摘要：为了在热工计量过程中使检定炉更快更稳的达到多个检定温度点，研究了PID控制算法及日本岛电SR93的控制参数，得出了针对检定过程中的多个检定点进行多段AT自整定及上位机PID参数分组下载的控制方法，经实验，可更精确快速的达到检定温度，实现了预期控制效果.
关键词：PID；岛电；SR93；AT自整定；shim
热工计量领域需要对热电偶、热电阻传感器在规程指定的多个温度点进行检定，恒温装置和控温器成为热工测试系统重要的组成部分，以日本岛电SR93控温器为例，介绍如何设置控制参数使恒温装置最快，最稳的到达设定温度点，实现最优的控制效果。
1□PID控制
PID控制算法是最经典的自动控制算法，其控制结构与简单的阈值控制系统基本相同，但PID控制中被控对象的状态与设定值的误差很小，甚至可以忽略不计，如日本岛电SR93的控制精度就达到了0.3级。PID控制系统中，执行机构是不断的持续行工作，且工作强度可以调节，即可以从停止工作状态调整到满负荷工作状态。PID控制包括三个控制参数[1]。
1）比例控制P：根据当前的误差信息来计算输出控制信号的大小，误差越大，输出的控制信号越大。KP称为比例常数，KP的数值越大，控制系统的灵敏度越高，对误差的反应越强烈，使控制对象能够较快的达到设定值，但也容易使系统不稳定，控制过度。
2）积分控制 I：根据当前的误差微分信息来计算输出控制信号的大小，误差积分越大，输出的控制信号也越大。KI称为积分常数，比例控制达到设置值之后，误差值为零，这时需要持续的误差反馈作为控制输入量，此时的积分误差值仍不为零，其仍然可以产生一个稳定的输出控制信号，维持误差为零的控制效果。
3）微分控制 D：根据当前的误差微分信息来计算输出控制信号的大小，微分误差越大，输出的控制信号也越大。KD称为微分常数，误差微分值越大，预示着被控制对象将产生较大的变化，而微分控制则是专门对抗这种激烈的变化，产生超前控制的效果[2]。
上式就是PID控制算法的总公式，只要合理的设置KP、KI和KD三个值，基本上就可以满足各种自动控制系统的要求。
Void PIDCtrl（void）
{
Float NEW，E，SE，DE，OUT；
Float KP，KI，KD；
While（1）
{
NEW = SampleAdc（）；//采集最新输出值
E = Set – new；//计算最新误差
SE = SE + E；//计算积分误差
DE = DE – E；//计算微分误差
OUT = E * KP + SE * KI + DE *KD；//输出
CtrlOut（out）；
LE = E；//保存此次误差，供下次使用
Sleep（50）；//延时
}
}
2□SR93的PID设置
SR93是一种高性能的单回路调节器。0.3 级精度、四种外形尺寸、四位超大LED 显示，带手动和模拟变送、设定值偏移（SB）、双输出及两组专家PID 参数、一组外部开关、两路报警和事件输出，以及通讯功能。
2.1□AT自动整定
调节输出正/反作用设置，选择调节输出反作用（加热）或正作用（致冷）。反作用rA是指PV测量值与SV设定值的正偏差越大，调节输出越小（加热系统）。正作用dA是指PV 测量值与SV 设定值的正偏差越大，调节输出越大（致冷系统）。在对热电偶、热电阻的计量检定中需要多段的升温过程以达到规程中指定的计量温度点，因此，需要选择反作用rA。
1□AT 自整定示意图
如图1所示，在未知最佳PID参数的情况下，窗口设置SV温度后，执行AT自整定，AT自整定启动on后，AT灯亮，在测量PV值到达SV设定值后，讲自动造成对系统的二、三次扰动。SR93根据超调震荡的大小和恢复周期，自动计算出系统的PID参数值。当AT整定完成，AT灯灭，系统恢复正常控制。
2.2□多段PID加载
常见温控器的用法是针对一个控温装置设定一个固定的SV温度点，SR93控温器应用AT自整定得到的一组PID参数值，一直进行操作调节。而在热工计量领域，不同分度的热电偶、热电阻需要多个不同的检定温度点，这样SR93需要针对多段的A->B、B->C、C->D、D->E等多个温度点进行迅速的最优调节。这样就需要针对性的试验出多组参数如PID（A->B）、PID（B->C）、PID（C->D）、PID（D->E）等。当需要进行某段升温时，可以将对应此段AT自整定得到的PID参数值，远程直接下载至岛电SR93。
2.3□手动整定
对于一般的恒温装置，SR93自整定都能达到预期控制效果的PID参数，但是如果多次整定后的效果仍不理想，可以采用人工手动调整PID参数。
1）当到达稳态前超调量过大，可以适当增加P值以抑制超调。2）如果要加快到达稳态的时间，而允许少量超调时，可适当减小比例P值。3）当测量值在设定值上下缓慢波动时，可以适当增加I值或P值。4）当测量值在设定值上下波动频繁时，可以适当减小D值[3]。
2□shimaden_com 软件界面图
岛电SR93附带的上位机调试软件shimaden_com（如图2）可以根据用户需要便捷的设置仪表配置参数。如图3所示，用户可以根据控制经验手工下发P、I、D配置参数及输出上下限。
3□PID 参数设置界面图
3□结 论
在研究日本岛电SR93的PID配置参数及PID控制算法的基础上，提出了分段AT自整定及将分段整定得到的PID参数值通过上位机下载至SR93的控制方法，经热电偶检定实验，热电偶检定炉在选择最优PID参数的情况下，可以更快更稳的达到预设SV温度检定点，达到了预期的控制效果，大大缩减的热工检定的操作时间.
参考文献：
[1] 钟造胜.《基于三菱FX2N_PLC及SR93温控仪的自动烘干线改造》[J]. 数字技术与应用，2015，6：49-51.
[2] 冷溪，裴锐.《热工检定炉控制器的调试与应用》[J]. 电子世界，2014，7：147-148.
[3] 孙强.《温度传感器自动检定系统设计》[D].大连理工大学：2014，9：30-33.
论文作者:杨智,裴锐
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：误差论文; 参数论文; 越大论文; 设定值论文; 微分论文; 温度论文; 多个论文; 《基层建设》2019年第17期论文;