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控制系统组成 首先我们说一下控制系统，控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成：控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成（通俗点说控制器，执行器，被控对象和测量反馈装置组成）如图一 控制系统又分开环和闭环控制系统。最明显的区别就是闭环控制系统有测量反馈装置，开环没有，开环系统只根据控制系统的设定值来控制。闭环系统除了依据控制器的设定值还根据测量反馈装置的偏差值进行控制。举例说明，家里的冰箱和空调都是最简单的闭环控制，空调温度设定 22 度，空调面板上会显示室内温度，当达到室内温度时，反馈给控制器，空调停机，冰箱也是闭环控制系统。家里的调光台灯，旋转旋钮灯管会明暗变化，这个是开环系统。还有在你我身边每天都用的，手机屏幕的亮度调节。如果你设置成自动调节，那么亮度会根据感光元件来自动调节手机亮度这是闭环系统。如果你把自动调节关掉，那么你只能拖动亮度条来调节，这个就又变成了开环调节，这就是开环闭环控制在我们身边的应用。如上述例子开环控制和闭环控制各有应用，不在赘述。早些年主辅机的淡水和滑油的温度都是通过一种喷嘴挡板组成的气动阀门装置进行设定和调节的，原理相对简单，改变压力信号输入（就是设定值）波纹管推动杠杆，改变挡板和喷嘴的距离使执行机构的气压改变，达到调节的作用。喷嘴挡板式伺服阀如图二。还有一种是通过 I/P（电流-压力）变送器进行调节，通过改变变送器输入电流 4-20mA，从而改变输出空气压力来控制气动执行机构（有气动薄膜调节阀也有活塞式的）进行调节。目前船上冷却水和滑油的温度控制系统，自动舵的控制系统大多采用比较复杂的 PID 比例微分积分闭环调节系统。目前我轮主辅机冷却系统是 AMOT 品牌，以此为例，首先介绍一下比例微分积分调节 PID 在调节过程中都起到什么作用。比例的作用是根据偏差的大小（设定值与测量值之差）来改变执行机构动作的幅度。就好比一个杠杆，一边是偏差值，一边是执行机构的动作幅度，而改变P 值的就相当于改变支点的位置。在调节系统中起着稳定被调参数的作用。但是比例调节是一种有差调节，以温度控制举例说明下，杠杆左边是偏差值，支点（p)在中间位置或靠右的位置，右边是执行器动作的幅度，当设定值和反馈相同时，执行机构没有信号输入也没有输出。当反馈的温度变化高于设定值时，杠杆左边向下，右边向上动作，控制器就会给执行机构一个信号，执行机构动作把温度向低的方向进行调整，调整过程中反馈温度会一直在降低，降低过程中偏差值不断缩小，那么杠杆就会越来越趋近于平衡，而执行器的开度也越来越小，会一直这么调整下去，到最后只能使调整后的测量值无限接近于设定值而且是高于设定值，不能完全一致。所以是有差调节，调整后的偏差叫静态偏差简称静差。有人可能提出，那么如果我冷却效果超好，调节超快呢？那就相当于杠杆的支点靠近左边，如果非常靠近边缘，那么执行机构动作的幅度是非常大的，极限说法就是当测量反馈温度升高时，执行器接到降低温度的信号，杠杆的右边会高高翘起，冷却效果超好的话，瞬间测量的反馈值就低于设定值了，偏差就会变成相反的值，杠杆右边低于平衡位置，输出的是升高温度的信号，这样杠杆就变成翘翘板了，不断的进行调节，而测量值会不断的接近设定值，但最后也只是是无限接近而已。这个例子也说明支点的位置影响着系统调节的稳定性。比例增大有利于减小静差，但比例增加太大，将导致系统超调增加，稳定性变坏，甚至使系统产生振荡。下面讲到系统调节时会说到比例带，比例带和比例是反比例的关系，比例增大比例带减小。本文提到的比例学术叫法是比例增益，在调节参数时会涉及比例带用 Pb(PROPORTIONAL BAND)。控制器的增益随比例带的增大而减小。上述这个例子我想了很久，为了能通俗易懂，希望能看明白。积分是依据偏差是否存在来动作的，在系统中起到消除余差的作用。只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差，是无差调节。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡，在调节参数时会涉及复位时间 Rt（RESET TIME)。积分分量的影响会随复位时间的增加而减小。微分 D微分是依据偏差的变化速度来动作的，在系统中起着超前调节的作用，上述举例中如果冷却效果太好，比例非常大，那么偏差变化很快，会出现震荡，这时微分就会起作用，是执行器提前向相反的方向调节，避免震荡。在调节参数时会涉及微分时间 Dt(DERIVATIVE TIME)。微分分量的影响会随微分时间的增大而增大。图三是控制器面板。注意这个 EXIT 建，除了退出功能，长按显示屏又下角会出现一个小手，这时是手动模式，手动模式下直接按上下键是直接控制执行器动作的。这个有很多人不清楚。长按退出。1）比例调节规律的作用偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差（简称静差）。Kp 增大有利于减小静差，但 Kp 增加太大，将导致系统超调增加，稳定性变坏，甚至使系统产生振荡。2）积分调节规律的作用只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。（另一种表达方式：微分系数的作用是加快系统的响应，对偏差量的变化做出响应，按偏差量趋向进行控制，把偏差消灭在萌芽状态之中，使超调小，稳定性增加，但对扰动的抑制能力减弱。）比例作用应强一些，积分作用应强一些，微分作用也应强一些但是都太强会产生超调，系统震荡。所以当同时使用这三种调节方式时都应适当减弱。a.在输出不振荡的前提下，增大比例增益 P。设定中为减小比例带 Pbb.在输出不振荡的前提下，增大积分分量的影响。设定中是减小复位时间Rtc.在输出不振荡的前提下，增大微分分量的影响。设定中是增加微分时间 Dt（控制器的增益随比例带的增大而减小.积分分量的影响会随复位时间的增加而减小.微分分量的影响会随微分时间的增大而增大）微分时间一般取积分时间的 1/4~1/3。当 Dt 设定为 0 时，该系统会变成比例积分调节，如果设定中 Rt 为零时系统变为比例微分调节，当 Rt 和 Dt 同时为零时，该系统就成为单纯的比例调节。比例调节，比例积分调节，比例微分调节的缺点比例调节是有差调节，比例增益过大系统震荡，比例增益过小调节过程缓慢。比例积分调节能实现无差调节，但是会降低调节系统的响应速度。比例微分调节也是有差调节，但是能够提前响应，减小系统震荡。因此 PID 调节是对惯性较大的温度调节一种比较理想的调节方式。1.我做过的一条 ZH15 轮，是通过一种 I/P 变送器调节的，也是是比较复杂的比例微分积分调节，执行器时气动活塞旋转三通阀，而且我上去时是坏的，都是人为去调节三通阀开度进行调节，后来我们进行了改进，因为控制系统已经损坏，我把这套系统改成了简单的开环控制，修理好了执行器和 I/P 变送器，在控制系统处我加了一个电位器（相当于可变电阻，就像台灯的旋钮），旋转旋钮改变电阻从而改变到 I/P 变送器的电流来控制执行器，还好当时那套系统的测量元件好用，在集控室就能看到调整后的温度，这样我们在集控室就可以根据测量元件反馈的温度来旋转电位器手动调整三通阀开度。2.我还做过一条 HOXX WXXD 船，当时上船后发现主机机动航行时主机缸套水调节的很慢，一旦从 haft 到 full 时就会高温报警，这时他们都会在 haft 时将主机缸套水的温度设定值降低，避免温度高，而当主机从 full 到海速时，机舱会人为限制主机转速，等待冷却水温度下降后才慢慢增加主机转速。正常情况主机缸套水保持在上下波动 2 度左右，如果温度波动太大会增加主机缸套裂纹的风险。据说一直都是这样，我也是试着调节了一下，那时也是第一次接触 amot 比较懵，后来我把比例带调小了，也就是增加了比例增益，后又根据温度变化进行了积分和微分作用的调节，调节后效果很好，再也没用人为介入了。3.还有一条 ZⅡ的船，船上主机缸套水在全负荷时温度在 75-80 左右，一旦开造水机主机缸套水温度就会降到 60-70 度之间升不上去。这个并不是控制元件或设定的问题，我们查到执行器处的销子断了，这个执行器时直流电机驱动三通阀动作的，后来换了销子，可是手动试验全开和全关时销子又断掉了。我们把三通阀内部解体了，发现三通阀在全关的位置有 1/4 左右没关严，这样在造水机运行时还会有一部分缸套水是通过高温淡水冷却器的，而在全开时会有 1/4 把三通阀的进口管挡住，这样高温淡水泵的压力会升高，而且阀芯的压力升高，当在全开位置向关的位置动作时销子就会断掉。我们调整了阀芯的位置，当然由于销销孔的位置是固定的，必须调整驱动器内部的限位。这里要注意了，驱动器内部有全开和全关两个位置的限位，当阀芯转动到达这两个限位时，会切断直流电机继续转动达到保护的作用，调整内部的两个凸轮就可以了，另外还有连个机械限位，是通过两个内六角螺丝实现的，这两个机械限位一定要在两电子限位动作之后起作用，调整时注意，避免机械限位限制后，电子限位没动作使电机继续通电造成损坏。以上心得体会仅供同行参考，本文参考文献来自 AMOT 说明书及部分网上资料，不足之处还请大家多多批评指正。
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