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行業(yè)資訊
工業(yè)電爐溫度控制系統(tǒng)中數(shù)字改進PID算法的介紹
簡 介：本文簡單分析了工業(yè)電爐溫度控制系統(tǒng)和簡單原來，利用基礎(chǔ)PID算法，提出一種改進PID算法，達到較好的控制效果。
PID控制由于原來簡單、穩(wěn)定可靠等特點在工業(yè)控制過程中得到普遍的應(yīng)用。但是在工業(yè)電爐的控制中，由于工業(yè)電爐屬于非線性、時變大、大滯后的特點，傳熱比較復(fù)雜，所以常規(guī)PID難以對工業(yè)電爐進行精確穩(wěn)定的控制。所以實際的工業(yè)電爐控制場合逐漸引入更先進的控制策略，以提高控制質(zhì)量。
數(shù)字PID算法的控制原理
電阻爐采用可控硅溫度控制器，溫度測量與控制系統(tǒng)中，實際爐內(nèi)溫度在熱電偶的監(jiān)測下，由溫度變送器轉(zhuǎn)換為0～5V的電壓信號，計算機系統(tǒng)采集溫度信號后，與設(shè)定的溫度進行比較計算，計算出溫度誤差和變化率，然后通過PID溫度調(diào)節(jié)器用自調(diào)節(jié)控制算法求出控制輸出量(0～10mA或者4～20mA)。該輸出量經(jīng)過轉(zhuǎn)換后輸送到可控硅調(diào)壓器的輸入端，改變可控硅控制器的導(dǎo)通角。導(dǎo)通角與輸入到電阻爐兩端的交流電壓值成正比關(guān)系，與電阻爐的輸入功率也成正比關(guān)系，當(dāng)爐溫保持在設(shè)定的爐內(nèi)溫度時，可控硅保持當(dāng)前的導(dǎo)通角不變，電阻爐保持當(dāng)前的輸入功率不變，這樣可以保證爐內(nèi)實際溫度不變。
PID控制由比例單元P、積分單元I、微分單元D組成。在一般的控制情況下，PID控制并不一定需要比例積分微分三個單元同時控制，可以取其中的一到兩個單元，但是比例單元是不可缺少的一個控制單元。在計算機控制系統(tǒng)中，PID控制的靈活性很大，于是針對如上對積分項進行改進，產(chǎn)生了先進算法，改善了系統(tǒng)品質(zhì)，滿足復(fù)雜系統(tǒng)控制的需要。
在基礎(chǔ)PID控制理論中，積分項系數(shù)為常數(shù)，這樣在系統(tǒng)整個的電爐控制被控量趨于設(shè)定值的時間里，積分項累加的增量是不變的。而考慮到控制的穩(wěn)定性，系統(tǒng)對積分項有著特定的要求，系統(tǒng)積分作用的強弱應(yīng)該和系統(tǒng)偏差的大小成反比關(guān)系。
如果積分系數(shù)過大會產(chǎn)生反面的效果，較大的超調(diào)量隨之產(chǎn)生，嚴(yán)重的話還可能產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，如果取值過小，系統(tǒng)又不能短時間消除靜差。因此如何保證積分累加的速度根據(jù)系統(tǒng)偏差情況的改變而改變，對于提高控制質(zhì)量和系統(tǒng)品質(zhì)是具有不可或缺的研究意義。由此變速積分PID算法應(yīng)運而生。
變速積分PID控制算法的基本思路為：通過某種算法，使得系統(tǒng)積分項的累加速度成反比于系統(tǒng)偏差的大小。偏差越小，積分越快；偏差越大，積分越慢。由仿真結(jié)果可以
看出，變速積分與積分分離是兩種類似的PID控制算法，但是他們的調(diào)節(jié)方式不一樣，前者是緩慢控制積分項變化，后者則直接控制積分項的有無，類似于“開關(guān)”控制。
由工業(yè)電爐溫度控制的仿真結(jié)果可以得出，變速積分PID算法采用比例控制消除大的誤差，采用積分控制消除小的誤差，這樣就可徹底的消除積分分離現(xiàn)象，很容易的整定各個參數(shù)，縮短了調(diào)節(jié)時問，減小了******超調(diào)量和振蕩次數(shù)。因此，在工業(yè)電爐溫度控制系統(tǒng)中，變速積分PID控制算法比其他的算法具有更好的控制性能，更適合處理復(fù)雜多變的溫控系統(tǒng)。
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