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Spring系列第1部分:Spring 框架简介(图)
Spring 是一个开源框架 是为了解决企业应用程序开发复杂性而创建的 框架的主要优势之一就是其分层架构 分层架构允许您选择使用哪一个组件 同时为 J EE 应用程序开发提供集成的框架 在这篇由三部分组成的 Spring 系列 的第 部分中 我将介绍 Spring 框架 我先从框架底层模型的角度描述该框架的功能 然后将讨论两个最有趣的模块 Spring 面向方面编程(AOP)和控制反转 (IOC) 容器 接着将使用几个示例演示 IOC 容器在典型应用程序用例场景中的应用情况 这些示例还将成为本系列后面部分进行的展开式讨论的基础 在本文的后面部分 将介绍 Spring 框架通过 Spring AOP 实现 AOP 构造的方式 Spring 框架 Spring 框架是一个分层架构 由 个定义良好的模块组成 Spring 模块构建在核心容器之上 核心容器定义了创建 配置和管理 bean 的方式 如图 所示 图 Spring 框架的 个模块 组成 Spring 框架的每个模块(或组件)都可以单独存在 或者与其他一个或多个模块联合实现 每个模块的功能如下 核心容器 核心容器提供 Spring 框架的基本功能 核心容器的主要组件是 BeanFactory 它是工厂模式的实现 BeanFactory 使用控制反转 (IOC) 模式将应用程序的配置和依赖性规范与实际的应用程序代码分开 Spring 上下文 Spring 上下文是一个配置文件 向 Spring 框架提供上下文信息 Spring 上下文包括企业服务 例如 JNDI EJB 电子邮件 国际化 校验和调度功能 Spring AOP 通过配置管理特性 Spring AOP 模块直接将面向方面的编程功能集成到了 Spring 框架中 所以 可以很容易地使 Spring 框架管理的任何对象支持 AOP Spring AOP 模块为基于 Spring 的应用程序中的对象提供了事务管理服务 通过使用 Spring AOP 不用依赖 EJB 组件 就可以将声明性事务管理集成到应用程序中 Spring DAO JDBC DAO 抽象层提供了有意义的异常层次结构 可用该结构来管理异常处理和不同数据库供应商抛出的错误消息 异常层次结构简化了错误处理 并且极大地降低了需要编写的异常代码数量(例如打开和关闭连接) Spring DAO 的面向 JDBC 的异常遵从通用的 DAO 异常层次结构 Spring ORM Spring 框架插入了若干个 ORM 框架 从而提供了 ORM 的对象关系工具 其中包括 JDO Hibernate 和 iBatis SQL Map 所有这些都遵从 Spring 的通用事务和 DAO 异常层次结构 Spring Web 模块 Web 上下文模块建立在应用程序上下文模块之上 为基于 Web 的应用程序提供了上下文 所以 Spring 框架支持与 Jakarta Struts 的集成 Web 模块还简化了处理多部分请求以及将请求参数绑定到域对象的工作 Spring MVC 框架 MVC 框架是一个全功能的构建 Web 应用程序的 MVC 实现 通过策略接口 MVC 框架变成为高度可配置的 MVC 容纳了大量视图技术 其中包括 JSP Velocity Tiles iText 和 POI Spring 框架的功能可以用在任何 J EE 服务器中 大多数功能也适用于不受管理的环境 Spring 的核心要点是 支持不绑定到特定 J EE 服务的可重用业务和数据访问对象 毫无疑问 这样的对象可以在不同 J EE 环境 (Web 或 EJB) 独立应用程序 测试环境之间重用 IOC 和 AOP 控制反转模式(也称作依赖性介入)的基本概念是 不创建对象 但是描述创建它们的方式 在代码中不直接与对象和服务连接 但在配置文件中描述哪一个组件需要哪一项服务 容器 (在 Spring 框架中是 IOC 容器) 负责将这些联系在一起 在典型的 IOC 场景中 容器创建了所有对象 并设置必要的属性将它们连接在一起 决定什么时间调用方法 下表列出了 IOC 的一个实现模式 Spring 框架的 IOC 容器采用类型 和类型 实现 面向方面的编程 面向方面的编程 即 AOP 是一种编程技术 它允许程序员对横切关注点或横切典型的职责分界线的行为(例如日志和事务管理)进行模块化 AOP 的核心构造是方面 它将那些影响多个类的行为封装到可重用的模块中 AOP 和 IOC 是补充性的技术 它们都运用模块化方式解决企业应用程序开发中的复杂问题 在典型的面向对象开发方式中 可能要将日志记录语句放在所有方法和 Java 类中才能实现日志功能 在 AOP 方式中 可以反过来将日志服务模块化 并以声明的方式将它们应用到需要日志的组件上 当然 优势就是 Java 类不需要知道日志服务的存在 也不需要考虑相关的代码 所以 用 Spring AOP 编写的应用程序代码是松散耦合的 AOP 的功能完全集成到了 Spring 事务管理 日志和其他各种特性的上下文中 IOC 容器 Spring 设计的核心是 springframework beans 包 它的设计目标是与 JavaBean 组件一起使用 这个包通常不是由用户直接使用 而是由服务器将其用作其他多数功能的底层中介 下一个最高级抽象是 BeanFactory 接口 它是工厂设计模式的实现 允许通过名称创建和检索对象 BeanFactory 也可以管理对象之间的关系 BeanFactory 支持两个对象模型 □ 单态 模型提供了具有特定名称的对象的共享实例 可以在查询时对其进行检索 Singleton 是默认的也是最常用的对象模型 对于无状态服务对象很理想 □ 原型 模型确保每次检索都会创建单独的对象 在每个用户都需要自己的对象时 原型模型最适合 bean 工厂的概念是 Spring 作为 IOC 容器的基础 IOC 将处理事情的责任从应用程序代码转移到框架 正如我将在下一个示例中演示的那样 Spring 框架使用 JavaBean 属性和配置数据来指出必须设置的依赖关系 BeanFactory 接口 因为 springframework beans factory BeanFactory 是一个简单接口 所以可以针对各种底层存储方法实现 最常用的 BeanFactory 定义是 XmlBeanFactory 它根据 XML 文件中的定义装入 bean 如清单 所示 清单 XmlBeanFactoryBeanFactory factory = new XMLBeanFactory(new FileInputSteam( mybean xml ));在 XML 文件中定义的 Bean 是被消极加载的 这意味在需要 bean 之前 bean 本身不会被初始化 要从 BeanFactory 检索 bean 只需调用 getBean() 方法 传入将要检索的 bean 的名称即可 如清单 所示 清单 getBean()MyBean mybean = (MyBean) factory getBean( mybean );每个 bean 的定义都可以是 POJO (用类名和 JavaBean 初始化属性定义) 或 FactoryBean FactoryBean 接口为使用 Spring 框架构建的应用程序添加了一个间接的级别 IOC 示例 理解控制反转最简单的方式就是看它的实际应用 在对由三部分组成的 Spring 系列 的第 部分进行总结时 我使用了一个示例 演示了如何通过 Spring IOC 容器注入应用程序的依赖关系(而不是将它们构建进来) 我用开启在线信用帐户的用例作为起点 对于该实现 开启信用帐户要求用户与以下服务进行交互 信用级别评定服务 查询用户的信用历史信息 远程信息链接服务 插入客户信息 将客户信息与信用卡和银行信息连接起来 以进行自动借记(如果需要的话) 电子邮件服务 向用户发送有关信用卡状态的电子邮件 三个接口 对于这个示例 我假设服务已经存在 理想的情况是用松散耦合的方式把它们集成在一起 以下清单显示了三个服务的应用程序接口 清单 CreditRatingInterfacepublic interface CreditRatingInterface {public boolean getUserCreditHistoryInformation(ICustomer iCustomer);}清单 所示的信用级别评定接口提供了信用历史信息 它需要一个包含客户信息的 Customer 对象 该接口的实现是由 CreditRating 类提供的 清单 CreditLinkingInterfacepublic interface CreditLinkingInterface {public String getUrl();public void setUrl(String url);public void linkCreditBankAccount() throws Exception ;}信用链接接口将信用历史信息与银行信息(如果需要的话)连接在一起 并插入用户的信用卡信息 信用链接接口是一个远程服务 它的查询是通过 getUrl() 方法进行的 URL 由 Spring 框架的 bean 配置机制设置 我稍后会讨论它 该接口的实现是由 CreditLinking 类提供的 清单 EmailInterfacepublic interface EmailInterface {public void sendEmail(ICustomer iCustomer);public String getFromEmail();public void setFromEmail(String fromEmail) ;public String getPassword();public void setPassword(String password) ;public String getSmtpHost() ;public void setSmtpHost(String *** tpHost);public String getUserId() ;public void setUserId(String userId);} lishixinzhi/Article/program/Java/ky/201311/28280
软件体系结构图怎么画啊?
软件体系结构参考图如下接口自动化框架设计图纸:
软件架构是一种无法以简单的一维方式进行说明的复杂实体。
-Paul Clements 《软件架构编档》
正如上面提到的接口自动化框架设计图纸,不同的受众,比如用户、客户、开发人员、测试人员、运维人员,需要从各自工作的角度去理解和使用架构。所以回答这个问题,需要首先了解这幅架构图画出来是给谁看,你想从那个维度去入手。
确定了这个问题之后,再来了解架构视图有哪些维度和组成要素:
1. 架构视图
最经典的当属4+1视图:
逻辑视图
开发视图
过程视图
物理视图
场景视图
4+1视图提出后,业界也有其它的观点提出,诸如SEI(模块视图、组建和连接件视图、分配视图)、西门子4种视图(概念、模块、代码、执行视图)、以及RM-ODP(企业视图、信息视图、计算视图、工程师图)等。
常见的视图除了上述4+1视图外还包括:数据视图、安全视图、实现视图等。
2. 了解架构视图的四要素
图示化主要元素和元素之间的关系
具有明确的图例、定义和说明元素
每个元素具备明确的接口和行为规范
设计原理和设计决策的信息
3. 简单说一下几个视图针对的角色和维度:
逻辑视图一般针对客户、用户、业务人员、开发组织,主要从系统的功能元素、以及它们的接口、职责、交互维度入手。主要元素包括系统、子系统、功能模块、子功能模块、接口等。
开发视图一般针对开发和测试相关人员,主要描述系统如何开发实现;主要元素包括描述系统的分层、分区、框架、系统通用服务、业务通用服务、类和接口、系统平台和大基础框架。用途是知道开发设计和实现。
物理视图一般针对系统运维人员、集成人员,它是系统逻辑组件到物理节点的映射,节点与节点间的物理网络配置等,主要关注非功能性需求,诸如性能(吞吐量)、可伸缩性、可靠性,可用性等,从而得出相关的物理部署结构图。
有没有物联网和云计算两者融合的具体案例
聚羧酸减水剂生产控制系统
接口自动化框架设计图纸的工业物联网框架设计与实现
严海蓉1,王子明2
(1.北京慧物科联科技有限公司,北京 100124,2.北京工业大学,北京 100124)
摘要:工业物联网既提供了在生产过程中获取并控制聚羧酸减水剂生产设备的信息的方式,也提供了基本的网络架构,方便系统集成和扩展。该框架在分析了聚羧酸减水剂生产流程的基础上被划分为设备控制层、通讯层和应用服务层。根据实际应用需求,描述了工业物联网架构可以方便接入设备,贴近工艺完成软件,并让机器具有智能。企业应用案例表明该系统能够有效地实现生产状态跟踪监测和生产设备自动控制的目标,对进一步研究工业物联网技术和解决方案具有一定的参考价值。
关键词:工业物联网
接口自动化框架设计图纸;自动化控制系统;聚羧酸减水剂生产设备
中图分类号:TP273 文献标识码:A
Theindustrial IOT design of automatic control system for polycarboxylate superplasticizer
YAN Hairong1, Wang Ziming2
(1.Beijing Sophtek Corp.,2. Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)
0引言
原来的聚羧酸减水剂生产自动化控制不能充分满足生产工艺要求,存在的主要问题是:
1) 新设备接入非常困难;
2) 同类不同厂家设备不方便更换;
3) 匀速滴加过程中不能达到理想的控制速度,传统PID算法波动较大,常需要人工手动干预;
4) 温度控制需要人工参与控制,无法完成全自动;
电话 扣扣53O934955
工业物联网是工业4.0的支撑框架。物联网被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。它的发展离不开应用,面向工业自动化的工业互联网技术是物联网的关键组成部分[1]。工业物联网通过将具有感知能力的智能终端、无处不在的移动计算模式、泛在的移动网络通信方式应用到工业生产的各个环节,提高制造效率,把握产品质量,降低成本,减少污染,从而将传统工业提升到智能工业的新阶段[2]。
工业物联网框架中,整个系统具有强大的数据服务器,能够进行大数据的计算。在数据量足够的时候能够利用网络智能来帮助企业进行决策、配方优化和自动的设备维护等。
整个控制系统具有分布式智能能力。整个系统中,可以把数据都送到中控部分来完成;也可以将一些需要及时处理的,如温度控制等,直接由现场控制来完成。系统通常分为中央控制单元和分布的现场控制单元,中央控制单元由工业控制计算机充当,现场控制单元则由高可靠、抗干扰的工业级微控制器和与当前控制需求相配套的附加电路模块组成。依托微控制器的实时处理能力可以完成对现场生产进行实时调节控制,并且通过总线实现现场控制单元与中央控制单元进行数据交互,使生产过程表现出整体性、协调性,从而优化生产工艺、提高生成效率。
系统通过总线把各个独立的控制模块组织成在一起。控制模块的独立性,使得系统中各个分布的控制模块检修、升级、数量扩充都很方便,也为在生产规模扩大时控制系统扩充预留了接口。
因此工业物联网框架才能彻底解决传统控制的一些问题,真正贴合聚羧酸减水剂生产工艺。
1 系统概要设计
根据聚羧酸减水剂的生产过程,可以将聚羧酸减水剂自动化控制系统分为设备控制层、通讯层和应用服务层,系统框架如图1所示。
图1 系统框架图
图1中,应用服务层主要实现对生产过程中实时数据和生产状态的跟踪监测和管理,同时提供各种应用UI接口,用户可以通过使用计算机、手机等手持设备登录客户端来访问或获取所需要的数据或信息等,从而实现物联网的厂内处处可访问。一旦将企业网络与公共网络连接,用户登录后就可以实现生产数据随处可访问。
应用服务层中还包括有控制逻辑层,控制逻辑层通过与操作人员进行交互,并且汇集、分析、存储和处理生产过程中的实时数据和生产状态,实现生产过程的逻辑控制。
通讯层主要实现设备控制层、控制逻辑层和应用服务层之间的可靠传输。
设备控制层主要实现原始数据的采集与分析、数据和状态的上传、控制指令的接收等。嵌入式控制器内的智能逻辑将和聚羧酸减水剂生产各工序要求的生产工艺(加料、滴加、温度调节、pH调节)等紧密贴合,并与控制逻辑层相互通讯完成所要求的工艺精密控制。
整个系统采用划分层次的设计思路使得系统具有很好的可移植性,各种传感器可以灵活的接入系统。这样新系统的总体实现或者旧系统的扩展可以采用“搭积木”的方式完成构建。
2 系统详细设计
根据以上设计的系统工业物联网框架和体系结构,本研究将以北京某公司的具体项目为例,详细介绍该系统的设计和应用过程。
2.1设备接入示例
基于工业物联网架构的设计,可以很容易的接入各种设备。比如如图2所示的聚羧酸减水剂自动化控制系统接入了一个服务器、一个操作员站、若干显示器、2个控制站,若干现场设备和用户手机。
图2.基于工业物联网架构的设备接入实例
服务器负责存储生产数据,包括生产操作日志和生产过程数据,便于生成台帐和报表。也可以与各种财务、资产管理软件连接。同时,负责承载起局域网与大网络的连接工作。
操作员站上运行的软件,方便操作员在中控室来操作现场各种阀门、电机等开停,从而按照工艺过程完成生产。
控制站自动获得操作员操作命令来控制现场设备,比如阀门等,同时也自动从现场设备获取各种状态,比如称重数据等传给控制室控制机器。
现场设备是包括传感器和各类执行器,比如秤、阀门等自动工作。
图中的手机设备是为了表示出工业物联网框架可以任意接入设备的特性。比如,在该框架下,巡视人员可以通过手机进行接入,完整现场紧急控制一些阀门的开或者是关。经理等就可以通过手机来查看每天生产数据。
同时,对于不同厂家的同类设备,该工业物联网框架也有较好的兼容能力。
2.2贴合工艺的软件设计
软件包括生产线管理软件和工业现场控制软件。生产线管理软件工作于生产管理计算机,主要实现工艺管理、配方管理;通过网络,根据权限,可调出操作人员的现场操作记录,完成对现场的远程管理。工业现场控制软件工作于车间级服务器中,主要通过与工艺以及现场布置相同的画面显示,使得操作人员便于操作,以实现现场设备仪表信号的采集、处理,配方管理和现场数据实时界面显示和控制等功能。
图3. 聚羧酸合成控制生产工艺示意图
根据实际生产过程和自动化控制系统的特点,当前聚羧酸生产过程分大单体预化过程、 A、B料预混过程、A、B料计量罐加料过程、碱计量罐加料过程、A、B料滴加过程、反应釜搅拌控制过程、反应釜温度控制过程,针对不同的过程,分别实现其控制目标,从而达到完整生产过程的控制。
下面以工艺中的A、B料计量罐滴加控制为例来说明软件设计功能。
首先控制系统为用户提供友好的A、B滴加控制对话框,方便用户可视化操作。用户可以选择采用以前输入的备用方案进行控制,也可以选择自己新输入方案进行空控制。总之都能够根据配方在规定的时间内,将指定质量的物料匀速加入到对应的反应釜中。
图4. 启动已存备用方案滴加
图5 启动自定义方案采用三阶段定量滴加示例
其次控制系统采用分段式匀速滴加模式(图5),启动滴加时,控制系统计算出三个阶段分别的预期流速。控制系统实时读取当前计量罐的质量,并根据当前时间,计算出实时流速。控制系统根据实时流速和预期流速的差值,控制调节阀的开启度,从而控制滴加速度。
图6. 滴加控制效果示意图(多阶段不同流速)
最后,显示出实时滴加工作界面(图6),工作工作误差一般不大于1%。
2.3机器学习的智能能力
原来控制系统由于没有采用物联网框架,数据存储量不充分,从而无法让机器自主学习。各种设备常常需要人来手工调整,设定最高最低值;控制过程需要人工进行干预,来辅助机器完成自动控制。
而现有的工业物联网架构,拥有了专门的数据服务器,从而可以存储较大量的数据。而对于这些数据进行分析而产生的机器智能不可小觑。
比如,以前温度控制时,只能根据人工经验设定一个固定的值。反应釜的材质、容量、夹套、搅拌电机、搅拌桨叶等设备本身因素会影响调温结果。
而往往由于冬夏的自来水、室内温度、物料温度、反应剧烈程度等也会影响调温结果。因此在控制系统安装后要进行长时间的人工参与测试来努力找到一个合适的最大最小值。而测试时间毕竟短,这个值一旦这个值固定后,后续生产时就无法轻易改变,为此生产操作员常需要来观测这个温度控制过程并且来参与控制,否则很难达到理想的控制效果。
再比如对于滴加控制的PID算法,往往由设计者人为给定一个PID参数,也无法完全适应实际设备磨损等情况。
而基于工业物联网架构的控制时,可以在服务器端运行一个智能控件,由它来自动学习历史调温或者滴加流速的变化情况,不断训练软件,让软件重新找到合适的上下调节阈值,这样才可以真正达到完全自动化。整个系统拥有了自己不断学习的机器智能。
3 系统测试结果
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统在设计和开发完成后,在北京某工厂的实际生产线上投入使用。目前,该系统运行安全、稳定,大部分功能已经实现,达到了预期的效果。
在系统正式投入使用后,对系统的工业现场控制软件、生产线管理软件和嵌入式控制器进行了长时间的测试。针对实现过程中遇到的问题做了大量的调试工作。下面以实现滴加A料为例对系统的测试进行描述。
操作人员在控制室通过点击用户操作界面的A料滴加阀门按钮进行滴加参数的配置,如图7所示。操作人员需要输入的参数为滴加质量和滴加时间,同时系统也支持分阶段滴加。在点击开始滴加按钮后,服务器会向嵌入式控制器发送滴加A料指令。
图7 滴加A料配置界面
嵌入式控制器在接收到服务器下发的滴加A料指令后,会进行自动化控制,实现A料的滴加操作,具体效果如图8所示。
图8 5个反应釜同时进行A料滴加曲线示意图
图8中5条不同颜色的线分别表示5个不同计量罐的A料滴加曲线,系统支持多个计量罐同时进行滴加操作。左侧上升的直线表示向计量罐加入A料的过程,系统支持多个计量罐同时加料,质量控制精确,定量加料的误差在0.1%以内。右侧下降的曲线表示滴加A料过程,曲线的斜率即为速度。由图可知,系统基本上能够实现匀速滴加A料过程,同时,系统也支持连续4小时的滴加操作,时间误差在1分钟左右。
基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统投入运行后,提高了聚羧酸减水剂的产品质量,提高了工艺生产的自动化程度,大大减轻了操作人员的劳动强度,提高了企业的竞争力。
4 结束语
本研究基于工业物联网架构设计的聚羧酸减水剂自动化控制系统对聚羧酸减水剂生产过程可以进行高效的跟踪管理,在实际应用中具有重要作用。它使聚羧酸减水剂生产设备具备了一定的数据感知、处理和通信能力,从而为企业制定更好的工艺流程提空帮助。同时,它也促使聚羧酸减水剂生产管理过程更加科学和精细化。该系统的成功开发设计为工业物联网在化工行业的推广打下了基础,做出了积极地探索。
参考文献:
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给了工艺图,要求做PID图,怎么做。答好的追加50分
PID就是比例(P)、积分(I)、微分(D)的缩写,PID应该就是楼主所说的比例积分微分控制,用于信号前处理的.管路和仪表流程图 PID
接口自动化框架设计图纸:Piping Instrument Diagram,又称带控制点的工艺流程图。包括所有的管路,反应器,储罐,泵,换热器等化工设备,以及各种阀门等
常见的缩写还有PFD(process flow diagram)
物料流程图MBD(material balance diagram)
找一本工艺设计的书,你的问题可以得到全部解答,下面是介绍
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,控制理论的发展也经历
接口自动化框架设计图纸了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接 口。控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的控制系统,其传感器、 变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器 (仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其远程控制功能。
1、开环控制系统
开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中,不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
2、闭环控制系统
闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系 统给定值信号相反,则称为负反馈( Negative Feedback),若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈 的闭环控制系统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系 统。另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统。
3、阶跃响应
阶跃响应是指将一个阶跃输入(step function)加到系统上时,系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字 来描述。稳是指系统的稳定性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的;准是指控制系统的准确性、控 制精度,通常用稳态误差来(Steady-state error)描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描述。
4、PID控制的原理和特点
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的 其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当
接口自动化框架设计图纸我们不完全了解一个系统和被控对象,或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例(P)控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
积分(I)控制
在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的 或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积 分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳 态误差。
微分(D)控制
在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用, 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在 调节过程中的动态特性。
5、PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主 要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡, 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
在实际调试中,只能先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。
对于温度系统:P(%)20--60,I(分)3--10,D(分)0.5--3
对于流量系统:P(%)40--100,I(分)0.1--1
对于压力系统:P(%)30--70,I(分)0.4--3
对于液位系统:P(%)20--80,I(分)1--5
参数整定找最佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低4比1
一看二调多分析,调节质量不会低
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