基于改進(jìn)型PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜溫度的精確控制

摘 要：從改進(jìn)型PID控制算法在當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用前景入手，介紹了改進(jìn)型PID相比于常規(guī)PID在控制算法上的升級(jí)改進(jìn)，闡述了改進(jìn)型PID控制算法在工業(yè)反應(yīng)釜控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，提出了一種基于反應(yīng)釜溫度控制的PID控制算法。

關(guān)鍵詞：改進(jìn)型PID；控制算法；反應(yīng)釜溫度控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.150

1 概述

傳統(tǒng)的PID控制只能用在普通的工業(yè)領(lǐng)域，當(dāng)生產(chǎn)條件惡劣，反應(yīng)條件復(fù)雜，介質(zhì)多變時(shí)，傳統(tǒng)PID控制往往存在精度不高，可控性較差的問題。在工業(yè)高溫反應(yīng)釜等特殊化工領(lǐng)域，高精度溫控系統(tǒng)在反應(yīng)釜溫度控制中占有相當(dāng)重要的地位，在反應(yīng)釜燃燒及流體深加工過程中，對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度控制提出了極高要求，受不同流體種類、濃度的影響，反應(yīng)釜中會(huì)有劇烈的吸熱、放熱過程，反應(yīng)釜中溫度的巨變不利于流體的加工燒制，傳統(tǒng)PID控制算法很難達(dá)到溫度的精確控制。流體加工過程中需要按照特定工藝實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制，因此開發(fā)先進(jìn)的PID控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜溫度的精確控制具有極高的意義。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本PID控制系統(tǒng)針對(duì)反應(yīng)釜高溫系統(tǒng)的特點(diǎn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，控制系統(tǒng)在硬件選型以及軟件設(shè)計(jì)方面做了詳細(xì)的論證與研究。

在控制系統(tǒng)硬件選型方面：生產(chǎn)線外圍設(shè)備控制均選用西門子、施耐德等品牌的成熟產(chǎn)品，下位控制主站采用西門子 PLC，分站選用ET200M系列，相關(guān)模擬量信號(hào)進(jìn)行了就近采集，保證了采集精度，方便控制；上位控制采用西門子WINCC上位組態(tài)軟件，電腦選用研華特殊系列工業(yè)電腦，保證系統(tǒng)在高溫環(huán)境下的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面：系統(tǒng)溫度的數(shù)據(jù)采集與控制，在選用專用采集模塊以及可靠補(bǔ)償導(dǎo)線的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算溫度在不同階段的偏差值，對(duì)采集溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)修正補(bǔ)償，保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠；系統(tǒng)流量控制根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制曲線特點(diǎn)選用等百分比流量特性調(diào)節(jié)閥與流量反饋的流量計(jì)組成閉環(huán)系統(tǒng)的同時(shí)，在程序內(nèi)部又引入了改進(jìn)型的PID控制算法，實(shí)際符合反應(yīng)釜溫控曲線的溫度調(diào)節(jié)功能塊，進(jìn)一步解決了流量與溫度、流量與壓力、溫度與壓力之間的控制關(guān)系，達(dá)到了對(duì)反應(yīng)釜溫度的精確控制。

3 應(yīng)用分析

傳統(tǒng)PID控制是一種基于過程參數(shù)的控制算法。傳統(tǒng)PID控制相對(duì)簡(jiǎn)單，其以被控對(duì)象的精確穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)。但反應(yīng)釜系統(tǒng)具有流體種類多元化，濃度不定等特點(diǎn)，導(dǎo)致其溫度不能建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。溫度時(shí)變性較大，傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)過程中存在超調(diào)量很大，振蕩劇烈，滯后嚴(yán)重等問題。傳統(tǒng)PID在反應(yīng)釜溫控系統(tǒng)中不能建立精確的數(shù)學(xué)模型，無法達(dá)到對(duì)反應(yīng)釜要求溫度的準(zhǔn)確控制。

在改進(jìn)式PID控制中，通過前后2次輸出差值的計(jì)算達(dá)到精確控制。其執(zhí)行的是對(duì)偏差值的輸出控制。首先我們得到采樣時(shí)刻K的控制輸出值，由式（1.1）計(jì)算得出：

化簡(jiǎn)后由上式可以推出系統(tǒng)首先要選取合適的采樣周期T，保證采樣頻率大于2倍以上的信號(hào)頻率。根據(jù)反應(yīng)釜高溫系統(tǒng)的特點(diǎn)選取A、B、C合適的PID調(diào)節(jié)參數(shù)，取前后三次誤差值的平均，通過A、B、C參數(shù)調(diào)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定的調(diào)節(jié)狀態(tài)。

傳統(tǒng)PID和改進(jìn)式PID對(duì)反應(yīng)釜高溫系統(tǒng)調(diào)節(jié)曲線如圖，傳統(tǒng)型PID在超調(diào)、振蕩方面存在明顯不足，改進(jìn)型PID在穩(wěn)定性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語

綜上所述，改進(jìn)型PID在反應(yīng)釜高溫系統(tǒng)調(diào)節(jié)方面具有超調(diào)小，振蕩小，滯后性小，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在相關(guān)工藝生產(chǎn)中依據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)好A，B，C參數(shù)，選擇合適的采樣頻率，同時(shí)在硬件選型方面采取合理配置，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：朱廣文（1991-），男，山東青島人，碩士研究生，工程師，從事工業(yè)自動(dòng)化工作。