计算氢含量.氨分解率以及控制量
氢含量、氨分解率、氮势值的计算以及输出控制量的PID 运算
1. 氢含量、氨分解率、氮势值计算
氮势值根据原先的程序计算得出结果
2. 控制量的PID 计算
一、PID 数学模型
PID 控制的一般数学模型如下式：
u(k)=u(k-1)+KP ×[e(k)-e(k-1)]+KI ×e(k)+Kd ×[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]……(1)
u(k)= u(k-1)+KP ×[PV(k) - PV(k-1)]+ KI ×(PV(k)-SV) +Kd ×[PV(k)-2PV(k-1)+PV(k-2)] u(k)-----------第k 个控制周期输出的控制量；
u(k-1)------- 第（k-1）个控制周期输出的控制量；
e(k)-----------第k 次采样值的偏差[e(k)=PV(K)-SV]；
K P -------------比例系数；
K I -------------积分系数；
K d ------------微分系数；
另外，K I 、K d 与K P 、积分时间T I 、微分时间T d 以及控制周期T 之间的关系如下：
K I =Kp ×[T/TI ]………………………………..(2)
K d =Kp ×[Td /T]………………………………
(3)
由于： e(k)=PV(K)-SV…………………….. …(4)
e(k-1)=PV(k-1)-SV……………………(5)
e(k-2)=PV(k-2)-SV……………………(6)
将（4）、（5）、（6）代入式（1）得到：
u(k)= u(k-1)+KP ×[PV(k) - PV(k-1)]+ KI ×(PV(k)-SV) +Kd ×[PV(k)-2PV(k-1)+PV(k-2)] 需要存储和设置的控制参数有：比例系数K P 、积分时间T I 、微分时间T d ，控制周期T
积分系数K I =Kp ×（T/TI ）、
微分系数K d =Kp ×（T d /T）；
需要存储和调用的过程数据有：u(k-1)、PV(k-2)、PV(k-1)、PV(k)
二、关于PID 数学模型中K P 、K I 、K d 参数设置范围的确定
1、输出控制量范围：0～100%，因此u(k)的范围：0～100；
2、分解率控制范围：10～50（分解率，百分比）；
3、希望控制精度范围：设定值±1%（波动范围±1%，最大波动幅度控制在2%以内）；
4、设定控制周期T 为3S ；
5、设定积分时间T I =2～3个控制周期；
6、设定微分时间T d =1个控制周期；
7、K P 、K I 、K d 设置范围：
（1）比例系数K P 的确定：
1≤K P ×[PV(k) - PV(k-1)] ≤100
氨分解率的显示分辨率设为0.1%，因此，可以设[PV(k) - PV(k-1)]min =0.1
以｛K P ×[PV(k) - PV(k-1)] ｝min 对应｛[PV(k) - PV(k-1)] ｝min
以｛K P ×[PV(k) - PV(k-1)] ｝max 对应｛[PV(k) - PV(k-1)] ｝max
即[PV(k) - PV(k-1)] 为最小分辨率0.1时，使得比例运算的调节量增量为1
｛K P ×[PV(k) - PV(k-1)]min ｝=1
因此，（K P ）min =1/[PV(k) - PV(k-1)]min =1/0.1=10
允许分解率最大偏差范围：设定值+（-2～＋2），最大波动幅度为4%，因而
[PV(k) - PV(k-1)] max=4（分解率，百分比）
即[PV(k) - PV(k-1)] 达到最大波动幅度4%时，使得
｛K P ×[PV(k) - PV(k-1)] ｝=100
因此，（K P ）max =100/4=25
K P 的设置范围：K P =10～25
（2）积分参数确定：
K I = Kp ×（T/TI ）
将积分时间设置为2～3个控制周期，即T I ＝（2～3）T
（T/TI ）=1/3～1/2
K I 的=（1/3～1/2）K p
K I 的设置范围：K I =3～12
又允许分解率实时值与设定值的最大偏差幅度为2%，而最大控制量为100%，故： K I ×｛(PV(k)-SV) ｝max =100%
(PV(k)-SV) ｝max =2%
K I ≤（100/2）=50
K I =3～12满足K I ≤50的约束条件
因此最终确定K I 的设置范围为：K I =3～12
（3）微分参数确定：
K d = Kp ×[Td /T]
设置微分时间T d 等于1个控制周期，即T d =T
因此T d /T=1
K d =KP ×[Td /T]=KP
K d 的设置范围：K d =10~25
控制量计算的PID 数学模型为：
u(k)= u(k-1)+KP ×[PV(k) - PV(k-1)]+ KI ×(PV(k)-SV) +Kd ×[PV(k)-2PV(k-1)+PV(k-2)]
K p 的设置范围：K p =10～25
K I 的设置范围： K I =3～12
K d 的设置范围：K d =10~25
当计算出的u(k)≤0时，则u(k)=0；
当计算出的u(k)≥100时，则u(k)=100；
三、调节方式
调节方式可以为三种：
1、 固定周期的时间比例调节
设置调节周期为3秒，先计算出输出控制量（百分比），再计算出电磁阀打开时间的长度，采用2个计时器工作，第1个计时器固定计时3000mS ，第2个计时器固定计时电磁阀应该打开的时间。电磁阀在每个调节周期内打开/关闭1次。
当控制量为0%时，实际上在整个调节周期3秒时间内电磁阀一直是关闭的； 当控制量为100%时，实际上在整个调节周期3秒时间内电磁阀一直是打开的；
2、 固定周期、固定脉冲个数的脉冲宽度调节
设置调节周期为3秒，每个周期10个脉冲，每个脉冲的宽度为0～300mS 先计算出输出控制量（百分比），再计算出每个脉冲的时间长度
采用2个计时器工作，第1个计时器每次固定计时300mS ，第2个计时器每次固定计时出脉冲宽度的时间。电磁阀在每个调节周期内打开/关闭10次（10个脉冲）。 当控制量为0%时，实际上在整个调节周期3秒时间内电磁阀一直是关闭的； 当控制量为100%时，实际上在整个调节周期3秒时间内电磁阀一直是打开的；