淺談PID控制在復(fù)烤機(jī)回潮段溫度控制中的應(yīng)用

黃勝勝

摘要：在各種工業(yè)控制器中，PID控制器以其簡單而有效的特點(diǎn)占據(jù)主要的位置。在實(shí)際應(yīng)用中，如何得到更優(yōu)的PID控制器參數(shù)一直是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。針對我廠復(fù)烤機(jī)回潮段的溫度PID控制參數(shù)整定不合理，使得溫度響應(yīng)時(shí)間長，控制精度低的問題，利用臨界比例法對PID參數(shù)進(jìn)行再整定，實(shí)現(xiàn)了對回潮區(qū)溫度的穩(wěn)定控制。

關(guān)鍵詞：回潮區(qū)；PID控制；臨界比例法

0、引言

煙葉復(fù)烤機(jī)主要用途是對打葉分離之后的煙葉片進(jìn)行復(fù)烤處理，使葉片的水分、溫度達(dá)到規(guī)定的工藝技術(shù)指標(biāo)。煙葉復(fù)烤機(jī)按工藝特點(diǎn)主要分干燥段、冷卻段和回潮段。其中回潮段工藝介質(zhì)的過程控制，是保證烤后葉片水分均勻性和溫度達(dá)到指標(biāo)。目前回潮區(qū)的溫度控制方式均采用傳統(tǒng)的PID進(jìn)行控制。

1、回潮段溫度PID控制原理

PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單及可靠性高，被廣泛應(yīng)用予過程控制和運(yùn)動控制中。PID控制在實(shí)際中可分為PI控制和PID控制，回潮段溫度控制采用的是PI控制，其基本原理是將設(shè)定溫度與溫度檢測實(shí)際溫度的偏差的比例（P）、積分（I）通過線性組合構(gòu)成控制量，對蒸汽閥門進(jìn)行控制，如圖1所示。

圖1 PID控制原理

在PID調(diào)節(jié)參數(shù)中，比例系數(shù)增大，會使調(diào)節(jié)閥的動作靈敏，運(yùn)行速度加快。缺點(diǎn)是存在靜差。在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，增大比例值，有利于減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但隨著比例增大，系統(tǒng)響應(yīng)過程中的振蕩次數(shù)會增多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。當(dāng)比例值太大時(shí)，系統(tǒng)將趨于不穩(wěn)定；若太小，會減低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。引入積分的目的是為了消除靜差，提高精度。但積分時(shí)間太小，在過程的啟動、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定值時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量超出極限控制量，最終引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至造成系統(tǒng)振蕩。積分時(shí)間太大時(shí)，積分作用對系統(tǒng)的性能影響減小，不利于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，難以獲得較高的控制精度。所以PID溫度控制過程需要進(jìn)行參數(shù)整定，使得由控制對象、控制器等組成的控制回路的動態(tài)特性滿足期望的指標(biāo)要求，達(dá)到理想的控制目標(biāo)。

2、PID參數(shù)的整定

1、PID參數(shù)的整定方法

PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類，理論計(jì)算整定法與工程整定法。理論計(jì)算整定法，它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。

PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：

（1）首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；

（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；

（3）在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。

2、PID參數(shù)的整定

以回潮一區(qū)為例，原來的P、I值分別為2.5和200S，溫度控制響應(yīng)時(shí)間超過5分鐘，控制精度在±2.0℃，不符合工藝指標(biāo)。利用臨界比例法進(jìn)行PID參數(shù)整定得到下表，再根據(jù)積分拐點(diǎn)計(jì)算與生產(chǎn)驗(yàn)證最終得到P為1.8，I值為65s，此時(shí)溫度控制的響應(yīng)時(shí)間為3分鐘，控制精度為±1.0℃。

3、結(jié)論

PID控制器參數(shù)整定方法的不斷發(fā)展，要求我們能夠充分并盡可能少地利用系統(tǒng)的己知信息，得到控制效果更佳的PID控制器參數(shù)，本文從介紹回潮區(qū)溫度PID控制出發(fā)，利用臨界比例法結(jié)合趨勢圖進(jìn)行PID參數(shù)的整定。生產(chǎn)實(shí)踐表明，利用臨界比例法重新整定參數(shù)后，回潮區(qū)的溫度控制動態(tài)特性滿足工藝要求，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性。

參考文獻(xiàn)：

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