一、APID算法
　　
　　FCS165現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的分PID控制算法，其包含比例up（n）APID采用實(shí)際微、積分ui（n）、微分ud（n）及前饋FF（n）4個(gè)環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：　　
　　式中：U為控制量；k為總增益；E為過(guò)程量VP及設(shè)定值SP經(jīng)過(guò)增益和偏置標(biāo)么化處理后的偏差值；kp為比例增益；kd為微分增益；kf為前饋增益；Td為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。
　　
　　為了便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)APID算法，應(yīng)對(duì)式（1）進(jìn)行離散化處理，獲得up（n）、ui（n）、ud（n）、u（n）離散化處理后的表達(dá)式為：
　　　　式中：T為運(yùn)算周期；n為運(yùn)算序號(hào)；e（n）、e（n－1）分別為第n個(gè)和第（n－1）個(gè)運(yùn)算周期的偏差值；FF（n）為第n個(gè)運(yùn)算周期的前饋值；u（n）、u（n一1）分別為第n個(gè)和第（n－1）個(gè)運(yùn)算周期的控制量。
　　
　　APID及屬性窗口如圖1、圖2所示。APID共有n個(gè)輸入引腳，可與上一級(jí)功能塊輸出引腳連接進(jìn)行PID運(yùn)算；通過(guò)APID輸入引腳與上一級(jí)功能塊輸出引腳的連接，設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制方案。如果總增益k、kp、Ti、Td4個(gè)參數(shù)中的某些參數(shù)不需要自適應(yīng)控制，可根據(jù)運(yùn)行工況的需要通過(guò)在線命令實(shí)時(shí)修改屬性窗口中對(duì)應(yīng)的參數(shù)，APID算法的運(yùn)算參數(shù)取屬性窗口中設(shè)置的數(shù)值。如果過(guò)程量PV及設(shè)定值SP經(jīng)過(guò)增益和偏置參數(shù)處理后的偏差值。e（n）小于等于設(shè)定的死區(qū)參數(shù)時(shí)，將偏差值。e（n）置為0，認(rèn)為此時(shí)無(wú)偏差。控制邏輯組態(tài)軟件對(duì)死區(qū)參數(shù)的輸入值進(jìn)行了限制，輸入值必須大于等于。，等于。時(shí)為無(wú)死區(qū)限制APID具有控制量u（n）輸出（模擬量AO）、偏差報(bào)警ALM輸出（開關(guān)量）、閉鎖增輸出BI（開關(guān)量）、閉鎖減輸出BD（開關(guān)量）4個(gè)輸出引腳。在每一個(gè)運(yùn)算周期進(jìn)行APID算法運(yùn)算時(shí)，如果設(shè)置的偏差報(bào)警值大于0且偏差信號(hào)e（n）大于等于偏差報(bào)警時(shí)，則偏差報(bào)警ALM輸出1，否則輸出0；如果模擬量輸出AO等于輸出上限值TopLimit時(shí)B1輸出1，否則輸出0；如果模擬量輸出AO等于輸出下限值BottomLimit時(shí)BD輸出1，否則輸出0；其它情況下閉鎖增BI和閉鎖減BD輸出均為0。
　　二、APID設(shè)計(jì)
　　
　　APID具有自動(dòng)控制、跟蹤以及強(qiáng)制模擬量輸出AO3種控制方式，在這3種控制方式下均需要對(duì)積分環(huán)節(jié)u、（n）進(jìn)行妥當(dāng)處理，如果處理不當(dāng)就有可能產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象或在切換控制方式時(shí)u（n）會(huì)發(fā)生較大抖動(dòng)，影響控制品質(zhì)。在實(shí)現(xiàn)APID算法程序時(shí)，對(duì)k的輸入值進(jìn)行了限制，即當(dāng)k的輸入值≤0時(shí)，以其為1處理。
　　
　　2.1自動(dòng)控制方式
　　
　　當(dāng)跟蹤開關(guān)STR狀態(tài)為0時(shí)，APID處于自動(dòng)控制方式。在每個(gè)運(yùn)算周期由式（2）～式（5）實(shí)時(shí)運(yùn)算up（n）、ui（n）、ud（n）、u（n），u（n）的變化率受設(shè)置的輸出變化率參數(shù)限制。為了便于計(jì)算機(jī)計(jì)算，當(dāng)Ti＞0時(shí)APID進(jìn)行積分運(yùn)算，否則停止積分運(yùn)算，ui（n）則維持上一運(yùn)算周期的積分值ui（n一1）；如果u（n）＞TopLimit，則u（n）=TopLimit；如果u（n）＜BottomLimit，則u（n）=BottomLimit。此時(shí)，需要對(duì)ui（n）進(jìn)行抗積分飽和處理，即如果Ti＞0，則ui（n）=[u（n一kf×FF（n）］/k一〔up（n）+ud（n）]，否則，ui（n）=u、（n一1）。如果u（n）越限，其將會(huì)被始終限制在設(shè)定的輸出上、下限內(nèi)，而ui（n）實(shí)時(shí)跟蹤u（n）的變化，因此當(dāng)e（n）發(fā)生反向變化時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將立即響應(yīng)而不會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。當(dāng)跟蹤開關(guān)STR狀態(tài)由。變?yōu)?時(shí)，APID由自動(dòng)控制方式切換為跟蹤方式。
　　
　　2.2跟蹤方式
　　
　　當(dāng)跟蹤開關(guān)STR狀態(tài)為1時(shí)，APID處于跟蹤方式，u（n）等于跟蹤值TR，且不受設(shè)置的輸出變化率參數(shù)的限制。在跟蹤方式下，如果ui（n）保持控制方式切換時(shí)的原值（自動(dòng)控制方式下的值），當(dāng)APID由跟蹤方式切換到自動(dòng)控制方式時(shí)u（n）會(huì)產(chǎn)生大抖動(dòng)，如果ui（n）繼續(xù)進(jìn)行積分，當(dāng)APID由跟蹤方式切換為自動(dòng)控制方式時(shí)u（n）會(huì)產(chǎn)生大抖動(dòng)并且出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。因此，在每個(gè)運(yùn)算周期都需要實(shí)時(shí)對(duì)ui（n）進(jìn)行特殊處理，使ui（n）跟隨TR的變化，ui（n）=[u（n）一kf×FF（n）]/k一[up（n）+ud（n）]，以防止APID由跟蹤方式切換為自動(dòng)控制方式時(shí)u（n）產(chǎn)生大抖動(dòng)或出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。up（n）、ud（n）仍按照式（2）、式（4）進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算。
　　
　　2.3強(qiáng)制方式
　　
　　當(dāng)通過(guò)操作員站發(fā)送在線命令將APID的模擬量輸出AO強(qiáng)制為某個(gè)數(shù)值A(chǔ)out時(shí)，在線命令程序接收到強(qiáng)制命令后，將對(duì)應(yīng)的APID模擬量輸出AO置為Aout，Aout被限制在設(shè)定的TopLimit與BottomLimit之間，并將APID模擬量輸出AO的狀態(tài)置為強(qiáng)制方式。在實(shí)現(xiàn)APID算法程序時(shí)，APID的u（n）等于Aout并保持不變，為防止APID由強(qiáng)制方式切換為自動(dòng)控制方式時(shí)u（n）產(chǎn)生大抖動(dòng)，需要對(duì)ui（n）進(jìn)行合適的處理，ui（n）=[u（n）一kf×FF（n）／k一［u（n）+ud（n）］。up（n）、ud（n）仍按照式（2）、式（4）進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算。
　　
　　三、結(jié)語(yǔ)
　　
　　針對(duì)FCS165現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)APID的自動(dòng)控制、跟蹤、強(qiáng)制3種控制方式下的抗積分飽和和無(wú)擾切換，提出了有效的解決方案，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，F(xiàn)CS165現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)APID的控制效果較理想。