保持型仿人PID在温度控制中的应用.pdf

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1、过程控制化工自动化及仪表，2010，37(12)：35—37ControlandInstrumentsinChemicalIndustry保持型仿人PID在温度控制中的应用王再英1。金晶1’2(1．西安科技大学电气与控制工程学院，西安710054；2．西安陕鼓动力股份有限公司，西安710075)摘要：连续搅拌釜式反应器是合成材料、制药、油漆、农药等化工生产过程中应用非常广泛的设备，在反应装置中占有重要地位。连续搅拌釜式反应器温度控制难度较大，常规PID控制算法对偏差同等对待，效果不佳。仿人积分控

2、制对偏差区别对待，是对常规积分作用的一种改进。但是这种方法仍然存在不足之处，分析了这种不足并加以改进，提出保持型仿人PID控制算法以及控制器参数整定衰减曲线法，系统温度控制效果较好。关键词：温度控制；仿人积分控制；保持型仿人PID中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)12-0035-031引言釜式反应器是化工生产中进行各种物理变化和化学反应广泛使用的设备，在反应装置中占有重要地位。在塑料、化纤、合成橡胶三大合成材料生产中，釜式反应器的数量约占合成生产反应器总

3、量的90％以上。此外，在制药、油漆、燃料、农药等行业中，也大量使用⋯。由于在实际生产过程中的广泛应用和重要性，釜式反应器的自动控制一直受到控制领域专业技术人员的关注。反应器中物料反应通常要求一定的转化率和聚合深度，一般用相应的温度来表征，因此釜式反应器系统中最重要的参数是反应温度旧-，系统温度控制的品质直接影响产品质量和产量。釜式反应器的温度控制通常采用串级一前馈控制方法、PID控制算法。但是采用PID控制算法的系统跟随能力和抗干扰能力不能兼顾。加大控制作用可以减小系统偏差，系统跟随能力提高，但

4、是系统抗干扰能力降低；同理为了保证系统抗干扰能力而限制控制作用，系统跟随能力就会降低。究其原因积分作用对偏差具有记忆能力，但是常规PID控制中的积分作用不加选择地记忆了偏差的所有信息(包含了不利的信息)，故除去积分作用中的不利信息能够提高系统的性能。仿人积分控制∞一1应运而生。2仿人积分控制常规PID控制算法公式如下所示：Ⅱ(t)=古(e(I)+告卜(t)dr+％掣)式中积分作用对所有偏差同等对待，没有选择性；且只要偏差存在，控制器就一直进行积分，容易造成“积分饱和”。造成这种积分控制效果不佳的

5、原因在于控制器没有很好体现有经验的操作人员的控制决策思想。如图1(b)所示，在(口，b)、(c，d)、U，g)等区间，积分控制作用和所期望的控制作用相反。正确的控制策略应该是产生一个与偏差e相反的控制作用，尽快减少偏差。而常规积分控制在这些区间却增加了一个与e同向的控制作用，使e}增大，积分作用对系统的有效控制帮了倒忙。原因是在(0，口)区间的积分结果很难被抵消而导致积分控制作用在以上区间与e同向，结果导致系统偏差不能迅速降低而出现较大的超调，使系统动态性能变差，过渡过程时间变长。i(#)(b)

6、f。／‘t．＼Jf图l常规积分曲线(b)、仿人积分控制曲线(c)以及保持型仿人PID积分曲线(d)比较收稿日期：2010-06-21(修改稿)·36·化工自动化及仪表第37卷为了克服常规积分控制作用的不足，采用如图l(c)所示仿人积分控制算法，即只在(口，b)、(c，d)、盯，g)等区间对偏差e进行积分，使控制量减小，尽快降低偏差。而在(0，D)、(b，c)、(d∽等区间取消积分作用，有利于系统借助于惯性向稳态过渡。但是笔者研究发现，仿人积分控制也存在不足：(1)系统在(0，口)段只有比例作用(

7、或和微分作用)没有积分作用，如果比例增益选择不当就可能导致系统输出值没有达到设定值就开始衰减，积分作用消除余差能力不足；(2)积分作用在(口，b)、(c，d)、U，g)等区间增大，但是在(b，c)、(d∽、(g，^)等曲间突然减小到0，没有记忆前段时间的积分值，可能导致控制作用频繁突变，系统不稳定。3保持型仿人PID控制算法及其参数整定方法3．1保持型仿人PID控制算法介绍针对仿人积分控制算法的不足做出改进，为了和其他仿人智能控制算法相区别，命名为保持型仿人PID控制算法(RetentiveHu

8、man—simulatedPIDControlAlgorithm)。即常规PID控制算法中的积分作用依照下述分段存在：(1)当e·e≥0时：积分i(t)=Kledt；J(2)当e·e<0时，保持前段时间积分终值。如图1(d)所示为保持型仿人PID控制算法中的积分曲线。在(a，b)、(c，d)、(六g)等区间对偏差进行积分，这种积分作用能够为控制作用及时提供正确的附加控制量，有效地抑制系统偏差的增加；在(0，口)、(b，c)、(d∽、(g，h)等区间进行积分保持，记忆之前积分中的有利部分，有效地消