摘 要：介绍虚拟pid调节仪在串级调节系统中的实现过程；以labview的强大功能，实现了对具体液位、流量对象的串级调控，达到了比较理想的控制效果。
关键词：虚拟仪器；串级调节；labview
virtual pid adjuster realized in the series adjusting control system
lihuai－zhou，chenli，yangyong－cai
（college of optics and electronics engineering，university of shanghaifor science and technology，shanghai200093，china）
abstract：the paperintroducesthe virtual pidinstrumentinthe series adjusting system，which the objects are liquid level and flux．
keywords：virtualinstrument；series adjustment；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，运用到串级调节系统中，达到了预期的控制调节效果。本文介绍它的应用。主环控制对象是液位，副环的控制对象是流量。
1 理论依据
1．1 增量式数字pid控制算法
由参考文献［1］知，pid增量式控制算式为
它表明，计算p（n）时，只需知道e（n），e（n－1）和e（n－2）即可，它适合于以步进电机或多圈电位器作为执行机构的控制系统。
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：
根据系统框图，经过z变换等得离散化方程：
式中a＝1－e－t／t
2 串级调节系统的特点和效果分析
串级调节系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串联起来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为给定值。
串级调节主要用来克服落在副环内的扰动。这些扰动一旦在中间变量反映出来，很快就被副调节器抵消掉。与单回路系统相比，干扰对被调量的影响可以减小许多倍。
主调节器的任务是克服落在副环以外的扰动，并准确保持被测量为给定值。这可用图2所示的串级调节系统的方块图来说明。
实验室中的干扰主要来自以下两点：
第一：副环中水龙头的水流量突然加大造成的干扰（框图中的f2）。当然，水流量的加大必然会导致液位的上升，对干扰的响应具有滞后，造成调节的不及时，此时流量调节器就起作用了。
第二：干扰来自主环（框图中f1）。从某一时刻开始进入水槽的水龙头的水流量突然加大造成干扰，液位上升，此时主环测到给定反馈的偏差值加大，控制阀门放水。
3 框图程序和前面板程序的设计
3．1 框图程序设计
结合1．2讨论的闭环系统离散化的结果a值、数字pid增量式算法的原理及串级调节系统方框图，完成pid调节仪的框图程序设计见图3。框图程序的设计中将t（液位采样周期），r（液位初始给定值）等初始参数设置为变量。框图程序采用labview的公式计算模块功能实现。
3．2 前面板的设计
实验室的液位控制的给定值为50％，液位的采样周期经过经验整定（最佳）为7秒，流量采样周期为1秒；液位对象为一阶惯性环节1／（70s＋1），流量对象为一阶惯性环节1／（10s＋1）。pid调节器的最终调控结果用图线直观地在仪器的面板上呈现出来。液位和流量的波形显示可以实时观测调节结果，它们的满量程均为100％，调节p、i、d三个参数，波形有相应的 连续变化；我们进行相应的调节就可达到理想结果。具体前面板的程序见图4。
4 实验数据分析
此设计采用一步法整定。所谓一步整定法，就是根据经验先将副控制器的参数一次放好，不再变动，然后按一般单回路的整定方法，直接整定主控器的参数。据此理论，结合实验室的液位和流量控制，对于主环采用4：1的衰减震荡，调节各个参数，所得的流量及液位曲线分别如图5、图6。
5 结束语
基于labview的强大功能来模拟实验室中的控制系统（主、副控对象分别为一阶惯性环节的液位、一阶惯性环节的流量对象），经过仿真
