重庆科技学院本科生毕业论文 3 温度控制算法
（3.1）
其中K=是在一个周期里面SSR运行的比率，叫做占空比或者负载电压系数，K值一般在0-1之间。调节K值的方式，因为周期一般是固定的，所以就调节t值，使发热管电压变化，这种调节方法叫做定频调宽法。PID调节器的作用就是任一时刻它都能够计算出为了使加热区抵消在外界干扰情况下的温度变化调节的K值，保障系统的温度。
温控系统的惯性比较大，所以在给加热区加热时，并不能马上达到设定的温度，而是会经过一段时间的缓冲，同理，当停止加热的时候，它也不能马上就把温度定下来，而是会仍然有一小段时间的加热。
温控系统的惯性大就给温度控制造成了比较大的麻烦，也就是假如我们在系统达到我们设定的温度停止加热，那么最终的温度可能会超过预计的温度，而如果我们在没达到温度就停止加热又怕会达不到预期的温度。这就是温度难以控制的根源。因此，我们为了处理这样的情况把温度控制划分成PID调节前阶段和PID调节阶段两部分，下面就是对这两部分的讲解：
1）PID调节前阶段
在这个阶段，实际温度离我们预期的温度还相差很远，因此可以通过SSR 调节K值，使发热原件满负荷运行，即使K=1，使系统响应时间更短，更快达到要求，而当温度上升的速率超过了某一个上限值的时候，就直接关闭SSR，即使K=0，停止系统加热输出。
因此，在这个阶段，根本没用到PID调节，完全靠加速速率调节SSR的K值在控制温度变化。
2）PID调节阶段
这个阶段就是靠PID控制输出了，PID根据算出的偏差值控制K值，来控制此偏差值一直保持在接近于零这个界限，就算是有外界干扰，也能使这个系统稳定。
3.2 PID算法
PID其实是P、I、D三个字母合并来的，也就当然代表着三种不同的意思组合而成的一种功能。它是原理基础来自如下面的公式：
（3.2）
输出= 比例项 + 积分项 + 微分项 + 常数项
其中：
PID控制得到的输出，是关于时间的函数；
15
重庆科技学院本科生毕业论文 3 温度控制算法
PID控制的比例增益； PID控制的静态输出值；
e PID控制产生的偏差，即初始值与变化值之差；
由于公式（3.2）是理论算法，计算机并不能处理无限运算次数的式子，因此，必须转换成有限次数的算式，才能利用计算机计算输出，转换成的算式为：
（3.3）
输出=比例项 + 积分项 + 微分项 + 常数项
从公式（3.3）可以看出来，PID运算的积分项只计算第一个周期和当前周期的偏差的函数，微分项则是当前和当前前一次偏差结果的函数，而比例项就只是当前采样的函数。由于利用计算机计算并不是所有误差项都会存储，而是计算一次，就会被下一次的覆盖，也就是说最多只保存当前和前一次的值，利用计算机重复处理的高效性，可以把上面的公式再变换为下面的公式：
（3.4）
输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项 + 常数项
其中：
是在第n 次采样时刻，PID回路的输出计算值；
SV PID 控制设定值；
是在第n 次采样时刻的变化量值； 是在第n－1 次采样时刻的变化量值； 积分前项值；
PID控制的静态输出值； PID控制的比例增益； 积分项的比例常数
是离散化时的采样时间间隔 是积分时间参数；
微分项的比例常数
；
是微分时间参数；
是离散化时的采样时间间隔
从上面的一系列公式大致可以看出
、
、
16
在控制中的主要作用：
重庆科技学院本科生毕业论文 3 温度控制算法
1)的比例调节作用：比例项是按照比例反映系统偏差的，系统一出现偏差，比
例项就会朝使偏差消失的方向调节。比例调节是大范围的调节，因此对于偏差很大的情况能够很快的调节回来，但是就因为比例调节比较大，从而导致系统很不稳定。
2）
的积分调节作用：积分项是消除系统稳态误差，提高无差度的。积分是随着
偏差的存在而存在的，它总是输出一个固定的值。积分项是提高系统的精度，单是它反应缓慢，同时也就降低了系统的响应速度。
3）
的微分调节作用：微分调节环节是不能单独使用的，必须和前面的两种调节
配合使用，它对干扰有扩大的作用，因此微分调节太强，对于系统的抗干扰能力会有所下降，在我看来，微分调节最大的作用在于他能预测变化趋势，从而在偏差产生之前就消除它产生的原因，提高系统的动态性能。如果微分参数节时间，加快系统响应。
选择恰当，还可以减少调
17
重庆科技学院本科生毕业论文 4 程序设计
4.程序设计
4.1程序设计流程图
主程序 子程序1-5
运行PLC 设定温度t1-5 初始化运行指示灯 设定PID值 初始化PID 每100ms调用一次中断程序 调用子程序1-5 返回 中断程序
读入温度并转换 把实际温度值放入VD100 调用PID指令 输出PID值 图4.1 程序流程图
4.2内存地址分配
18
重庆科技学院本科生毕业论文 4 程序设计
表4.1 内存地址分配表 地址 VD0 VD5 VD4 VD3 VD2 VD1 输入 端口 地址 0.0 0.1 0.2 0.3 输出 端口 地址 0.0 0.1 0.2 说明 实际温度存放 设定温度t5存放 设定温度t4存放 设定温度t3存放 设定温度t2存放 设定温度t1存放 SB1 SB2 FR1 FR2 KM1 KM2 超温报警器 4.3 PID指令回路表
表4.2 PID指令回路表
偏移量 0 4 8 12 16 20 24 28 名称 过程变量（） 说明 在0.0~1.0之间取值 在0.0~1.0之间取值 在0.0~1.0之间取值 比例常数，可正可负 单位（s），而且必须是正数 单位（min），而且必须是正数 单位（min），而且必须是正数 在0.0~1.0之间取值 给定值（SPn） 输出值（增益（） ） 采样时间（） 采样时间（） 微分时间（） 积分项前值（） 19