CN1024049C - 用于过程检测系统的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种用于各种过程检测系统中的控制装置，当操作变量偏离上限、下限值和变化率限制值之一时，它控制速度型I控制输出而又不略去速度型PD控制输出或速度型P控制输出，这样，操作变量能够与实际过程中的各种限制条件相适应。

Description

本发明涉及一种用于各种过程检测系统中的控制装置，特别是，涉及这样一种控制装置，当操作变量偏离上限、下限值和变化率限制值之一时，它控制速度型Ⅰ控制输出而又不略去速度型PD控制输出或速度型P控制输出，这样，操作变量能够与实际过程中的各种限制条件相适应。

PID（P∶比例，I积分，D∶微分）控制装置广泛用于工业领域的检测系统中，对工厂过程控制的检测系统来说是必不可少的，用于PID控制装置的PID计算方法分为模拟和数字的计算方法两种，目前的PID控制装置很多使用数字计算方法。

PID计算方法中一种PID算法的基本公式是：

MV＝KP｛e+（1/T_I）∫edt+T_D（de/dt）+MV₀｝（1）

这里，MV是操作变量，e是偏差，Kp是比例增益系数，T_r是积分时间，T_D是微分时间，MV₀是操作变量的初始值。

采用基本公式（1）的数字计算方法有预定的采用样周期τ，在每一采样周期τ中进行采样以得到执行计算所必需的数据，所以，如果当前的采样时刻用nτ表示（n为整数），则前一次采样时刻为（n-1）τ，在当前采样时刻从控制系统得到的偏差可由e_n表示，而在前一次采样时刻的偏差可由e_n-1表示：

数字计算方法也有两种，一种是位置计算方法，另一种是速度型计算方法。在位置计算方法中，每一采样周期中直接计算出总的操作变量MV_n，在速度型计算方法中，在每一采样周期中，计算出即时操作变量的变化△MVn，该变化△MVn加到前面的操作变量MV_n-1上，由此得到当前的操作变量。

所以，当用PID算法的基本公式（1）来进行位置计算方法时，操作变量MVn表示为：

${\mathrm{MVn=Kp\; ｛en+(\tau /T}}_1)\underset{\mathrm{i=1}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{+(T}}_D\mathrm{/\tau )(e}{}_n\mathrm{-e}{}_{\mathrm{n-1}})\mathrm{｝\; (2)}$

在速度型计算方法中，操作变量MVn表示为：

△MVn＝Kp｛（e_n-e_n-1）+（Cτ/T_l）e_n+（T_D/τ）

（e_n-2e_n-1+e_n-2）｝（3a）

MVn＝MV_n-1+△MVn（3b）

下面对这两个公式，即公式（2）和包括式（3a）和（3b）的公式（3）加以比较。

由公式（3）给出的速度型PID算法具有下列特点：

（a）积分项中没有3∑，计算得以简化;

（b）在手动和自动方式之间进行切换时，把在当前的手动操作中得到的操作变量代替等式（3b）中的MV_n-1随后，选择自动控制方式，将从下次采样时刻得到的变化量△MV_n加到变量MV_n-1上，这样，控制可继续进行，从而，手动-自动开关可容易地实现平稳的切换;

（c）可以容易地完成积分饱和的重新调节，以及

（d）由于只需得到操作变量的变化，增益系数容易修正，易于进行处理其它变量的复杂计算。

所以，速度型PID计算方法常用于采用计算机的DDC（直接数字控制）中。

计算方法：在这类控制装置中，不论应用哪一种模拟计算方法、位置数字计算方法或速度型数字计算方法，当操作变量变得太大或太小时，工厂都处于危险状态，因此操作变量具有上限和下限值。由于使下游过程、受控系统的运行终端或蒸汽、燃料、水、空气等控制量发生突变是不利的，所以，在操作变量加到控制信号中时对操作变量的变化率给出一定限制。为了控制系统的安全，必须按照各种限制条件和受控系统的特性，以及用户对控制的要求，用上限/下限制装置和变化率限制装置来规定操作变量的适当幅度和变化率，以此来对其加以限制。

图1是一种传统的速度型PID控制装置的方框图。在该装置中，一偏差计算装置1从当前目标值SVn中减去受控系统2的当前过程变量PVn，所得到的偏差e_n送到速度型PID控制装置3，该速度型PID控制装置3执行由等式（3a）给定的控制计算，输出速度型PID控制输出△MVn，该速度型PID控制输出△MVn送到变化率限制装置4，被限制在一预定的变化率范围内，由此产生输出△MVn′，该输出△MVn′随后送至具有上限和下限的速度-位置信号转换装置5，被限制在预定的上限和下限值的范围内，该速度-位置信号转换装置5执行等式（3b）的计算，即MVn-MV_n-1+△MVn′所得到的操作变量MVn加到受控系统2，这样，受控系统被控制为偏差e_n＝0，即SVn-PVn。

如上所述，当PID控制装置用于一个实际的过程控制系统时，操作变量由于目标值SVn的突变或过程变量PVn由于干扰等产生的突变而被显著改变，结果，受控系统被给予突变或过度的操作量，使运行终端和管道系统受到损害和使用寿命下降，而且，该受控系统2的上游过程和下游过程也受到不利影响。为了避免上述情形发生，该PID控制装置包括变化率限制装置4和速度-位置信号转换装置5，以便对操作变量给出变化率限制及上限和下限，该PID控制装置用这些装置控制操作变量，这样，受控系统2能够与各种限制条件相适应。

图1所示的控制装置对操作变量给出变化率限制及上限和下限限制，但是，这种限制方法没有保持“PID控制的精髓或实质”，结果，当限制操作变量时，出现下列工业上不利的副作用。

（1）当偏差C_n阶梯地变化或脉动变化且PID控制输出△MVn达到超出上限值的最高点时，操作变量由速度型PID控制装置3的P或D操作而从其上限超过点返回，结果，导致控制错误或安全性下降。这是工业应用上的一个严重缺点。

下面详细叙述这一缺点在原因。图1中，例如，当偏差C_n阶梯地变化时，P+D操作主要在变化开始时起作用，当在这情形下全无限制时，操作变量MVn表现出图2中的曲线（a），但是，实际上，操作变量MVn由上限值H限制，其Y段转换成一个速度型信号，D操作的下降部分直接从操作变量MVn减去，结果，操作变量MVn表现得如图2中曲线（b）所示，尽管如图2中曲线（c）所示是较好的，操作变量MVn实际上是从超过上限点大幅度地返回的。即，PD控制在反方向上作用，结果，发生控制错误。在操作变量下降到形成安全问题的区域后，操作变量才在I操作下慢慢返回到正常状态。

（2）即使操作变量超过上限或下限值，并且偏差e_n较大，当目标值SVn、过程变量PVn等略微起伏时，则操作变量在限制值附近变化。下面解释这一变化的原因。假定操作变量由速度-位置信号转换装置5限制，但是偏差e_n在例如图3中的负区域中略微起伏，此时，当变化率限制装置4的输出△MVn′变化到落入该限制范围内时，速度-位置信号转换装置5就改变输出MVn，以接收输出△MVn′。

（3）当偏差e_n阶梯地变化或脉动变化，并且操作变量超出变化率限制值时，速度型P和D操作信号被略去，如上所述，操作变量由D操作返回，并由I操作而靠近目标值SVn。这样，控制响应时间就显著地延长，造成工业应用上严重的缺陷。

下面解释该缺陷的原因。变化率限制装置4由限制速度-位置信号转换装置5的单位修正量，并略去P+D操作中的第一次变化，因为变化率限制装置4减去变化率限制范围内的D操作所产生的 下降，所以操作变量MV暂时下降，随后仅由I操作而增大并饱和，如图4中曲线（d）的MV。同时控制响应PV暂时作出相反的响应，随后仅由I操作慢慢增大并饱和，如图4中曲线（e）的PV，从而造成很长的控制响应时间。

在传统的控制装置中，当操作变量的变化超过变化率限制值或上限或下降限制值，并返回到限制范围中去时，会进行不适当的信号处理，在实际应用中造成严重的缺陷。

这类PID控制装置广泛用于各个领域的控制，如工厂检测设备，并成为这种控制的基础，而在将来要实现高级的工厂运行，如具有适应性的、最优化的或超自动化的工厂运行，操作变量的变化率限制及上限和下限限制则是必不可少的，因此对这些限制功能提出了更高的要求。

本发明的目的是提供一种控制装置，它能够在PI或PID控制输出超出预定的上限或下限值或预定的变化率限制值时，执行保持PID控制的本质（精髓）的信号处理，能够确保优良的可控制性和快速的响应时间，以及，能够保证稳定性和安全性。

为了达到上述目的，本发明的控制装置包括：

偏差装置，用于计算从受控系统得到的过程变量与目标之间的偏差，并输出该偏差;

第一控制装置，用于接收该偏差，执行速度型I控制计算，并输出第一计算输出，该第一控制装置包括：

用来输出该第一计算输出的输出装置，以及，用来有选择地停止输出该第一计算输出的停止装置;

第二控制装置，用于接收该偏差，执行速度型P或PD控制计算，并输出第二计算输出;

求和装置，用于接收第一和第二计算输出，对第一和第二计算输出求和，并输出一个速度型操作变量;

位置信号转换装置，用于把该速度型操作变量转换成位置操作变量，并输出该位置操作变量;

限制装置，用于接收位置操作变量，限制该位置操作变量的大小，使其落入预定的上限和下限值之间的范围内，把该位置操作变量的变化率限制在一个预定的变化速率限制值内，并输出受限制的操作变量，该受限制的操作变量被送到受控系统;以及，

限制-偏差判别装置，用于接收位置操作变量和受限制的操作变量，并判别该位置操作变量是否偏离上限、下限值和变化率限制值中至少一个，当该限制-偏差判别装置在确定操作变量有偏离后，对停止装置提供一用来停止对求和装置提供第一计算输出的信号;并停止求和装置的求和操作，由此，把速度型操作变量置于保持状态。

在最佳实施例中，限制-偏差判别装置包括：

偏差判别装置，用来判别操作变量是否超过上限、下限值和变化率限制值中至少一个，并且，当操作变量超过限制值之一时，输出一个偏差信号;

符号鉴别装置，用来接收偏差信号和第一计算输出，鉴别偏差信号和第一计算输出是否有着相同的符号，并输出相同或不同符号鉴别信号之一;以及，

求和操作判别装置，用来接收偏差信号和相同或不同的符号鉴别信号，并响应于偏差信号和不同符号鉴别信号对停止装置提供一个第一信号，以使求和装置继续求和操作，以及，响应于偏差信号和相同的符号鉴别信号，对停止装置提供一个第二信号，以使求和装置停止求和操作，把速度型操作变量置于保持状态。

按照本发明，为了使目标值与来自受控系统的过程变量之间的偏差为零，用PI或PID控制装置执行控制计算以获得速度型PI或PID控制输出，该速度型控制输出被转换成一个位置信号，由此得到位置操作变量。然后，位置操作变量加到受控系统以对其进行控制。在此情形下，位置操作变量的大小和变化率分别由上限/下限限制装置和变化率限制装置限制，以落入预定范围，这样，使受限制的操作变量加到受控系统。

在该信号处理系统中，限制-偏差判别装置判别位置操作变量的变化是否超出由上限/下限限制装置确定的上限和下限值以及由变化率限制装置确定的变化率限制值，当操作变量超出这些限制值之一时，停止求和操作，求和控制部件被置于保持状态。

需要注意的是，限制-偏差判别装置判别位置操作变量的变化是否超出由上限/下限限制装置确定的上限和下限值以及由变化率限制装置确定的变化率限制值之一，而且，也判别该超出限制的信号 的符号是否与速度型I控制输出相同。如果确定操作变量超出上限/下限限制装置的上限、下限值和变化率限制装置的变化率限制值之一，并且其符号与速度型I控制输出不同，则继续求和操作，如果判别出该符号与速度型I控制输出相同，则停止求和操作，并把求和控制部件置于保持状态。

按照本发明，即使对操作变量任意给定上限、下限值或变化率限制值，也不会略去速度型P或D控制输出，所以，能够消除已有技术中的缺陷，实现具有高度可控制性的稳定和安全的控制，结果，可加强工厂检测系统的基础。

此外，如果适当地选择正常的求和进行模式和停止模式之一，则能够迅速判别操作变量的变化状态，并使目标值的变化稳定。

在工厂运行控制的未来发展中，如适应性的、最优化的、或超自动化的工厂运行控制中有效地使用上限、下限值或变化率限制是十分重要的，由于本发明的装置能有效地使用这些限制，并消除已有技术中的问题，所以，能够对工业领域作出贡献。

本发明的其它目的和优点将在下面的叙述中阐述，其中一部分将从该叙述而变得显而易见，或由本发明的实践得知，本发明的优点和目的可用在权利要求书中特别指出的手段和手段的结合来实现和获得。

作为说明书的一部分的附图表示本发明的最佳实施例，它们与上面给出的概述和下面给出的最佳实施例的详细叙述一起用来解释本发明的原理。

图1是一种已有的控制装置的方框图，

图2是用来比较当目标值改变时传统的控制装置和本发明控制装置的操作变量的特性的图，

图3是表示操作变量在限制值附近变化的情形的图，

图4是用来比较当目标值植阶梯地变化时传统的控制装置和本发明控制装置中操作变量和过程变量的响应时间的图，

图5是表示按照本发明的第一个实施例的控制装置的方框图，

图6是按照本发明的第二个实施例的控制装置的方框图，

图7是按照本发明的第三个实施例的控制装置的方框图，

图8是按照本发明的第四个实施例的控制装置的方框图，

图9是按照本发明的第五个实施例的控制装置中的限制-偏差判别装置和偏差判别装置的方框图。

在叙述本发明的实施例之前，先回顾一下PID控制，速度型PID算法对过程测量系统来说是必不可少的，但是，为了适合未来的复杂和高级的测量系统，消除这种速度型PID算法的缺陷是十分重要的。

下面分析所谓“PID控制的实质”即分析哪一种处理过程对PID控制计算是有效的。PID方法的特点根据PID的基本公式（1）来进行分析归纳于下表：

见文后

由表中可见，从“保持PID控制的实质”的观点来说，当操作变量的变化超过上限或下限值，或变化率限制值时，可以略去速度型I控制输出，但是，无论如何都不可以略去速度型P或D控制输出。即，当速度型P或D控制输出被略去时，“PID控制的实质”就被丢失，从而就会成问题。

在这方面，在传统的装置中，当操作变量的变化超出变化率限制值时，变化率限制装置4就略去大部分变型P+D控制输出，而且，具有上限和下限的速度-位置信号转换装置5又略去了大部分速度型P+D控制输出，所以，在传统的装置中，“PID控制的实质”不再能保持，这就引起种种缺陷。

本发明的控制装置基本上采用速度型PID算法，通过安排它能够对上述表格所示的信号处理保持限制，并在操作变量超出预定的上限或下限变化率限制值时能够保持“PID控制的实质”。

下面参照图5叙述按照本发明的控制装置的第一个实施例。通常PI控制装置不包括D操作，但是，本实施例以PID控制装置为例。图5中，偏差计算装置11从当前目标值SVn减去受控系统12的当前过程变量PVn，由此得到偏差e_n。计算装置10包括用来根据该偏差e_n由速度型I操作得到一I控制输出△In的一个速度型I控制装置13，以及用来有选择地停止该速度型I控制装置13的输出的一个开关装置23，当接收到偏差e_n时，速度型PD控制装置14由速度型P和D操作而得到P+D控制输出△Pn+△Dn，从这些控制装 置13和14出来的输出由一个加法（积分）装置15相加（积分），所得到的速度型PID和控制信号△MVn输入到一个速度-位置信号转换装置16，该信号转换装置16把速度型PID“和”控制信号转换成PID控制信号（也称为操作变量）MVn，该位置PID控制信号MVn经上限/下限制装置17和变化率限制装置18转换成受限制的操作变量MVn′，前一装置用来用预定的上限和下限值限制位置PID控制信号，后一装置用来由预定的变化率限制该位置PID控制信号，该受限制的操作变量MVn′控制受控系统12。

一个限制-偏差判别装置20接收位置PID控制信号MVn和受限制的操作变量MVn′，并判别位置PID控制信号MVn是否偏离上限/下限制装置17的上限/或下限值或变化率限制装置18和变化率限制值，该限制-偏差判别装置20包括一个减法装置21和一个零鉴别装置22，减法装置21从位置PID控制信号MVn中减去受限制的操作变量MVn′，零鉴别装置22鉴别减法装置21的输出是一个几乎为零的信号还是一个不为零的信号。更具体地说，该零鉴别装置22鉴别操作变量MVn是否超出限制器17和18的上限或下限或变化率限制值。零鉴别装置22的输出信号输入到置于速度型I控制装置13和加法装置15之间的开关装置23，如果零鉴别装置22的输出信号几乎为零，则开关装置23闭合，加法装置15执行正常积分操作，如果零鉴别装置22的输出信号不为零，则开关装置23被禁止，加法装置15停止积分操作。

下面叙述上述装置的工作。偏差计算装置11从当着目标值SVn减去当前过程变量PVn，得到这两个值的偏差e_n：

e_n＝SVn-PVn

该偏差e_n输入到速度型I和PD控制装置13和14。

速度型I控制装置13计算下式，输出一个速度型I控制输出△In：

△In＝Kp·（T_l/τ）·e_n（4）

该速度型I控制输出△In经被允许的开关装置23输入到加法装置15。

速度型PD控制装置14进行速度型P和D控制计算，即

△Pn＝Kp（e_n-e_n-1） （5）

△Dn＝Kp·（T_I/τ）（e_n-2_en-1+e_n-2） （6）

并且，综合△Pn和△Dn以得到输出△Pn+△Dn，该输出△Pn+△Dn送到加法装置15，加法装置15把△In和△Pn+△Dn相加以得到速度型PID控制计算信号，该信号由下式表示：

△MVn＝△Pn+△Dn+△In′    （7）

该装置信号△MVn送到速度-位置信号转换装置16，并且，当执行下列运算而被转换成位置PID控制信号MVn：

MVn＝MV_n-1+△MVn （8）

位置PID控制信号MVn经用来把信号限制在预定的上限和下限的上限/下限限制装置17和用来把信号限制在预定的变化率的变化率限制装置18而加到受控系统12，由此控制受控系统12，使偏差e＝0，即SVn＝PVn。所以，在这一装置中，因为速度型P和D控制信号未被略去，所以，即使控制信号△MVn在转换成位置信号后超出限制值“PID控制的实质”也能够保持。

限制-偏差判别装置20从上限/下限限制装置17取得前一个输入信号值MV_n-1，以及变化率限制装置18的前一个输出信号值MV_n-1′，减法装置21执行下列运算，输出减法输出△MV_n-1：

△MV_n-1＝MV_n-1-MV_n-1′ （9）

减法输出△MV_n-1送到其后的零鉴别装置22，零识别装置22鉴别来自减法装置21的信号是否为零。

（A）若△MV_n-1＝0，

零信号鉴别装置22鉴别出位置PID控制信号即操作变量MVn即不超出上限和下限值也不超出变化率限制值，允许开关装置23闭合，执行所谓的正常积分操作，所以，受限制的执行速度型I控制信号△In′为

△In′＝△In＝Kp·（τ/T₁）·e_n

（B）若△MV_n-1≠0，

零信号鉴别装置22鉴别出操作变量MV_n超出上限、下限值和变化率限制值之一，禁止开关装置23，停止积分操作，所以，受限制的执行速度型I控制信号△In′为

△In′＝0

这样，仅执行积分操作。

下面参照图6叙述按照本发明的第二个实施例 的控制装置，图6中与图5相同的标号表示与图5中同样的部分，并略去对相同部分的详细叙述。该实施例改进了限制-偏差判别装置20，该实施例的限制-偏差判别装置20有着在使速度型I控制输出△In落入限制范围的条件被满足时使超出上限和下限值以及变化率限制值之一的速度型I控制输出△In迅速落入限制范围内的功能，该实施例的限制-偏差判别装置20还具有下列功能，即，当受限制的值△MV和速度型I控制信号△In·Kp·（τ/T₁）·e_n的正负符号相同时，执行正常的积分操作，以防止速度型I控制输出△In持续超出限制值即上限或下限值之一，如果正负不相同，则停止积分操作。

下面详细叙述该实施例。限制-偏差判别装置20包括-偏差判别装置30、符号鉴别装置24和积分操作判别装置25。偏差判别装置30包括一减法装置21，和零鉴别装置22，用来判别位置PID控制输出MVn是否超出上限和下限值以及变化率限制值之一。符号鉴别装置24鉴别速度型I控制装置13的速度型I控制输出△In与减法装置21的输出△MV_n-1是否有着同样的符号。如果零鉴别装置22的输出超出任一限制值，并且符号鉴别装置24鉴别出△In和△MV_n-1有着不同的符号，则积分操作判别装置25确定速度型I控制输出△In是处于消除限制的方向，由此允许开关装置23接通，如果△In和△MV_n-1有着同样的符号，则积分操作判别装置25禁止开关装置23。当然，若位置PID控制输出MV_n不超出任一上限、下限值和变化率限制值，则积分操作判别装置25允许开关装置23接通。

下面叙述图6中装置的工作情形。

（a）如果位置PID控制输出，即操作变量MVn，不超出上限、下限值和变化率限制值中任何一个时，它能够直接通过上限/下限限制装置17和变化率限制装置18，所以，减法装置21的输出为：

△MV_n-1＝0

此时，积分操作判别装置25确定可进行正常积分操作，并输出允许（启动）控制信号以允许开关装置23接通，结果，

△In′＝△In＝Kp·（τ/T_I）×e_n

这样，就进行积分操作

（b）如果操作变量MVn超出上限、下限值和变化率限制值之一，则减法装置21的输出为：

△MV_n-1≠0

这样，零鉴别装置22输出一个表明为不零的信号，即，一个指出操作变量MVn超出上限、下限值和变化率限制值之一的信号送到积分操作判别装置25。符号鉴别装置24比较位置PID控制输出△In和减法输出△MV_n-1的符号，若这些输出的符号不同，则装置24对积分操作判别装置25输出一个表明该情形的信号，结果，积分操作判别装置25确定进行正常积分操作，因为尽管位置PID控制输出MVn超出上限、下限和变化率限制值之一，但它是处于消除限制的方向。类似地，输出一个允许控制信号以允许开关装置23接通。所以，在此情形下，执行由下式给出的正常积分操作：

△In′＝△In＝Kp·（τ/T_I）×e_n

（c）如果操作变量MVn超出上限、下限和变化率限制值之一，并且符号鉴别装置24确定这两个输出符号相同，则积分操作判别装置25决定停止积分操作，并禁止开关装置23，结果，

△In′＝0这样，停止积分操作。

按照本发明的设计，如果操作变量偏离预定的上限、下限值和变化率限制之一，仅在需要时才略去速度型I控制输出，而不略去速度型P或D控制输出。所以，“PID控制的实质”能够可靠保持，可防止如传统的装置中那种操作变量的回冲现象，结果，可确保高度的可控性，并极大地改善安全性和稳定性。

这样，当偏差c_n阶梯地变化时，操作变量表现出如图2中曲线（c）那样，可得到所希望的MV。

如果目标值SVn阶梯地变化，则得到图4中的响应。具体地说，因为未略去速度型P和D控制信号，MV和PV如图4中曲线（f）和（g）那样变化，与传统的装置相比，可显著缩短响应时间。

在图6所示的第二个实施例中，当操作变量偏离上限或下限或变化率限制值时，如果操作变量处于消除方向，则执行积分操作，所以操作变量能够迅速设定到目标值。

下面参考图7叙述本发明第三个实施例的控制装置。在第一个实施例中，以PID控制计算为 例，本发明可以类似地用于PI控制计算，这时，可以用一个速度型P控制装置32来代替图5中的速度型PD控制装置14。

下面参考图8叙述本发明第四个实施例的控制装置。在第二个实施例中，以PID控制计算为例，本发明可以类似地用于PI控制计算，这时，可以用一个速度型P控制装置32来代替图6中的速度型PD控制装置14。

下面参考图9叙述本发明的第五个实施例。该实施例中，由一个或门34来检测操作变量是否超出上限或下限值或变化率限制值。比较器36比较上限/下限装置17的输入信号和上限值H，即90%，比较输出送入或门34，比较器38比较上限/下限限制装置17的输入信号和下限值L，即10%，比较输出送入或门34。变化率限制装置18的输入和输出都送到减法器40，以得到差值信号，该差值信号送到一绝对值电路42以得到该差值信号的绝对值信号。该绝对值信号送到比较器44的第一端，变化率限制装置18的限制值，即5%，送到比较器44的第二端。比较器44的输出输入到或门34，该或门34能够提供与图5中第一个实施例的限制-偏差判别装置20的输出等同的输出，或是与图6中第二个实施例的偏差判别装置30的输出等同的输出。响应于或门34的输出，可以控制开关装置23。

上述每一实施例中，都由禁止开关装置23停止△In＝Kp·（τ/T_I）·e_n不作为积分项。但是，开关装置23可以作如下修改。即，积分时间T_I可设定为一很大的值以等效地得到△In＝0，由此停止积分操作。开关装置23也可以这样变化，那积分项计算中所用的Kp、τ和en都被强迫置零。

在实施例中，用完整的微分操作被作为微分操作的例子，不过也可以采用不完整的微分操作。

上述每一实施例中，一位置操作变量经上限/下限限制装置17输入到变化率限制装置18，但是，位置操作变量可以经变化率限制装置18输入到上限/下限限制装置17。

对熟悉本领域的技术人员来说，容易增加其它优点和作出种种修改，所以，本发明并不限于上述特定的细节和上面所画出和描述的代表性器件，这种种增加或修改仍落在由权利要求书及其等同物所阐述的总的发明构思的精神和范围之内。

项目    I：积分运算    P：比例运算    D：微分运算

计算公式 Kp× 1/(Tt) ∫edt Kp×e Kp×T_D× (de)/(at)

控制作用    确定以前的偏    对应于当前偏    对应于偏差的

差（与偏差的    差的大小（与    正常估算变化

积分成比例）    当前的偏差成比    （与偏差的微分

例）    成比例）

输出信号    不确定    0基准    0基准，

特点    （当偏差＝O时，    （当偏差不变

输出＝0）    化时，输出

＝0

信号略去    可以    不可能    不可能

（如果信号被略    （如果信号被

去，则偏差＝0    略去，则偏差

时输出不能变为    不变化时，输

零）    出不能变为零）

对信号处    无限制    由于上限、下限    由于上限、下

理的限制    （需要时信    值和变化率限    限值和变化率

号可被略    制值而不能略    限制值而不能

去）    去速度信号    略去速度信号

Claims (7)

1、一种用于过程检测系统的控制装置，包括：

偏差装置，用于计算受控系统的过程变量与目标值之间的偏差，并输出该偏差；

第一控制装置，用于接收该偏差，执行速度型Ⅰ控制计算，输出一个第一计算输出，所述第一控制装置包括：

用来输出该第一计算输出的输出装置，以及，

用来有选择地停止输出该第一计算输出的停止装置；

第二控制装置，用于接收该偏差，执行速度型P或PD控制计算，并输出一个第二计算输出；

加法(求和)装置，用于接收第一和第二计算输出，把第一和第二计算输出相加，并输出一个速度型操作变量；

位置信号转换装置，用于把速度型操作变量转变成位置操作变量，并输出该位置操作变量；

限制装置，用于接收位置操作变量，限制位置操作变量的大小，使其落入预定的上限和下限值之间的范围内，把位置操作变量的变化率限制在预定的变化率限制值内，并输出一个受限制操作变量，该受限制的操作变量被送到所述的受控系统；以及，

限制一偏差判别装置，用于接收位置操作变量和受限制的操作变量，并判别位置操作变量是否偏离上限、下限值和变化率限制值中至少一个限制值。当所述限制一偏差判别装置确定操作变量偏离时，所述限量一偏差判别装置对所述停止装置提供一个信号，用以停止向所述加法(求和)装置提供第一计算输出，并停止所述加法(求和)装置的加法操作，由此把速度型操作变量置于保持状态。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的限制-偏差判别装置包括：

减法装置，用于接收位置操作变量和受限制的操作变量，并输出位置操作变量与受限制的操作变量之间的差值信号;以及，零鉴别装置，用于鉴别该差值信号是否为零，当差值信号不为零时，所述零鉴别装置产生偏差信号。

3、如权利要求1的装置，其特征在于，所述限制-偏差判别装置包括：

第一比较装置，用于接收位置操作变量和上限值，比较位置操作变量与上限值，并输出一个第一比较信号;

第二比较装置，用于接收位置操作变量和下限值，比较位置操作变量与下限值，并输出一个第二比较信号;

减法装置，用于接收位置操作变量和受限制的操作变量，并输出位置操作变量与受限制的操作变量之间的差值信号;

绝对值装置，用于接收该差值信号，并把该差值信号转换成一个绝对值;

第三比较装置，用于接收该绝对值和变化率限制值，比较该绝对值与变化率限制值，并输出一个第三比较信号;

或装置，用于接收第一、第二和第三比较信号，并输出第一、第二和第三比较信号的逻辑和;以及，

当该逻辑和表明位置操作变量偏离上限、下限值和变化率限制值中至少一个时，所述限制-偏差判别装置对所述停止装置提供一个用来停止向所述加法装置提供第一计算输出的信号，以停止所述加法（求和）装置的加法操作，由此把速度型操作变量置于保持状态。

4、如权利要求1的装置，其特征在于，所述限制-偏差判别装置包括：

偏差判别装置，用于判别操作变量是否超出上限、下限值和变化率限制值中的至少一个值，并且，当操作变量超出限制值之一时，输出一个偏差信号;

符号鉴别装置，用于接收偏差信号和第一计算输出，鉴别偏差信号与第一计算输出的符号是否相同，并输出相同和不同符号鉴别信号之一;以及，

积分操作判别装置，用于接收偏差信号和相同或不同符号鉴别信号，响应于偏差信号和不同符号鉴别信号对所述停止装置提供使所述加法装置停止加法操作的第一信号，响应于偏差信号和相同符号鉴别信号对所述停止装置提供使所述加法装置停止加法操作的第二信号，并把速度型操作变量置于保持状态。

5、如权利要求4的装置，其特征在于，所述偏差判别装置包括：减法装置，用于接收位置操作变量和受限制的操作变量，并输出位置操作变量与受限制的操作变量之间的差值信号;以及，零鉴别装置，用于鉴别该差值信号是否为零，所述零鉴别装置当差值信号不为零时，产生偏差信号。

6、如权利要求4的装置，其特征在于，所述偏差判别装置包括：

第一比较装置，用于接收位置操作变量和上限值，比较位置操作变量与上限值，并输出一个第一比较信号;

第二比较装置，用于接收位置操作变量和下限值，比较位置操作变量与下限值，并输出一个第二比较信号;

减法装置，用于接收位置操作变量和受限制的操作变量，并输出位置操作变量与受限制的操作变量之间的差值信号;

绝对值装置，用于接收该差值信号，并把差值信号转换成一个绝对值;

第三比较装置，用于接收该绝对值和变化率限制值，比较该绝对值与变化率限制值，并输出一个第三比较信号;

或装置，用于接收第一、第二和第三比较信号，并输出第一、第二和第三比较信号的逻辑和;以及

当该逻辑和表明位置操作变量偏差上限、下限值和变化率限制值中至少一个时，所述偏离判别装置产生偏离信号。

7、如权利要求1的装置，其特征在于，所述限制装置包括：

上限/下限限制装置，用于把位置操作变量的大小限制在预定的上限和下限值的范围内;以及，

变化率限制装置，用于把位置操作变量的变化率限制在预定的变化率限制值内。

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