流量調(diào)節(jié)控制儀與流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥一起配合使用，可以實(shí)現(xiàn)介質(zhì)瞬時(shí)流量大小自動(dòng)控制。主要采用繼電器調(diào)節(jié)控制、S S R電平調(diào)節(jié)控制、電流模擬量調(diào)節(jié)控制。
調(diào)節(jié)儀表內(nèi)置 2 個(gè)繼電器，每個(gè)繼電器的報(bào)警值、上下限報(bào)警功能、報(bào)警回差可分別設(shè)定，可設(shè)置報(bào)警延遲與上電抑制功能。儀表可自定義操作員菜單、設(shè)定值上下限幅、
控制輸出上下限幅、控制輸出上限有效范圍、控制回差等，以實(shí)現(xiàn)不同用戶的使用需求。此外，儀表帶繼電器報(bào)警控制輸出、模擬量調(diào)節(jié)控制輸出、 儀表異常變送輸出選擇等多種輸出功能，帶雙屏高亮度數(shù)碼管顯示。
測(cè)量精度：±0.3%FS
控制精度：±0.5%
信號(hào)輸入：4-20ma輸入
控制輸出：模擬量4-20ma輸出，JZC繼電器輸出，容量：AC220V/3A，DC24V/3A。
報(bào)警輸出：帶上下限報(bào)警功能，可以設(shè)置回差。
工作電壓：開關(guān)電源AC/DC 110～240V，頻率50/60HZ,功耗≤5W，開關(guān)電源：DC12-36V， 功耗≤3W。
使用環(huán)境：-10～50℃。
各種參數(shù)的作用，其變化是如何影響控制系統(tǒng)，理論的講解晦澀難懂．若將 MATLAB/SIMULINK 對(duì)控制系統(tǒng)仿真引入教學(xué)中，針對(duì)不同參數(shù)的仿真比對(duì)，直觀地反映了各參數(shù)對(duì)控制過程的影響，便于分析。
1 PID 控制系統(tǒng)原理及算法
比例-積分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）是在工業(yè)過程控制中見、應(yīng)用廣泛的一種控制策略，它是在上世紀(jì) 20 年代對(duì)船舶自動(dòng)導(dǎo)航的研究中提出的．到上世紀(jì) 40 年代，PID 控制器已在過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用．盡管許多控制算法不斷推出，但 PID 控制器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、魯棒性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程控制中．正確使用、合理設(shè)計(jì)PID 參數(shù)可改善控制性能．
1.1 PID 控制系統(tǒng)原理及算法
1.1.1 PID 控制系統(tǒng)原理 其原理見圖 1．
1.1.2 PID 控制系統(tǒng)算法 PID 控制器主要是依據(jù)給定值 r(t ) 與實(shí)際輸出值 y(t )構(gòu)成控制偏差，用公式表示，即e(t ) = r(t)- y(t )．
PID 的控制規(guī)律
1.2 PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用
1.2.1 比例環(huán)節(jié) 成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t ) ，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差．因?yàn)楸壤{(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差是一一對(duì)應(yīng)的，所以控制及時(shí)，其中 Kp 的大小決定了比例控制的強(qiáng)弱．
1.2.2 積分環(huán)節(jié) 主要用于消除余差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度．積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti ，Ti 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)．
1.2.3 微分環(huán)節(jié) 根據(jù)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，開始調(diào)節(jié)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間．微分作用強(qiáng)弱取決于微分時(shí)間的大小[1-3]．
2 MATLAB 仿真
通過用 MATLAB 軟件對(duì)PID 控制仿真，并進(jìn)行分析比例、積分和微分是如何影響控制過程的．
2.1 建立數(shù)學(xué)模型
設(shè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為G(s) =
2.2 仿真建模
PID 控制系統(tǒng)模型[4]見圖 2．
2.3 仿真實(shí)驗(yàn)
2.3.1 比例控制 圖 2 中先去掉積分和微分項(xiàng)，然后取不同的比例系數(shù) Kp ，進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見圖 3．
在相同大小的干擾下，調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)越大，則比例作用越強(qiáng)，
5
s(s + 5) ．
圖 2 PID 控制系統(tǒng)模型
調(diào)節(jié)器的輸出越大．被控變量偏離給定值越小，被控變量被拉回到給定值需要的時(shí)間越短，系統(tǒng)的余差也
隨之減?。瑫r(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，但系統(tǒng)超調(diào)也隨之增加，隨著比例系數(shù)的增加，達(dá)到一定值時(shí)， 系統(tǒng)將趨于不穩(wěn)定．比例系數(shù)越小，則調(diào)節(jié)器的輸出變化越小，被控變量變化越緩慢，過渡過程越平穩(wěn)， 但過渡時(shí)間加長(zhǎng)，系統(tǒng)平衡時(shí)的余差就越大．
2.3.2 積分控制 圖 2 中 Kp 保持不變（本實(shí)驗(yàn)取 Kp =15），去掉微分項(xiàng)，然后取不同的積分系數(shù) Ki ，進(jìn)行仿真，觀察仿真結(jié)果，分析 Ki 的變化對(duì)控制系統(tǒng)的影響．
從圖 4 中可以看出，超調(diào)的減小、振蕩變小以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應(yīng)速度取決于 Ki ．隨著 Ki 增加， 積分作用不斷增強(qiáng)，在相同的擾動(dòng)作用下，調(diào)節(jié)器的輸出增大，余差消除加快；同時(shí)系統(tǒng)的振蕩加劇，穩(wěn)定性下降． Ki 太大，還可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定．
1.1.1 微分控制 圖 2 中 Kp 保持不變（本實(shí)驗(yàn)取 Kp =200） 去掉積分項(xiàng)，然后取不同的微分系數(shù) Kd ，進(jìn)行仿真，觀察仿真結(jié)果，分析 Kd 的變化對(duì)控制系統(tǒng)的影響（見圖 5）．
從圖 5 中可以看出，在相同輸入變量作用下，微分系數(shù)
太小對(duì)系統(tǒng)的品質(zhì)影響不大（見圖中的曲線 1）．隨著微分系數(shù) Kd 增加，微分作用越強(qiáng)；當(dāng) Kd 適當(dāng)，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定
性、響應(yīng)速度的加快以及超調(diào)量的減少都會(huì)有所改善（見圖
中的曲線 2）； K 太大，反而會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定[5-7]．
圖 5 微分控制的過渡曲線
注：1，2，3 條曲線分別是 Kd=0.5，3，6 的階躍響應(yīng)曲線．
3 結(jié)論
PID 控制原理，通過利用 MATLAB 仿真，了解各參數(shù)的作用及對(duì)控制系統(tǒng)的影響[8-10]．在整定 PID 控制器參數(shù)時(shí)，可以根據(jù)控制器的參數(shù)與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能之間的定性關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)的方法來調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)． 如果階躍響應(yīng)的超調(diào)量太大，經(jīng)過多次振蕩才能穩(wěn)定或者根本不穩(wěn)定，應(yīng)減小比例系數(shù)、增大積分時(shí)間．如果階躍響應(yīng)沒有超調(diào)量，但是被控變量上升過于緩慢，過渡過程時(shí)間太長(zhǎng)，應(yīng)按相反的方向調(diào)整參數(shù)．如果消除誤差的速度較慢，可以適當(dāng)減小積分時(shí)間，增強(qiáng)積分作用．反復(fù)調(diào)節(jié)比例系數(shù)和積分時(shí)間，如果超調(diào)量仍然較大，可以加入微分控制，微分時(shí)間從 0 逐漸增大，反復(fù)調(diào)節(jié)控制器的比例、積分和微分部分的參數(shù)，直到滿意．
總之，PID 參數(shù)的調(diào)試是一個(gè)綜合的、各參數(shù)互相影響的過程，實(shí)際調(diào)試過程中的多次嘗試是非常重要的，也是必須的．基于 PID 控制系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其成為工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律， PID 控制或是基于PID 控制的各種改進(jìn)型PID 越來越得到廣泛應(yīng)用，前景十分廣闊．
