摘 要：介绍虚拟pid调节器的实现过程和设计思想；它用软件代替硬件，使工程人员在现场就可轻松地完成pid参数的整定。
关键词：虚拟仪器；pid调节；labview
virtual pid adjuster based on labview
lihuai－zhou，chenli，yangyong－cai
（college of optics and electronic engineering，university of shanghaifor science and technology，shanghai200093，china）
abstract：therealization ofthe pidinstrument with software isintroducedin this paper．it enables the technician to adjustthe parameters ofthe pidonly by a laptop．
key words：virtualinstrument；pidadjustment；labview
虚拟pid调节仪基于labview虚拟仪器技术。它采用数字pid控制算法，对控制系统的pid参数实 现整定；仪器运用到串级调节系统中，达到了预期的控制调节效果。本文介绍此软件设计的pid调节器，控制对象为液位（串级调节的主控对象也是液位）。
1 理论依据
1．1 增量式数字pid控制算法
pid算法的数字化，其实质就是将连续形式的pid微分方程转化成离散形式的pid差分方程。在运用计算机实现时，可写出
式（2）称为pid增量式控制算法。它表明计算p（n）时，只需知道e（n），e（n－1）和e（n－2）即可，比位置式控制算式的计算简单，很适合于某些以步进电机或多圈电位器作为执行机构的控制系统的要求；另外，它还具有输出增量不大，系统受操作切换冲击影响较小，不产生积分失控，输出较平稳和易于获得较好调节效果等优点。
1．2 计算机控制系统的模拟
本系统采用将连续系统方程离散化的方式设计，pid调节器构成的控制系统框图如下：
考虑到pid调节器应用到闭环控制系统，对象的特点为一阶惯性环节1／（ts＋1），将此环节在系统传递函数中写入，同时考虑到采样信号需要零阶保持器，它的传递函数为，组成的系统如图2。
此时，按gh（s）g（s）乘积项计算对应的z变换
1．3 框图程序和前面板程序的设计
（1）框图程序设计
结合以上闭环系统离散化的结果（a值）和数字pid增量式算法的原理，完成pid调节器的框图程序设计见图3。框图程序的设计中，将t（采样周期），r（液位初始给定值）等参数设置为变量。框图程序设计 采用了labview的公式计算模块功能实现。
（2）前面板的设计
实验室的液位控制的给定值为20％，液位的采样周期经过经验整定最佳为7秒，液位对象为一阶惯性环节1／（70 s＋1）。pid调节器的最终调控结果用图线直观的在仪器的面板上呈现出来。液位的波形显示是可以实时观测的调节结果（它的满量程是100％），根据不同的p，i，d三个参数的不同调节，波形有相应的连续变化。进行相应的调节就可达到最终的理想结果。具体的前面板程序见图4。
2 实验数据分析
实验数据证明了设计的虚拟pid调节器与pid调节控制理论的一致性。以下举例讨论了积分时间ti参数调整对系统的影响。
为了分析积分环节对系统特性的影响，考察当kp＝2（定值），ki＝7，1（此时ti分别为2，14），相应曲线分别如图5和6：
由图可以看出：增大ti将减慢消除静差的过程，快速性变差，但可以减少超调，提高稳定性。
我们又将此虚拟pid调节器应用于串级调节系统的仿真设计（主环控制对象为液位，副环的控制对象为流量），获得了比较理想的结果。
3 结束语
利用labview的强大功能模拟实验室中的控制对象（一阶惯性环节的液位），进行了pid调节器仿真的参数整定，调节参数获得理想输出波形。在设计控制液位对象的pid调节器的基础上，根据实验室液位和流量的控制要求，设计了串级控制调节系统。通过一步整定法整定输出了较理想的波形（主控为液位对象），达到了软件调节的效果。
参考文献
［1］周福超，汪志勇，居滋培．基于labview的虚拟频谱分析仪［j］．仪器仪表学报，2002，（6）．
［2］杨乐平，李海涛，肖相生．labview程序设计与应用［m］．电子工业出版社，2001．
［3］李锡熊，陈婉儿，鲍鸿，程良．微型计算机控制技术［m］．科学技术出版社，1999．
［4］翁维勤，孙洪程．过程控制系统及工程［m］．化学工业出版 社，2002．
