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手动电路可实现软手动和硬手动两种操作，当处于手动状态时，用手指按下软手动操作键，使控制器输出积分式上升或下降，当手指离开操作键时，控制器的输出值保持在手指离开前瞬间的数值上，当控制器处于硬手动状态时，移动硬手动操作杆，能使控制器的输出快速改变到需要的数值，只要操作杆不动，就保持这一数值不变。由于有保持电路，使自动与软手动相互切换，硬手动只能切换到软手动，都是无平衡无扰动切换，只有软手动和自动切换到硬手动需要事先平衡才能实现无扰动切换。
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3.控制方案的整体设定
3.1控制方式的选择
采用单回路控制方式，将反应温度T1 取一阶微分，得到温度变化率，再与升温速率设定值0.1℃/s 作比较，将偏差作为控制器的输入。控制系统框图如图 3-1所示：
图3-1 控制系统框图
传递函数框图如图3-2所示：
图3-2 传递函数框图
系统的开环传递函数为：
G(s)?GC(S)GO(S)GV(S)Gm(s) （3-1）
闭环传递函数为：
W(s)?
GC(S)GO(S)GV(S) （3-2）
1?GC(S)GO(S)GV(S)Gm(s)3.2阀门特性及控制器选择
阀门V8选线性阀。
对于釜式反应器，在升温阶段65℃以下由夹套冷却水阀控制冷却水流量来实现对反应温度的控制。根据反馈控制的基本原理，要使系统能够正常工作，构成系统开环传递函数静态增益的乘积必须为正。由图3-2可知，由于阀门V8选择的是气关的形式，被控对象釜式反应器是正作用，温度变送器选择正值，所以控制器应选择正作用方式。对于釜式反应器这类控制对象，是一个时滞过程，而且控制对象特性复杂，故采用数字PID控制器可以得到满意的控制效果。 数字调节中的PID控制算式是将PID的模拟表达式进行离散化而得到的。
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PID的模拟表达式为： p?Kp(e?1de edt?T) （3-3）dTi?dt式中 p——调节器的输出信号；
e——调节器的偏差输入信号，是测量值m与r之差，e?r?m；
Kp、Ti、Td——调节器的比例增益、积分时间常数、微分时间常熟。
因为采样周期Ts相对于信号变化周期是很小的，这样可用矩形法计算积分，用后相差分代替微分，则上式可变成离散PID算式
?T pn?Kp?en?sTi??Tdei?(en?en?1)? （3-4） ?Tsi?0?n式中 pn——第n次采样时调节器的输出； en——第n次采样的偏差值； n——采样序号。
采用增量式的算法，上式可变换为
??TT?pn?Kp?(En?en?1)?sen?d(en?2en?1?en?2)?TiTs ?? （3-5）
?Kp?(en?2en?1?en?2)?利用增量式方法的优点是：
1）计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，误动作时影响小必要时通过逻辑判断进行保护，不会严重影响系统状态。 2）易于实现手动和自动的无忧切换。
为了改善控制质量和控制的要求，选用了微分先行PID控制模式，其结构如图3-3所示。
这是一个PD与PI的串联结构，他只对测量值M进行微分，而不是对偏差进行微分，这样在给定值R变化时，不产生输出的大幅度变化，即可避免给定值扰动。
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1?Td1s Kp(1?) T1?(dTi)sKd
图3-3 微分先行PID结构图
PID控制器是根据输出量对于输入量偏差的变化情况，根据一定的规则进行计算，实时的整定PID 控制器的参数。此次设计选用FX2N-2LC温度调节模块。该模块配有2通道的温度输入和2通道晶体管输出，即一块能组成两个温度调节系统。模块提供了自调节的PID控制和PI控制，控制的运行周期为500ms，占用8个I/O点数。
3.3 控制系统仿真
对于本设计，为了检验PID的控制效果，针对此反应器的温度控制，在MATLAB 中进行了仿真。控制器的仿真结构如图3-4所示，控制器跟踪升温曲线的仿真结果如图3-5 所示。
图3-4控制器仿真
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图3-5控制器跟踪升温曲线仿真
3.4 控制参数整定
控制器参数整定：需要对PID控制器进行初始化的参数整定，这里打算采
用临界比例度法对控制器进行参数整定。大致步骤为：首先设定比例增益KC =1.0，置积分时间最大Ti=99999，微分时间为Td=0。将增益KC从1.0开始以1.0为增量逐渐增大，每变化一次增益KC，观察一次阶跃响应曲线，直到出现等幅振荡曲线为止。测量并记录此时的临界增益Kcmax和等幅振荡周期Tmax，根据计算公式计算可得到KC，Ti和Td。将计算得到的数据设置为温度控制器的PID参数，即完成了控制器的PID参数整定。
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反应釜温度过程控制课程设计
