模擬控制電路

以模擬信號為工作信號的控制電路，模擬信號指所有在時間和數值上都連續的信號，以該種信號作為輸入（一般從主電路中採樣進行前饋或者反饋），實現某種控制功能的電路稱為模擬控制電路，一般模擬控制電路具備採樣模組、A/D、D/A數據採集、I/O模組等，以實現控制功能。

基本介紹

• 中文名：模擬控制電路
• 外文名：Analog control circuit
• 特徵：依靠模擬信號工作的控制電路
• 途徑：模擬信號

電路介紹

以電流調節器為例，電流負反饋與另一個調節器構成的閉環置於速度環以內，稱電流環，該調節器稱為電流調節器,用LT表示。為了獲得良好的靜態與動態性能,兩個調節器都採用比例積分(PI)調節器。在運算放大器反饋迴路中串入電阻R2和電容C2（圖2）, 構成比例積分調節器。如選擇R21=R22=22千歐，則其輸出電壓為式中T2=R2C2S為復頻率。上式表明,比例積分調節器的輸出電壓Uk由比例運算和積分運算兩部分組成。比例部分迅速反映調節作用，積分部分最終消除靜態偏差。

模擬控制電路

電流調節器中，從主電路採樣輸出電壓到控制電路中，且輸出電壓可以在任一數值連續變化，因此屬於模擬信號，控制電路中的模組均具備處理模擬信號的功能，因此屬於典型的模擬控制電路。

模擬控制電路

雙環控制

速、電流雙閉環調速系統電路中的控制信號、調節器輸出的各物理量都是時間的連續函式，它們構成一個模擬控制電路，其中速度負反饋與一個調節器構成的閉環作為外環，稱速度環，該調節器稱為速度調節器。

雙環系統的靜態工作情況如下：給定信號與速度反饋信號比較後,加在ST的輸入端。電動機的速度由給定信號確定，ST輸出Ui作為電流給定信號加在LT的輸入端，LT的輸出Uk送至觸發電路對晶閘管整流電壓Ud進行控制，以保證電動機在給定速度下運轉。穩態時，兩個調節器的放大倍數均為調節器的開環放大倍數K0。因為K0足夠大，這時ST、LT的輸入信號都幾乎為零。因此，可以認為該系統是無差系統。ST的輸出限幅即為最大電流給定值，正確地整定ST的輸出限幅值，即可保證主迴路電流不超過允許值。雙環系統的靜特性如圖 3所示。在正常負荷時，速度調節器ST不飽和，依靠ST的調節作用，保證系統具有絕對硬的靜特性（無靜差）。這時電流調節只起輔助作用。負載電流的大小由電壓給定值Ui決定。但由於ST具有輸出限幅，所以當電動機的負載力矩過大時，ST進入飽和狀態，失去調節作用，速度環呈開路狀態。在固定的最大給定電流作用下，依靠電流環對電流進行調節，這時系統由恆轉速調節轉變為恆電流調節。由於電流調節器也是PI調節器，所以可以實現電流的無靜差調節,從而得到了下垂特性,如圖中的AB段所示。

模擬控制電路

PLC模擬

套用最廣泛的自動化設備當屬 PLC，它在處理數據和模擬量等功能時，可靠性高，儘量減小誤差範圍，抵抗干擾的效果佳。在企業發展旅程中，技術人員怎樣改進自動化設備的控制精度，企業追求經濟效益，提升生產效益，是本課題研究的一個重要動力。從什麼角度來改善 PLC模擬控制系統，是技術人員現階段需要攻克的難關。技術人員根據實際需求，增強 PLC在工業生產中的控制，針對溫度等大滯後性系統從軟體和硬體兩個方面進行研討，採用模糊 PID算法、單片機和 CPLD等技術，綜合分析，儘量削減誤差，使控制精度達最佳狀態，並控制生產成本，實現效益的增值。

通常利用以下幾種方法，實現 PLC 對模擬量的 PID 控制。一是使用 PID 過程控制模組。它是廠家提供的配套模組，PID 控制程式已設計好，只需修改參數值，便能直接用於採集模擬量，使用方便，控制方法固定，價格昂貴，適用於大型的控制系統，控制多達幾十路閉環迴路。二是使用PID 功能指令。它比第一種控制方式更加靈活，但對非線性、滯後性的複雜系統無法保證控制效果。同時，它需要配合 PLC 模擬量輸入輸出模組，在程式中，選擇對應的數據暫存器，設定 PID 指令參數表初始化。三是自己編寫 PID控制程式。由於實際生產中，具有非線性、時變性和大滯後性的複雜 PLC 模擬控制系統偏多，故常根據系統的特點，自己編寫 PLC 程式，這種方式也需配合 PLC 模擬量輸入輸出模組，靈活性是這三種方式里最強的，適用於各種複雜 PLC 模擬控制系統，成本偏低，實現效果最佳。儲水池、變頻器、水泵、高壓水箱、帶有冷卻水夾套的熱水鍋爐單元等構成了鍋爐過程控制系統。

對單一的線性系統採用 PID 功能指令控制，但難以滿足具有非線性、時變性和滯後性特點工業生產，為解決這個難題，通常採用模擬控制，它是查德教授在美國加利福尼亞大學提出的，從它誕生到2018年已有四十多年了，對於溫度等大滯後性系統而言，這種算法更先進，控制原理簡單，易於通過編程實現。模糊控制作為智慧型控制分支之一，它的控制策略一般是指人類自然語言表達的知識和規則，再利用模糊集合論、模糊關係、模糊語言和模糊邏輯推理的方式，將控制策略轉化成數字量，這就是模糊控制的基本原理。模糊化、知識庫和解模糊這三部分構成了模糊控制器，它是模糊控制系統的核心，Mamdani 型和 T-S 型是常用兩種模糊控制器。本文以 Mamdani 型模糊控制器為例，解析各部分的特點。模糊化過程是指選擇系統的偏差作為輸入變數，依據實際情況，確定取值範圍，利用量化因子，按比例把輸入變數的精確值變換對應的模糊值，確定模糊子集數量，分別確定歸屬的函式。資料庫和規則庫是組成知識庫的兩部分。為推理機提供數據，是用來存放函式的資料庫。模糊控制規則是用規則庫來存放的。劃分模糊子集越細，規則的數量就越多，對模糊量進行模糊推理和決策，模糊輸出量是利用推理機進行推理算法，這就被稱為模糊推理過程。由於模糊輸出量得出的是模糊集合的形式，解模糊是將由推理得到的模糊輸出量轉化為實際精確的控制量。本文針對溫度、壓力、流量等模擬量，一是輸入量的模糊化程式，利用 MATLAB 模糊工具箱，對鍋爐系統進行模糊推理。二是模糊控制查詢表程式，用離線計算查詢表的方法能增強系統的實時性，在 PLC 的數據暫存器中，依次將模糊控制表按順序存放，得出不同輸入當前時刻的輸出控制量。三是 PID 參數輸出程式，根據實時的 PID整定參數，進行參數運算，輸出參數，有效控制被控量。