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【摘要】PID经过多方长期运用证明是成熟可靠的一项技术。引入船闸控制能够避免因时间和温度等对闸门所造成的不同步现象。PID参数一经实际调定无需再次调整，在闸门行程中具备闭环控制条件的情况下无需增加任何控制成本就能实现闸门长期同步运行。
【关键词】船闸;闸门;PID;调节
1.引言
船闸是一过船建筑物，闸门是船闸的重要组成部分，两扇闸门同步运行是保证闸门之间不受撞击和有效止水的重要条件，特别人字闸门最终同步直接影响安全稳定挡水。怎样保证闸门的同步运行？PID调节是闸门同步运行的较好控制方法之一。
2.PID调节概念
PID算法是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被廣泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。将偏差比例（Proportion）
积分（Integral）和微分（Differen-tial）通过线性组合构PID控制器。PID适用于线性和非线性的控制调节，用于温度、压力、流量、液位等几乎所有的场合，不同的控制调节对象，仅仅是PID参数设置的不同，只要参数设置得当均可达到0.1%甚至更高的控制调节精度。
开环控制系统（open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器的输出没有影响在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路
闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。
过程控制系统在运行过程有两种状态，一种是稳态，此时系统没有受到任何外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。另一种是动态，当系统受到外来干扰的影响或者改变了设定值后，原来的稳态遭到了破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，尤其是被调量也将偏离原稳态值而随时间变化，这时就称系统处于动态。经过一段时间调整后，如果系统是稳定的，被调量将会重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定平衡工况。这种从一个稳态到达另一个稳态的历程称为过渡过程。
3.PID调节原理
PID是一个线性的调节控制器，适用于模拟量线性调节控制过程。它根据给定的r（t）与实际输出值c（t）构成的控制偏差e（t），e（t）= r（t）-c（t）
e（t）作为PID调控的输入，u（t）作为PID控制器的输出和被控对象的输入，c（t）是u（t）输入控制对象后的系统实际输出值，这两个要素可能存在是单位的不一样问题，但之间是线性关系。PID实际调整就是使被控对象值c（t）与预先给定值r（t）的一致，消除之间的误差从而达到同步的目的。调节考虑到实际静差问题采用比例（P）、积分（I）、微分（D）进行综合计算进行调整。
Kp是控制器的比例系数，Ti是控制器的积分时间，也称积分系数，Td是控制器的微分时间，也称微分系数。P、I、D三者作用如下：
比例部分的数学式表示是：Kp*e（t）。在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小;但是Kp越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数Kp选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。
积分部分的数学式表示是：
从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加;只有在偏差e（t）=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。可见，积分部分可以消除系统的偏差。积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数Ti越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡;但是增大积分常数会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。当Ti较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能产生振荡，不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti。
微分部分的数学式表示是：
Kp*Td
实际的控制系统除了希望消除静态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用），而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用，可在PI控制器的基础上加入微分环节，形成PID控制器。微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对髙阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。微分部分的作用由微分时间常数Td决定。Td越大时，则它抑制偏差e（t）变化的作用越强;Td越小时，则它反抗偏差e（t）变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。适当地选择微分常数Td，可以使微分作用达到最优。
4.PID实际运用
船闸两扇闸门利用PID调节不但能够使两扇闸门同步运行，而且还能使闸门同步变速运行，达到减小闸门启、停时的运动惯量。闸门由液压油缸直接驱动，PLC控制液压系统的电液比例泵实现闸门开关运行，油缸位置通过行程传感器测量以模拟量的形式传送反馈至PLC。PLC采用PID算法对误差信号进行运算并直接控制比例放大器，比例放大器将模拟控制信号整型放大后转换为电流信号通过比例电磁铁控制比例方向阀的运动，进而对液压系统压力、流量的调节，实现油缸活塞杆运动速度的改变，达到两扇闸门的同步运行。这一过程是一个闭环控制系统。电液比例控制系统本身存在滞后、时变特性，由于比例阀压力与流量本身是非线性的，PV泵的P/Q控制方式是由一控制模块进行控制并带压力补偿控制阀来增加压力补偿控制功能，这样泵的总体调节特性就可认为是线性，因此PID调节完全适用于船闸轴向PV比例液压传动系统。
5.结束语
针对船闸闸门PID的调节是在闸阀门具有行程反馈和比例泵或变频闭环基础上，PID调节可以不需要机械系统作精确调试就可以达到闸门同步目的，一经实际调试结束后就基本不随外界温度、风力等的影响始终保持在同步状态，PID在船闸闸门同步运用扩大了自动控制系统在船闸的应用范围。
【关键词】船闸;闸门;PID;调节
1.引言
船闸是一过船建筑物，闸门是船闸的重要组成部分，两扇闸门同步运行是保证闸门之间不受撞击和有效止水的重要条件，特别人字闸门最终同步直接影响安全稳定挡水。怎样保证闸门的同步运行？PID调节是闸门同步运行的较好控制方法之一。
2.PID调节概念
PID算法是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被廣泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。将偏差比例（Proportion）
积分（Integral）和微分（Differen-tial）通过线性组合构PID控制器。PID适用于线性和非线性的控制调节，用于温度、压力、流量、液位等几乎所有的场合，不同的控制调节对象，仅仅是PID参数设置的不同，只要参数设置得当均可达到0.1%甚至更高的控制调节精度。
开环控制系统（open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器的输出没有影响在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路
闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。
过程控制系统在运行过程有两种状态，一种是稳态，此时系统没有受到任何外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。另一种是动态，当系统受到外来干扰的影响或者改变了设定值后，原来的稳态遭到了破坏，系统中各组成部分的输入输出量都相继发生变化，尤其是被调量也将偏离原稳态值而随时间变化，这时就称系统处于动态。经过一段时间调整后，如果系统是稳定的，被调量将会重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定平衡工况。这种从一个稳态到达另一个稳态的历程称为过渡过程。
3.PID调节原理
PID是一个线性的调节控制器，适用于模拟量线性调节控制过程。它根据给定的r（t）与实际输出值c（t）构成的控制偏差e（t），e（t）= r（t）-c（t）
e（t）作为PID调控的输入，u（t）作为PID控制器的输出和被控对象的输入，c（t）是u（t）输入控制对象后的系统实际输出值，这两个要素可能存在是单位的不一样问题，但之间是线性关系。PID实际调整就是使被控对象值c（t）与预先给定值r（t）的一致，消除之间的误差从而达到同步的目的。调节考虑到实际静差问题采用比例（P）、积分（I）、微分（D）进行综合计算进行调整。
Kp是控制器的比例系数，Ti是控制器的积分时间，也称积分系数，Td是控制器的微分时间，也称微分系数。P、I、D三者作用如下：
比例部分的数学式表示是：Kp*e（t）。在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小;但是Kp越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数Kp选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。
积分部分的数学式表示是：
从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加;只有在偏差e（t）=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。可见，积分部分可以消除系统的偏差。积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数Ti越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡;但是增大积分常数会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。当Ti较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能产生振荡，不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti。
微分部分的数学式表示是：
Kp*Td
实际的控制系统除了希望消除静态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用），而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用，可在PI控制器的基础上加入微分环节，形成PID控制器。微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对髙阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。微分部分的作用由微分时间常数Td决定。Td越大时，则它抑制偏差e（t）变化的作用越强;Td越小时，则它反抗偏差e（t）变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。适当地选择微分常数Td，可以使微分作用达到最优。
4.PID实际运用
船闸两扇闸门利用PID调节不但能够使两扇闸门同步运行，而且还能使闸门同步变速运行，达到减小闸门启、停时的运动惯量。闸门由液压油缸直接驱动，PLC控制液压系统的电液比例泵实现闸门开关运行，油缸位置通过行程传感器测量以模拟量的形式传送反馈至PLC。PLC采用PID算法对误差信号进行运算并直接控制比例放大器，比例放大器将模拟控制信号整型放大后转换为电流信号通过比例电磁铁控制比例方向阀的运动，进而对液压系统压力、流量的调节，实现油缸活塞杆运动速度的改变，达到两扇闸门的同步运行。这一过程是一个闭环控制系统。电液比例控制系统本身存在滞后、时变特性，由于比例阀压力与流量本身是非线性的，PV泵的P/Q控制方式是由一控制模块进行控制并带压力补偿控制阀来增加压力补偿控制功能，这样泵的总体调节特性就可认为是线性，因此PID调节完全适用于船闸轴向PV比例液压传动系统。
5.结束语
针对船闸闸门PID的调节是在闸阀门具有行程反馈和比例泵或变频闭环基础上，PID调节可以不需要机械系统作精确调试就可以达到闸门同步目的，一经实际调试结束后就基本不随外界温度、风力等的影响始终保持在同步状态，PID在船闸闸门同步运用扩大了自动控制系统在船闸的应用范围。