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哈尔滨电机实业开发总公司 谢振国
哈尔滨电信公司 李 红
摘 要：论述了AI系列仪表的一些控制算法的革新及功效，并简述了该类仪表在实际应用中的价值。
要害词：AI系列仪表 控制 参数
引言
在工业控制中，许多控制历程机理庞大，滞后大，控制工具具有变结构、时变等特点。接纳通例的PID控制算法，难以适应参数变革及滋扰因素的影响，大都泛起较大超调，PID参数较难确定，不但给调试带来麻烦，调理的效果也不睬想。目前由外洋引进的某些调理仪表中，推出了许多革新型如加入抗饱和积分功效，接纳自整定来协助确定PID参数及自适应技术来革新控制效果。为了克服通例PID调理的缺乏，提高其性能，现在各大仪表公司及仪表生产厂，都在致力于新的控制算法开发和自整定技术的探究，下面以厦门宇光电子技术研究所开发研制的AI系列仪表为例，简述AI系列仪表中的人工智能控制算法和特点。
AI系列仪表中的人工智能控制算法
AI系列仪表中的人工智能控制算法，即对PID算法加以革新和保存，加入模糊控制算规则则，并对给定值的变革加入了前馈调理。在误差大时，运用模糊算法进行调理，以*消除PID饱和积分现象，如同熟练工人进行手动调理。当误差趋小时，接纳革新后的PID算法控制输出。其控制参数接纳被控工具特征描述方法。一组(MPT)参数即可同时确定PID参数和模糊控制参数。系统具有无超和谐高控制精度等特点。针对不稳定的非线形庞大调理工具，表内设有自适应调理规则，可使系统进一步加速响应速度，改善控制品质。针对控制参数较难确定的现实，表内设有自整定专家系统，可使系统的控制参数确定简单，准确度提高，因此，自整定系统的引入，不但使庞大劳动简化，节约了调试时间，并且提高了控制系统的调理品质。
PDI算法的革新
通例PID算法组成如下：
输出=比例作用(P)+积分作用(I)+微分作用(D)
在通例PID的控制系统中，减少超和谐提高控制精度是难以两全其美的，这主要是积分作用有缺陷造成的。如果减少积分作用，则静差不易消除，有扰动时，消除误差速度变慢，而当增强积分作用时，又难以制止超调，这也是通例PID控制中经常遇到的难题。
在AI系列仪表中，当控制参数在比例带以外时，接纳模糊控制，不保存抗饱和积分问题，而对PID算法部分又加以革新如下：
输出=比例作用(P)+积分作用(I)+微分作用(D)+微分积分作用(∫I)
由于仪表中增加了微分积分作用，所以，使通例PID算法中的积分饱和现象获得较大缓解。不过从上式中可以看到，原有参数已经较难确定了，又增加了一个新参数(∫I)，所以，这些参数一定相互影响，使得新算法参数越举事以确定。为此，经过认真的研究和实验剖析，比例作用与微分作用的比值和积分作用与微分作用的比值可取相同的值，并且比例作用与微分作用的蕞佳比值同控制工具的滞后时间有关。滞后时间越大，则比例作用响应减少，而微分作用响应增加。两者保存的关系如下：
比例作用=K(1/t)
微分作用=K(1-1/t)d
式中，K为系数；t为滞后时间与控制周期的比值；t≥1；d体现微分作用。
由此，可将人工智能控制算法公式改为：
输出=P［1/t+(1-1/t)d］+(1/M)∫［1/t+(1-1/t)d］
式中，P用于调解微分和比例的巨细，P增加，相当于同时将微分时间增加及减少比例带。反之，P减少，相当于同时将微分时间减少和增大比例带。M类似积分时间，可用于调解积分和微分积分的巨细，t用于调解微分与比例的相互比例身分。如果t=1，则微分作用为0，如果1Ｍ＝０，则积分作用为0。
这样，控制参数又减少为3个，由于通例PID参数的界说只凭据算法自己，其特点是不需要考虑被控工具的模型，而革新后的3个控制参数，由于同原参数看法差别，所以，界说为MPT控制算法，具体寄义如下：
M50为坚持参数。
M50界说为输出值为50%时，控制工具基本稳定后丈量值的差值。50体现输出值变革量为50。
例如某电炉温度控制，为了找出蕞佳的M50值，手动输出为50%时，电炉温度zui后稳定在800℃左右，而0%输出时，电炉温度zui后稳定在室温，为25℃，则M(蕞佳参数值(=800-25=775参数M值主要对调治算法中的积分作用进行调解。M值越小，系统积分作用越强。M值越大，积分作用越弱(积分时间增加)。如果，M=0，则系统取消积分作用。
P为速率参数
P与每个控制周期内仪表输出变革*时丈量值对应变革的巨细成反比，其数值界说如下：
P=100÷每秒钟被控参数的变革值，单位是℃或10个界说单位(线形输入时)。
例如电炉温度控制，如果仪表以*功率加热，并假设没有散热，电炉每秒升高1℃时，则P=100÷1=100
在实际应用时，因为没有散热的前提条件是无法满足的，所以，用人工的方法确定P的蕞佳值是不可能的，因此，一般利用自整定要领确定P的蕞佳值，P值对调治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、微分作用相应减弱。P参数与积分作用无关。
T为滞后时间参数
T界说为某电炉以某功率开始升温，当其升温速率抵达zui大值的63.5%时所需要的时间，T值单位是秒(s)。引入参数T并正确设置时可以完*温度控制的超调现象及振荡现象，同时使控制响应速度蕞佳。
T值的变革，可对调治作用中的比例和微分起作用，T值越小，比例作用越强，微分作用越弱。T值越大，则比例作用减弱，微分作用增强。如果T≤CT1(控制周期)，则微分作用被*取消，这时，系统的调理纪律将成为比例或比例积分调理纪律。
自适应功效
关于许多庞大的调理工具，例如电炉温度控制中的电网电压变革、外界滋扰因素和事情情况多变等，针对有严重非线形的控制工具，外洋仪表公司也推出了不少对策和要领。例如，日本导电公司生产的仪表中，接纳了多组算法；欧陆和欧姆龙仪表中接纳了自适应功效；KMM智能调理仪表中接纳了折线� ？槔词视ο低车姆窍咝�；另有的仪表公司在仪表中接纳辩识要领来提高仪表在非线性系统中的调理质量。
在AI系列仪表中，针对有严重中非线性的控制工具，选择了自适应方法来解决。其革新的特点是：当控制偏差大于预计的误差时，自适应系统不是修改MPT参数(外洋仪表的自适应功效是修改控制参数)，而是修改输出值来降低误差。虽然修改规模有限，但不会泛起将原来正确控制参数改错的现象，使响应速度加速，使控制精度大大提高。
模糊控制技术
所谓模糊控制是以模糊荟萃论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为基础的一种盘算机智能化数字控制要领。该要领无需建立工具的数学模型，并且具有适应性好，算法简易实现和容易操作等特点。
在控制误差很大时，用公式调理输出没有太大意义，相反容易带来积分饱和一类的问题，纵然使用MPT算法，如果控制参数设置禁绝，也可能泛起积分饱和或过积分的现象。所以，仪表引入模糊控制规则确定输出，将取得理想的控制效果。在误差较大时，仪表的PID算法没有启动，因此，AI仪表中的人工智能算法能够获得更为平滑的控制曲线。
专家自整定系统
由上面可知，AI系列仪表中的人工智能控制算法，已将通例的PID控制参数改成MPT参数，为了便当操作人员确定MPT参数，引入了一套自整定专家系统。由于MPT参数是面向被控工具进行描述的，所以，其自适应及自整建都比通例的PID参数来的简单，并且准确。一般情况下，如果自整定操作正确，乐成率险些为*。
自整定历程是接纳位式控制来进行系统调理的，系统振荡后，凭据其周期确定滞后时间参数T，凭据振荡幅度，可确定速率参数P。参数M一般不易直接确定，关于温度，一般假设其零输出时丈量值为25℃，凭据振荡时输出值可确定出参数M。关于线性输入，以其刻度规模作为M值� ？杉�，参数P和T可以通过自整定获得蕞佳值，而参数M只能是大致的。另外，如果系统的速率参数或滞后时间很长时，自整定也可能加大控制周期(CT1)值，以使系统切合实际的控制工具要求。AI系列仪表中引入专家自整定系统后，不但降低了操作人员的劳动强度，便当了操作，并且进一步提高了控制系统的控制质量。
使用价值
AI系列仪表与同类进口仪表价格相差2～3倍，其性能并不逊色外洋仪表。纵然同海内同类仪表相比其价格与性能也有很大优势。笔者*次用该系列仪表是1997年为哈尔滨电机股份有限公司多种事业部两台砂轮片烧结炉。该炉为硅碳棒电加热炉，要求按工艺曲线程序控制，控温精度±5℃，接纳苏州特种变压器厂生产的TSH—100/0.5磁性调压器及控制系统。厂家选用控温仪表基于外洋产品，为了降低用度，决定用AI—708P替代，该仪表为30段程序智能控制，其时售价仅1500元/台。*次运行时，启用自整定功效，便较快的找到了蕞佳的MPT参数，保温时控制精度抵达±1℃。理想的控制效果使得在以后仪表的选用时对AI系列仪心情有独钟。现在该类仪表在功效上又进一步，其型号也略有改变。分简易、智能型两大类，智能型仪表不但具有故障自检和参数锁定功效，并且选用了高抗滋扰和高可靠性结构，所以，系统泛起故障时，能实时查出故障，予以排除，大大提高了控制系统的可靠性和宁静性。
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