在工业生产或实验室内，如挤塑加工，金属加工，半导体加工，化学实验室等常常需要将温度，湿度，压力等保持在一定的数值范围内或按一定规律变化。在对有污染的环境中，对有毒气体含量的控制更有严格的要求。PID控制由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。本文通过设计一款PID控制器来控制通风柜阀门的开度，使通风柜的风速风量保持在设定范围内。

1 PID控制原理

PID控制器是ProportionIntegrationDifferentiation的简称，即.比例-积分-微分控制器。PID是最常见的控制器，广泛应用于机械和电气系统。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。PID控制最为理想的控制是比例-积分-微分控制规律。它既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果[1]。

2 文丘里阀

文丘里阀效应的原理则是当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动。文氏管的原理其实很简单，它就是把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区。当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用。文丘里阀就是基于文丘里效应制造的一种设备，根据通风柜实际需求的风量值，将阀芯调整到相应位置，这个位置是根据风量与阀芯对应关系确定的，随后由于风管内压力不同，文丘里阀将利用阀芯内的弹簧微调，在规定时间内达到所需风量±5%的精度范围，直到产生新的风量需求值。

3 通风柜的变风量控制

本系统采用管道风量监测，实时计算面风速，中国采用的国家标准为0.5m/s，以通风柜面风速为常量0.5m/s，控制文丘里阀阀门的开度，使其恒定在安全气流值范围内。整个控制系统由风速传感器，控制器和功率调节器几大部分组成。控制器通过比较检测到的风速PV与设定的风速范围，如果到达临界点，即风速设定的最大或最小值，则调节功率的输出，调整阀门的开度，以使风速控制在设定的范围内。测量的目标风速值0.5m/s是一个很小的值，只要房间有人走动或开门，会引起气流的很大波动，所以系统内应加入数字滤波，减少外部环境波动对风速检测的影响，从而减少外部环境造成控制系统输出的剧烈波动。数字滤波器由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器对信号滤波的方法是：用数字计算机对数字信号进行处理，处理就是按照预先编制的程序进行计算，它的核心是数字信号处理器[2]。本系统用于通风柜的变风量控制。通风柜面风速指排风柜开口拉门处的平均入口风速。对通风柜要求的通风柜面风速的要求是：有害气体不能从柜内逸出，同时也要保证有害气体在通风柜内产生紊流。因此要求对风量风速进行严格的控制以确保安全。当检测到风速传感器输出发生变化时，控制器内置嵌入式CPU实时运算，控制阀的开度变化。从而保证通风柜的面风速维持在设定值。主要功能包括通风柜面风速控制、面风速报警、低压差报警等。系统采用双传感器输入控制，核心控制单元为高性能嵌入式RISC处理器，基于微处理器的数字滤波技术。具有过流过压保护功能。通过软件修正传感器输入值。本PID控制器根据风速传感器的变化计算阀的开度值，

控制阀开度。阀运动后，再根据风速传感器的实际测量值

修正阀的开度。具有控制精度高的特点。

①参数设置

风速:0.50

背光模式:AUTOP值:1.00I值:0.10超高风速:1.00超低风速:0.20

第一项为设置风速。该值设为0，则该功能取消。背光模式即设置背光开启选择，背光有常亮、亮暗、自动三种模式。P值即设置控制器的P值。I即设置控制器I值。超高风速

即设置风速过高报警值。超低风速即设置风速过低报警值。

②风速传感器设置

零点:0.2斜率:1.00

零点：传感器零点偏移，以0.10为基准，增加的值为传感器实测值加，反之则减。

如：该参数设为0.2，则实际值为：X＋（0.2－0.10）。设置范围0.00～0.20

斜率：传感器修正。传感器测量值乘以该系数得到实际值。设置范围0.80～1.20如：该参数设为1.20，则实际值为：X×1.2。运用这两参数可修正传感器的输出误差。例如：测量风速为0m/s，而传感器输出1.5V，此时可以内部调整零点，

使1.5V对应于显示0m/s。

4 结束语

本PID控制器系统能做到绝对压力无关，即不管风柜在管网的首端还是末端，也不管是风柜尺寸，其面风速都恒定在0.5m/s，其具备非常强的抗室内气流干扰能力，控制效果好，反应速度快，同时文丘里阀能够有效化解来自管网的压力波动，文丘里阀的精度高，反应速度快，系统响应时间通常为1秒钟左右。