电动调节阀增量式pid控制算法的修正

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1、2012-07-########2012-07-13########2012-07-13########电动调节阀增量式PID控制算法的修正李玉春’陈粟宋，王鸿博，李锡宇(顺德职业技术滸院，广东佛山5283331摘要：对电动阀门控制水温特性进行分析、引入修正因子，对增量式PID算法进行改进，在热水机测试系统上得到了更快、更稳定的控制效果。关键词：自动控制；PID算法；修正因子中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1672-6138(20门)02-0001-03DOI:10.3969/j.issn.1672-6

2、138.2011.02.001采用电动调节阀门是•种对管路中介质流量进行调节的有效方法。而电动阀门开度的控制算法目前较为常规的做法是PID算法，陈金艳等⑴对制冷系统蒸发器用电子膨胀阀的开度进行了PD控制，得到了较为理想的仿真结果。付水华闪利用SR93调节器控制电动阀开度,进而控制淬火床的冷却油流量，从而将工件淬火油温控制在±3°C的精度，李如林等叫方西门子STEP7中PID功能块FB42的算法，编制了相应PLC控制程序，并对程序进行了仿真验证。目前对实际阀门进行PID精确控制的工程实践不多，而涉及精确控制的具体的PI

3、D算法更为少见。许多热工类的测试系统都需要对温度进行精确的控制，如(GB/T21362-2008商业或工业用及类似用途的热泵热水料％要求在额定工况制热量测试时，被测热水机的进口水温应为15±0.3°C,而出口水温为55±0.3°C,测试过稈中，出口水温控制就可利用电动调节阀来调节被测热水机的水流量来实现的，因此对阀门开度梢确控制进行研究很有必要。1基本PID算法基本PID算法有位置式PID控制算法和增量式PID控制算法，位置式算法控制输出量如式(1):ku(k)=KPe(k)+&Ze(j)+K0[e(k)・e(k-D

4、](1)j=0式中：k—采样序号，k=0,1,2,:u(k)—第k次采样时刻的计算机输出值；e(k)—第k次釆样吋刻输入的偏差值,e(k-D表示第k-1次采样时刻输入的偏差值；心一比例项系数；Ki—积分项系数；心一微分项系数。增量式PID控制算法控制输出量如卞式:△u(k)半Al+e(k)-(1+2i-)e(k-1)+i-e(k-2｝他1

5、IIt式中t、to—分別表示采样时间、积分时间、微分吋间：△u(k)=u(k>-u(k-1),表示执行机构位置的增量,式中其余符号同式d)o实践中…般认为，以步进电机为执行机构的控

6、制系统较宜用增量式PID算法。由于水路屯动调节阀属步进电机执行机构，故釆用增量式PID控制算法。2热水机测试出口水温控制特性热水机测试出u水温e0nj由卜•式进行计算：可见被测热水机岀口水温&在进水温度&、热水机制热量Q、水流暈G保持不变的情况下，可维持不变的出水温度，然而，实际测试中，被测热水机制热量Q本身受环境温度、进岀口水温、水流量的影响，因而，使得被测机出口水温的数学模型难以准确描述。同样，调节电动阀的开度，会改变水流量，然而片于管网其它部件阻力特性与水泵特性相互影响，水流蜃的变化并不是与电动阀的开度(升程)

7、成线性关系，而2012-07-1齋酸辭辩陽2一##料腓K2O12旳7诫询2皿2諂7-13########2012-07T3#料#####臟野鬱羽輕毬##龙醐歸t7-l3###擇鮮##是按图1的规律变化的"图1中管路特性曲线表征了管路中水流量G与流动阻力H的关系，由图可见，水流量越大，管路流动阻力越大，而水泵性能曲线表征了水泵输送水流量与扬程H的关系，由图可见，水泵通过的水流量越大，水泵的可提供的扬程越小，二者的交点即为管路中实际通过的水流量。调节电动阀的开度，实际上是改变了管路特性曲线，当开度减小时，管路特性曲线由较

8、为平坦的曲线1变为较为陡峭的曲线2,交点左移，流量也就减小。由此可见，水流量的变化同样有着较为复杂的数学模型。1020t/min3040图3热水机岀口水温变化〔增■式PID算法;图1管路工况示意图3热水机出口水温增量式PID算法的控制实验在式Q中，需确定的是©、tH6，根据PID继电型参数整定算法，对阀门开度做周期性的阶跃诟整，将出口水温滤去杂波于扰信号，可得如图2的水温变化曲线(氐为设定温度，下文同：阀门开度定义为输出控制电压与阀门最大控制电圧之比，本文所用阀门最大控制屯压为24VDO°t/s图2继电型参数整定试验

9、根据Kp=0.6Ku=0.6^t,=0.51；tD=0.125tu以此编制控制程序，控制输出量经D/A转换成0-24VDC的控制电圧，控制电动阀的开度，试验测得热冰机出水温度的控制曲线如图3所示，当设定温度跃升5°C时，被测机出水温度在前23min时间里，波动剧烈，直到23min后，出水温度方满足±0.3匕的控制精度要求4增量式PID算法的修