基于改進型PID控制算法實現對反應釜溫度的精確控制

摘 要：從改進型PID控制算法在當前工業自動化領域的發展趨勢與應用前景入手，介紹了改進型PID相比于常規PID在控制算法上的升級改進，闡述了改進型PID控制算法在工業反應釜控制領域的廣泛應用前景，提出了一種基于反應釜溫度控制的PID控制算法。

關鍵詞：改進型PID；控制算法；反應釜溫度控制

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

1 概述

傳統的PID控制只能用在普通的工業領域，當生產條件惡劣，反應條件復雜，介質多變時，傳統PID控制往往存在精度不高，可控性較差的問題。在工業高溫反應釜等特殊化工領域，高精度溫控系統在反應釜溫度控制中占有相當重要的地位，在反應釜燃燒及流體深加工過程中，對反應釜內的溫度控制提出了極高要求，受不同流體種類、濃度的影響，反應釜中會有劇烈的吸熱、放熱過程，反應釜中溫度的巨變不利于流體的加工燒制，傳統PID控制算法很難達到溫度的精確控制。流體加工過程中需要按照特定工藝實現溫度的精確控制，因此開發先進的PID控制算法實現對反應釜溫度的精確控制具有極高的意義。

2 系統架構

本PID控制系統針對反應釜高溫系統的特點以及行業標準，控制系統在硬件選型以及軟件設計方面做了詳細的論證與研究。

在控制系統硬件選型方面：生產線外圍設備控制均選用西門子、施耐德等品牌的成熟產品，下位控制主站采用西門子 PLC，分站選用ET200M系列，相關模擬量信號進行了就近采集，保證了采集精度，方便控制；上位控制采用西門子WINCC上位組態軟件，電腦選用研華特殊系列工業電腦，保證系統在高溫環境下的可靠、穩定運行。

在控制系統軟件設計方面：系統溫度的數據采集與控制，在選用專用采集模塊以及可靠補償導線的基礎上，通過計算溫度在不同階段的偏差值，對采集溫度進行實時修正補償，保證采集數據的準確可靠；系統流量控制根據現場控制曲線特點選用等百分比流量特性調節閥與流量反饋的流量計組成閉環系統的同時，在程序內部又引入了改進型的PID控制算法，實際符合反應釜溫控曲線的溫度調節功能塊，進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系，達到了對反應釜溫度的精確控制。

3 應用分析

傳統PID控制是一種基于過程參數的控制算法。傳統PID控制相對簡單，其以被控對象的精確穩定的數學模型為基礎。但反應釜系統具有流體種類多元化，濃度不定等特點，導致其溫度不能建立準確的數學模型。溫度時變性較大，傳統PID調節過程中存在超調量很大，振蕩劇烈，滯后嚴重等問題。傳統PID在反應釜溫控系統中不能建立精確的數學模型，無法達到對反應釜要求溫度的準確控制。

在改進式PID控制中，通過前后2次輸出差值的計算達到精確控制。其執行的是對偏差值的輸出控制。首先我們得到采樣時刻K的控制輸出值，由式（1.1）計算得出：

化簡后由上式可以推出系統首先要選取合適的采樣周期T，保證采樣頻率大于2倍以上的信號頻率。根據反應釜高溫系統的特點選取A、B、C合適的PID調節參數，取前后三次誤差值的平均，通過A、B、C參數調節達到穩定的調節狀態。

傳統PID和改進式PID對反應釜高溫系統調節曲線如圖，傳統型PID在超調、振蕩方面存在明顯不足，改進型PID在穩定性方面具有明顯優勢。

4 結束語

綜上所述，改進型PID在反應釜高溫系統調節方面具有超調小，振蕩小，滯后性小，穩定性好等特點，在相關工藝生產中依據實際情況調節好A，B，C參數，選擇合適的采樣頻率，同時在硬件選型方面采取合理配置，大大增強了系統的穩定性。

參考文獻：

[1]婁磊，楊逢瑜，王順，王其磊，陳君輝.模糊PID控制在電液伺服系統中的應用[J].液壓與氣動，2009（07）：52-54.

[2]姜建芳.西門子S7-300/400PLC工程應用技術[M].北京：機械工業出版社，2005.

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