精密水浴恒溫系統的建模及控制

楊學義，魯元昊，李思超，胡坤，艾學忠

（吉林化工學院 信息與控制工程學院，微機測控裝置與系統研究室，吉林吉林，132000）

水浴鍋、電熱套筒加熱等是普遍的控溫裝置，尤其水浴鍋，在化學是實驗室、化工生產過程中應用十分廣泛，其控制對象精確程度將會影響工業產品的質量，怎樣使控制對象快速達到預期狀態，是我們研究的重點。針對溫度控制的精度和魯棒性研究問題，國內外學者展開大量研究。文獻[1]采用Delta V 控制算法對加熱爐進行控制，雖然操作簡單，但是控制精度不太理想。文獻[2]采用改進蟻群算法來確定PID 的最優值，但是系統在加熱過程中加熱對象達到期望溫度時間較長，且系統實時性不夠好。文獻[3]采用改進粒子群算法控制加熱爐，控制效果不錯，但是該算法容易陷入局部最優，使迭代出來的參數不是最優，文獻[4]采用PI 自整定參數調節控制系統的溫度，該方法大多依賴于工程師的經驗，該算法僅對于某種特定的控制系統有效，文獻[5] 增量式 PID 控制器控制發動機的溫度，該方法在最佳性能下對應的溫度不是定值，存在一定的差異；文獻[6]采用基于模糊PID 減小了爐溫波動，通過Simulink 仿真來模擬實際溫度，目前仍存在被控對象數學模型與實際存在偏差，文獻[7]提出了粒子群優化串級PID 來控制水浴鍋的溫度，可以快速、穩定控制溫度，但是串級控制過程對每個鍋溫度控制比較復雜。文獻[8]采用Smith-模糊PID 控制器用于橡膠擠出機料筒溫度控制，Smith 預估控制可以提前補償溫度滯后現象，文獻[9]提出了一種全階狀態觀測器來控制加熱爐溫度，上述論文提供了極大的參考價值。……