)+積分作用(I)+微分作用(D)在常規(guī)PID的控制系統(tǒng)中，減少超調(diào)和提高控制精度是難以兩全其美的，這主要是積分作用有缺點(diǎn)造成的。如果減少積分作用，則靜差不易清理，有擾動(dòng)時(shí)，清理誤差速度變慢，而當(dāng)加強(qiáng)積分作用時(shí)，又難以避免超調(diào)，這也是常規(guī)PID控制中經(jīng)常遇到的難題。在AI系列儀表中，當(dāng)控制參數(shù)在比例帶以外時(shí)，采用模糊控制，不存在抗飽和積分問(wèn)題，而對(duì)PID算法部分又加以改進(jìn)如下：輸出=比例作用(P)+積分作用(I)+微分作用(D)+微分積分作用(∫I)由于儀表中增加了微分積分作用，所以，使常規(guī)PID算法中的積分飽和現(xiàn)象得到非常大緩解。不過(guò)從上式中可以看到，原有參數(shù)已經(jīng)較難確定了，又增加了一個(gè)新參數(shù)(∫I)，所以，這些參數(shù)必然互相影響，使得新算法參數(shù)更加難以確定。為此，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究和實(shí)驗(yàn)分析，比例作用與微分作用的比值和積分作用與微分作用的比值可取相同的值，并且比例作用與微分作用的較佳比值同控制對(duì)象的滯后時(shí)間有關(guān)。滯后時(shí)間越大，則比例作用響應(yīng)減少，而微分作用響應(yīng)增加。兩者存在的關(guān)系如下：比例作用=K(1/t)微分作用=K(1-1/t)d式中，K為系數(shù)；t為滯后時(shí)間與控制周期的比值；t≥1；d表示微分作用。由此，可將人工智能控制算法公式改為：輸出=P［1/t+(1-1/t)d］+(1/M)∫［1/t+(1-1/t)d］式中，P用于調(diào)整微分和比例的大小，P增加，相當(dāng)于同時(shí)將微分時(shí)間增加及減少比例帶。反之，P減少，相當(dāng)于同時(shí)將微分時(shí)間減少和加大比例帶。M類似積分時(shí)間，可用于調(diào)整積分和微分積分的大小，t用于調(diào)整微分與比例的相互比例成分。如果t=1，則微分作用為0，如果1Ｍ＝０，則積分作用為0。這樣，控制參數(shù)又減少為3個(gè)，由于常規(guī)PID參數(shù)的定義只根據(jù)算法本身，其特點(diǎn)是不需要考慮被控對(duì)象的準(zhǔn)確模型，而改進(jìn)后的3個(gè)控制參數(shù)，由于同原參數(shù)概念不同，所以，定義為MPT控制算法，具體含義如下：M50為保持參數(shù)。M50定義為輸出值為50%時(shí)，控制對(duì)象基本穩(wěn)定后測(cè)量值的差值。50表示輸出值變化量為50。例如某電爐溫度控制，為了找出較佳的M50值，手動(dòng)輸出為50%時(shí)，電爐溫度較后穩(wěn)定在800℃左右，而0%輸出時(shí)，電爐溫度較后穩(wěn)定在室溫，為25℃，則M(較佳參數(shù)值(=800-25=775參數(shù)M值主要對(duì)調(diào)節(jié)算法中的積分作用進(jìn)行調(diào)整。M值越小，系統(tǒng)積分作用越強(qiáng)。M值越大，積分作用越弱(積分時(shí)間增加)。如果，M=0，則系統(tǒng)取消積分作用。P為速率參數(shù)P與每個(gè)控制周期內(nèi)儀表輸出變化高標(biāo)準(zhǔn)時(shí)測(cè)量值對(duì)應(yīng)變化的大小成反比，其數(shù)值定義如下：P=100÷每秒鐘被控參數(shù)的變化值，單位是℃或10個(gè)定義單位(線形輸入時(shí))。例如電爐溫度控制，如果儀表以高標(biāo)準(zhǔn)功率加熱，并假設(shè)沒(méi)有散熱，電爐每秒升高1℃時(shí)，則P=100÷1=100在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，因?yàn)闆](méi)有散熱的前提條件是無(wú)法滿足的，所以，用人工的方式確定P的較佳值是不可能的，因此，一般利用自整定方法確定P的較佳值，P值對(duì)調(diào)節(jié)中的比例和微分均有作用。P值越大，比例、微分作用成正比增加，而P值越小，比例、微分作用相應(yīng)減弱。P參數(shù)與積分作用無(wú)關(guān)。T為滯后時(shí)間參數(shù)T定義為某電爐以某功率開(kāi)始升溫，當(dāng)其升溫速率達(dá)到非常大值的63.5%時(shí)所需要的時(shí)間，T值單位是秒(s)。引入?yún)?shù)T并正確設(shè)置時(shí)可以完全解決溫度控制的超調(diào)現(xiàn)象及振蕩現(xiàn)象，同時(shí)使控制響應(yīng)速度較佳。T值的變化，可對(duì)調(diào)節(jié)作用中的比例和微分起作用，T值越小，比例作用越強(qiáng)，微分作用越弱。T值越大，則比例作用減弱，微分作用增強(qiáng)。如果T≤CT1(控制周期)，則微分作用被完全取消，這時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律將成為比例或比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律。