基于现场总线的自抗扰控制器研究

【摘要】： 基于现场总线的自抗扰控制器是一种新型工业用控制器,该控制器把现场总线技术与自抗扰控制技术二者集成于一身,随着不断地对其研究与完善,为将来完全取代PID控制器提供了可能。本文从现场总线技术、PID控制技术、自抗扰控制技术、自抗扰控制器硬件设计与软件设计、由其构成的控制系统设计以及实验测试几个方面进行了系统的研究。 在对常规PID控制技术进行研究之后,获知PID控制技术存在着不足和缺陷,而且通过对现场总线技术的研究之后,得知未来工业控制产品内部集成几种现场总线技术已经成为必然,于是提出了一种能够克服常规PID控制技术不足和缺陷,发扬并丰富PID思想精髓,能符合工业产品发展趋势的新型工业控制器,即基于现场总线的自抗扰控制器。 通过对自抗扰控制技术的研究,针对含时滞的一阶惯性环节被控对象的自抗扰控制算法和参数整定方法进行了探索和尝试,并与改进的常规PID控制算法分别进行了仿真,比较结果说明了针对含时滞的一阶惯性环节被控对象,自抗扰控制算法的控制效果明显优于改进的常规PID控制算法。 在以上理论研究基础上,设计了符合这种控制器需要的硬件电路和软件,控制器内部核心控制算法采用了针对含时滞一阶惯性环节对象的自抗扰控制算法,通讯协议采用了Modbus通讯协议,对整个控制器调试后,各项指标完全满足要求。 采用组态王6.52软件和基于现场总线的自抗扰控制器构建了实验测试系统,以水温控制装置为被控对象,通过实时运行控制,得出实时的控制效果曲线,并与以改进的常规PID控制器所构成的实验测试系统对同样的被控对象控制取得的控制效果进行了比较。实验结果表明,这种控制器控制效果明显优于改进的常规PID控制器,整个系统的超调量很小,几乎不存在余差,抗干扰能力强,鲁棒性好,而且控制器特别容易推广使用。