浅析水泥抗压强度测试系统

新型水泥抗压强度测控系统要求：该机主要用于测量、检验不同龄期的水泥试块的抗压强度。系统应该保证试验机能按照规定的试验过程进行试验，并能按照预定的加荷速度进行自动恒加载；试验过程中，系统能实时显示试块所受压力，试块的抗压强度和加荷曲线；试验完毕后，能进行数据处理、存储、查询、输出报表等。

控制原理：系统采用PID控制来实现恒速率加载。PID控制是控制系统中应用*为广泛的一种控制规律，实际运行的经验和理论的分析都表明，运用这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的效果。在本系统中，其基本思想是：在单位时间里，如果传感器的读数和给定压力值有一定的偏差，则调整比例阀的电流，使压力偏差减小；否则保持压力不变。

在本系统中，被控对象为压力，比例阀为执行机构，系统压力与阀门开度对应。系统采用位置式PID，其控制算法的离散表达式为：u（k）=Kpe（k）+KIEki=0e（i）+KD（1），比例增益；KI=KpTI为积分系数；KD=KpTDT为微分系数。

为了程序设计的方便，我们采用增量式PID来实现位置式PID。由式（1）可推出：u（k）=u（k-1）+Kpve（k）+KIe（k）+KDv2e（k）式中ve（k）=e（k）-e（k-1）v2e（k）=ve（k）-ve（k-1）。依照上式，很容易通过编程实现数字PID。

另外，在程序中，我们对PID控制进行了适当的改进，使其更适合系统的控制要求。主要改进措施如下：

（1）设置偏差不灵敏区。偏差绝对为零不可能达到，系统只要求被控量在允许的误差范围内变化，为此加入偏差不灵敏区，当偏差小于一定值时，对比例阀不进行调整。

（2）积分分离。由于比例阀存在全开和全闭两个极限位置，如果比例阀已经到达极限位置，但偏差仍然存在，由于积分的作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但实际上比例阀没有动作，这就称为积分饱和。为防止出现积分饱和，我们对控制量u（k）进行了限幅，并且及时切断积分控制，使PID控制变为PD控制。