高精度压力测控系统的试验研究

2.1 控制算法

数字PID算法用增量式表示为：


由于压力响应具有迟滞性，属于一阶延时系统，若采用常规PID算法，控制效果不好，并且会出现较大的超调量。为了解决这一问题，设计中采用了积分分离PID算法。从实验结果看，其性能指标均有所提高。当被控量与设定值偏差较大时，取消积分作用；当被控量与设定值偏差很小时，加入积分作用。也就是说系统启动、停止或大幅度改变设定值时，只用比例控制和微分控制，然后才加入积分控制，这样更有利于改善动态特性和消除静差。具体做法是：针对被控对象参量，设定一个偏差的门限e0，当过程控制中偏差 e(k)的绝对值大于e0时，系统不引入积分控制，只用PD控制；当偏差 e(k)的绝对值小于e(k)时，才引入积分控制，即采用PID控制。对计算公式的积分项，乘一个权系数β。当 e(k)的绝对值小于等于e0时，β值取1；当 e(k)的绝对值大于e0时，β值取0。

因此，式（2）可改写为：

2.2 参数整定

设计采用扩充临界比例度法整定。通过实验测量，被控对象的纯滞后时间为30s左右，因此选择采样周期为3s。通过在实验中进行一系列实测数据的比较，选择控制度为1.2，采用PI控制。整定的各参数值如下：KP=3.14，TK=180s，Ti=0.91，TK=163.8s，Ki=KPT/Ti=0.058。经过对参数微调，最后得出最佳PID参数，即KP=3.14，Ki=0.058。

3 实验结果

通过实验室环境下的多次实测，得出控制器控制精度在±0.5℃之内。表1为实验过程中的一次数据记录。从结果看，当设定压力为25MPa时，最后稳定压力为25.03MPa，控制效果比较理想。



系统采用抗干扰性能超强、功耗低的单片机，配合高精度的小信号检测控制电路，使系统的硬件电路结构得到简化。软件采用必要的误差校正及控制算法，使测量及控制性能得到了提高。该系统可应用到大部分压力高精度控制场合中，具有较高的应用价值。