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　　一、APID算法
　　
　　FCS165現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的分PID控制算法，其包含比例up（n）APID采用實際微、積分ui（n）、微分ud（n）及前饋FF（n）4個環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：　　
　　式中：U為控制量；k為總增益；E為過程量VP及設定值SP經(jīng)過增益和偏置標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為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。
　　
　　為了便于在計算機上實現(xiàn)APID算法，應對式（1）進行離散化處理，獲得up（n）、ui（n）、ud（n）、u（n）離散化處理后的表達式為：
　　　　式中：T為運算周期；n為運算序號；e（n）、e（n－1）分別為第n個和第（n－1）個運算周期的偏差值；FF（n）為第n個運算周期的前饋值；u（n）、u（n一1）分別為第n個和第（n－1）個運算周期的控制量。
　　
　　APID及屬性窗口如圖1、圖2所示。APID共有n個輸入引腳，可與上一級功能塊輸出引腳連接進行PID運算；通過APID輸入引腳與上一級功能塊輸出引腳的連接，設計自適應控制方案。如果總增益k、kp、Ti、Td4個參數(shù)中的某些參數(shù)不需要自適應控制，可根據(jù)運行工況的需要通過在線命令實時修改屬性窗口中對應的參數(shù)，APID算法的運算參數(shù)取屬性窗口中設置的數(shù)值。如果過程量PV及設定值SP經(jīng)過增益和偏置參數(shù)處理后的偏差值。e（n）小于等于設定的死區(qū)參數(shù)時，將偏差值。e（n）置為0，認為此時無偏差?？刂七壿嫿M態(tài)軟件對死區(qū)參數(shù)的輸入值進行了限制，輸入值必須大于等于。，等于。時為無死區(qū)限制APID具有控制量u（n）輸出（模擬量AO）、偏差報警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個輸出引腳。在每一個運算周期進行APID算法運算時，如果設置的偏差報警值大于0且偏差信號e（n）大于等于偏差報警時，則偏差報警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設計
　　
　　APID具有自動控制、跟蹤以及強制模擬量輸出AO3種控制方式，在這3種控制方式下均需要對積分環(huán)節(jié)u、（n）進行妥當處理，如果處理不當就有可能產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象或在切換控制方式時u（n）會發(fā)生較大抖動，影響控制品質(zhì)。在實現(xiàn)APID算法程序時，對k的輸入值進行了限制，即當k的輸入值≤0時，以其為1處理。
　　
　　2.1自動控制方式
　　
　　當跟蹤開關(guān)STR狀態(tài)為0時，APID處于自動控制方式。在每個運算周期由式（2）～式（5）實時運算up（n）、ui（n）、ud（n）、u（n），u（n）的變化率受設置的輸出變化率參數(shù)限制。為了便于計算機計算，當Ti＞0時APID進行積分運算，否則停止積分運算，ui（n）則維持上一運算周期的積分值ui（n一1）；如果u（n）＞TopLimit，則u（n）=TopLimit；如果u（n）＜BottomLimit，則u（n）=BottomLimit。此時，需要對ui（n）進行抗積分飽和處理，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，其將會被始終限制在設定的輸出上、下限內(nèi)，而ui（n）實時跟蹤u（n）的變化，因此當e（n）發(fā)生反向變化時執(zhí)行機構(gòu)將立即響應而不會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。當跟蹤開關(guān)STR狀態(tài)由。變?yōu)?時，APID由自動控制方式切換為跟蹤方式。
　　
　　2.2跟蹤方式
　　
　　當跟蹤開關(guān)STR狀態(tài)為1時，APID處于跟蹤方式，u（n）等于跟蹤值TR，且不受設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的原值（自動控制方式下的值），當APID由跟蹤方式切換到自動控制方式時u（n）會產(chǎn)生大抖動，如果ui（n）繼續(xù)進行積分，當APID由跟蹤方式切換為自動控制方式時u（n）會產(chǎn)生大抖動并且出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。因此，在每個運算周期都需要實時對ui（n）進行特殊處理，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控制方式時u（n）產(chǎn)生大抖動或出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。up（n）、ud（n）仍按照式（2）、式（4）進行實時運算。
　　
　　2.3強制方式
　　
　　當通過操作員站發(fā)送在線命令將APID的模擬量輸出AO強制為某個數(shù)值A(chǔ)out時，在線命令程序接收到強制命令后，將對應的APID模擬量輸出AO置為Aout，Aout被限制在設定的TopLimit與BottomLimit之間，并將APID模擬量輸出AO的狀態(tài)置為強制方式。在實現(xiàn)APID算法程序時，APID的u（n）等于Aout并保持不變，為防止APID由強制方式切換為自動控制方式時u（n）產(chǎn)生大抖動，需要對ui（n）進行合適的處理，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）進行實時運算。
　　
　　三、結(jié)語
　　
　　針對FCS165現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)APID的自動控制、跟蹤、強制3種控制方式下的抗積分飽和和無擾切換，提出了有效的解決方案，經(jīng)過長期測試和現(xiàn)場應用表明，F(xiàn)CS165現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)APID的控制效果較理想。