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Tech
                                                                                                    Notes
                                                                                                    技術專文


              降溫機制部分，熱水被噴灑經過空氣流，造成部份水                        2.2.1  P控制項
           量之蒸發，水溫因此而降低。水滴在空氣流中，經由輻射
                                                                 比例動作(P動作)是指在比例帶內，運作與當前值和設定
           (radiation)、傳導(conduction)、對流(convection)及大部份由蒸
                                                             值的偏差呈比例的操作量動作。
           發(evaporation)的方式將熱從水塔中帶出。當水份蒸發時，它
                                                                 比例控制考慮當前誤差，誤差值和一個正值的常數K p (表示
           必須從液相變成氣相，這種不同相之變化所需能量正好可由溫
                                                             比例)相乘。K p 只是在控制器的輸出和系統的誤差成比例的時候
           水中之熱能來提供。這種能量被稱為「潛熱(latent heat)」 。
                                                      [01]
                                                             成立。比如說，一個電熱器控制器是在目標溫度和實際溫度差
           2.1.2  分類                                         10°C時有100%的輸出，而其目標值是25°C。那麼它在15°C的時
                                                             候會輸出100%，在20°C的時候會輸出50%，在24°C的時候輸
           ①  以水與空氣接觸之形式，可分為：⒜濕式冷卻塔(Wet
                                                             出10％，注意在誤差是0的時候，控制器的輸出也是0。
             cooling tower)-水和空氣直接接觸，熱能、質能同時交換
                                                                 若比例增益大，在相同誤差量下，會有較大的輸出，但
             進行的冷卻塔。⒝乾式冷卻塔(dry cooling tower)-水和空氣
                                                             若比例增益太大，會使系統不穩定。相反的，若比例增益小，
             不直接接觸，只有熱交換的冷卻塔。⒞乾-濕式冷卻塔(dry-
                                                             若在相同誤差量下，其輸出較小，因此控制器會較不敏感的。
             wet cooling tower)-由乾式、濕式兩部分組成的冷卻塔。
                                                             若比例增益太小，當有干擾出現時，其控制信號可能不夠大，
           ②  以通風形式，可分為：⒜導引式機械通風冷卻塔(induced
                                                             無法修正干擾的影響。
             draft mechanical cooling tower)-將送風設置在冷卻塔
             進風口的冷卻塔。⒝強制通風式機械通風冷卻塔(forced                    2.2.2  I控制項
             draft mechanical cooling tower)-將送風設置在冷卻塔進
                                                                 積分動作(I動作)，適當出現穩態誤差時改變操作量，做出
             風口處的冷卻塔。⒞自然通風冷卻塔(natural draft cooling
                                                             等同手動重整一般消弭穩態誤差的動作。
             tower)-藉由塔內外的空氣密度差或自然風力形成的空氣
                                                                 積分控制考慮過去誤差，將誤差值過去一段時間和(誤差
             對流作用進行通風的冷卻塔。
                                                             和)乘以一個正值的常數K i 。K i 從過去的平均誤差值來找到系統
           2.2   PID控制                                       的輸出結果和預定值的平均誤差。一個簡單的比例系統會震
                                                             盪，會在預定值的附近來回變化，因為系統無法消除多餘的糾
              PID控制器是一個在工業控制應用中常見的反饋迴路部
                                                             正。通過加上負的平均誤差值，平均系統誤差值就會漸漸減
           件。這個控制器把收集到的數據和一個參考值進行比較，然
                                                             少。所以，最終這個PID迴路系統會在設定值穩定下來。積分
           後把這個差別用於計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的
                                                             控制考慮過去誤差，將誤差值過去一段時間和(誤差和)乘以一
           是可以讓系統的數據達到或者保持在參考值。PID控制器可以
                                                             個正值的常數K i 。
           根據歷史數據和差別的出現率來調整輸入值，使系統更加準
                                                                 K i 從過去的平均誤差值來找到系統的輸出結果和預定值的
           確而穩定。
                                                             平均誤差。一個簡單的比例系統會震盪，會在預定值的附近來
              基本上，PID控制是指釋出與當前值(PV)和設定值(SP)的
                                                             回變化，因為系統無法消除多餘的糾正。通過加上負的平均誤
           偏差呈比例的輸出比例動作(Proportional Action：P動作)、釋
                                                             差值，平均系統誤差值就會漸漸減少。所以，最終這個PID迴
           出與該偏差積分呈比例的輸出(Integral Action：I動作)以及輸
                                                             路系統會在設定值穩定下來。
           出與偏差微分呈比例的微分動作(Derivative Action：D動作)的
           和，以朝向目標值進行控制。                                     2.2.3  D控制項
              PID控制器(比例-積分-微分控制器)，由比例單元                          微分動作(D動作)是指因檢測溫度開始改變時，視該變化
           (Proportional)、積分單元(Integral)和微分單元(Derivative)組   程度，趁偏差較小的時候，施加大幅修正動作，以防止結果發
           成。可以透過調整這三個單元的增益來調定其特性。PID控                       生極大波動的一種動作。
           制器主要適用於基本上線性，且動態特性不隨時間變化的系                            微分控制考慮將來誤差，計算誤差的一階導，並和一個
           統，其PID演算法如 式1所示。       [04]                       正值的常數K d 相乘。這個導數的控制會對系統的改變作出反
                                                             應。導數的結果越大，那麼控制系統就對輸出結果作出更快速
                                                        (1)  的反應。這個K d 參數也是PID被稱為可預測的控制器的原因。
                                                             K d 參數對減少控制器短期的改變很有幫助。一些實際中的速度
              其中，K p =比例增益 ; K i =積分增益 ; K d =微分增益 ; e=誤差    緩慢的系統可以不需要K d 參數。
           =設定值(SP)-回授值(PV) ; t=目前時間 ; τ=積分變數，數值從0               微分控制可以提昇整定時間及系統穩定性。不過因為純
           到目前時間t。                                           微分器不是因果系統，因此在PID系統實現時，一般會為微分
                                                             控制加上一個低通濾波器以限制高頻增益及雜訊。實際上較


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