（化工过程机械专业论文）模糊串级控制在换热器温度控制系统中的应用.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t k 学科分类号 5 3 0 3 1 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 4 l3 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 冯立川学号 2 0 0 4 0 0 0 4 13 获学位专业名称化工过程机械获学位专业代码 0 8 0 7 0 6 课题来源自选研究方向流体机械 论文题目 模糊一串级控制在换热器温度控制系统中的应用 关键词换热器，温度，p i d 控制，模糊控制，串级控制，滞后 论文答辩日期2 0 0 7 年5 月3 0 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师戴凌汉高工北京化工大学化工机械 评阅人1盲评 评阅人2钱才富 教授 北京化工大学化工机械 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席孙腾良高工中国化工装备总公司化工机械 答辩委员1钱才富教授北京化工大学化工机械 答辩委员2徐鸿教授北京化工大学化工机械 答辩委员3范德顺教授北京化工大学化工机械 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在( ( 中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b tl3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中 查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 、l ，一i 北京化工大学硕士论文 模糊串级控制在换热器温度控制系统中的应用 摘要 换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域 和其他过程工业部门。以工业上常用的列管式换热器为例，热流体和 冷流体通过对流热传导达到换热的目的，从而使换热器物料出口温度 满足工业生产的需求。但由于目前制造工艺的限制，控制方式的单一 性，换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，造成能源的浪 费。如何提高换热器的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源 紧张的状况，具有长远的意义。 本文第一部分首先通过对现阶段换热器出口温度控制的特点进 行分析，从而发现了制约控制效果进一步提高的瓶颈，为下一步改善 换热器的控制效果提供了理论依据。本课题所依托的实验设备是北京 化工大学过程设备与控制多功能试验台，要完成换热器过程控制实 验，需要对现有的设备进行必要的安装调试，使之符合实验的要求。 在本文第二部分即给出了过程设备与控制多功能试验台的详细介绍 和调试方案。第三部分根据实验设备、控制流程的特点对换热器温度 控制系统建立数学模型。第四部分中，根据上一章所建立的数学模型， 联系换热器温度控制的特点，给出了相应的控制策略，即带s m i t h 预 估补偿的模糊串级控制方案。主回路采用s m i t h 预估补偿的模糊控制 算法，副回路采用模糊p i d 控制算法，并在理论上验证了其可行性。 第五部分，在过程设备与控制多功能实验台上进行了换热器流量的模 i l l r j，jl 北京化工大学硕士论文 糊p i d 控制实验，并将其应用于换热器出口温度串级控制系统副回 路，进行温度的跟踪实验，对实验结果进行了分析。最后给出了实验 结论。 关键词：换热器，温度，p i d 控制，模糊控制，串级控制，滞后 b 1 7 唪j 甚 北京化工大学硕士论文 a p p l i c a t i o no ff u z z y c a s c a d ec o n t r o li nh e a te x c h a n g e r p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m a bs t r a c t h e a te x c h a n g e r sa r es t a n d a r dc o m p o n e n t si nt h ef i e l do fp o w e r e n g i n e e r i n g ，a n da l s oo t h e rp r o c e s si n d u s t r y t ot a k es h e l la n d t u b eh e a t e x c h a n g e ra sa ne x a m p l e ，t h eh o ta n dc o l df l u i ds e p a r a t e l yf l o wi nt h e t u b e ，s ot h a tt h ee x p o r tt e m p e r a t u r ec a na c h i e v et h en e e d so fi n d u s t r i a l p r o d u c t i o n h o w e v e r ，a st h ec o n t r o lm e t h o da n dt h em a n u f a c t u r el e v e l c o n s t r a i n t s ，t h eh e a te x c h a n g ee f f i c i e n c yi sl o wa n dt h ec o n t r o le f f e c ti s b a d h o wt oi m p r o v et h ee f f e c to ft h eh e a te x c h a n g e rc o n t r o l l i n gh a s l o n g t e r ms i g n i f i c a n c e i nt h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e r ，w ec a r r i e do u tad e t a i l e da n a l y s i so f h e a te x c h a n g e rc o n t r o ls y s t e mc u r r e n t l y ，w h i c hp r o v i d e sat h e o r e t i c a l b a s i sf o rt h en e x ts t e pt oi m p r o v et h ec o n t r o le f f e c to fh e a te x c h a n g e r r & c o 州1 y i 8n e c e s s 哪幻胁晌肌舭础a n c e 帅o c e s s c 眦r 0 1 e q u i p m e n t ，s u c ha st h ed a t ac o l l e c t i o ns y s t e m ，d a t at r a n s m i s s i o ns y s t e m ， a ds y s t e ma n di m p l e m e n t i n ga g e n c i e s a c c o r d i n gt ot h ee q u i p m e n ta n d t h eh e a te x c h a n g e r p r o c e s s c o n t r o l f l o w c h a r t ，i nt h e n e x t p a r t ，w e e s t a b l i s ht h em a t h e m a t i c a lm o d e lt ot h et e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m i n k 1 ， 山 k k 、 f 北京化工大学硕| ：论文 p a r ti v ，b a s i c o nt h em a t h e m a t i c a lm o d e la n dt h ea n a l y s i so ft h e t e m p e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m ，w ed e s i g n t h e c o r r e s p o n d i n g c o n t r o l s t r a t e g i e sw h a ti s af u z z y c a s c a d ec o n t r o lm e t h o d i nt h em a i nl o o pa s m i t h - f u z z yc o n t r o lm e t h o dh a sb e e n i n t r o d u c e da n di nt h ed e p u t y c i r c u i taf u z z y p i dc o n t r o lm e t h o dh a sb e e ng i v e n f i n a l l y ，w et a k et h e t h e o r yi n t op r a c t i c eo nt h ea d v a n c e dp r o c e s sc o n t r o ls y s t e ma n da n a l y s i s t h et e s tr e s u l t k e yw o r d s ：h e a te x c h a n g e r , t e m p e r a t u r e ，p i dc o n t r o l ，f u z z y c o n t r o l ，c a s c a d ec o n t r o l ，t i m ed e l a y 一 p - ， ， 北京化工大学硕上论文 目录 第一章绪论1 1 1 工业过程控制概述1 1 1 1 工业过程控制的特点1 1 2 换热器过程控制概述2 1 2 1 提高换热器控制效果的重要意义2 1 2 2 换热器过程控制现状3 1 2 2 1p i d 控制基本理论3 1 2 2 2 数字p i d 控制4 1 2 2 3 传统p i d 控制的局限性5 1 3 课题来源及主要任务6 1 3 1 课题来源6 1 3 2 课题的主要任务6 第二章实验设备8 2 1 过程设备与控制多功能综合实验台简介8 2 1 1 过程设备与控制多功能综合实验台流程图9 2 1 2 过程设备与控制多功能综合实验台控制台示意图1 0 2 1 3 换热器温度控制实验系统检测参数1 1 2 1 4 主要技术指标1 1 2 2 实验测试与控制系统1 2 2 2 1 数据采集1 2 2 2 1 - 1 流量信号采集1 2 2 2 1 2 温度信号采集1 3 2 2 2 数据处理与传1 4 2 2 2 1p c 6 3 1 1 d 模入模出采集卡概述1 4 2 2 2 2p c 6 3 1 i d 主要技术参数1 5 2 2 2 工作原理1 6 2 2 3 执行机构1 6 北京化工大学硕：卜论文 第三章换热器温度控制系统数学模型1 8 3 1 建模的总体思路b obo 1 8 3 2 换热器模型分析1 9 3 2 1 系统组成1 9 3 2 2 换热器特性分析1 9 3 2 2 1 换热器的静态特性分析1 9 3 2 2 2 换热器的动态特性2 3 3 3 离心泵控制模型2 7 3 3 1 系统组成概述2 7 3 3 2 离心泵的动态特性2 8 第四章换热器过程控制系统分析和控制方案设计3 1 4 1 换热器过程控制系统分析3 1 4 1 1 控制系统方案选取3 1 4 1 2 换热器出口温度串级控制的工作过程3 3 4 2 控制模型的选择3 4 4 2 1 副回路控制模型的选择3 4 4 2 2 主回路控制模型的选择3 5 第五章换热器过程控制实验研究3 6 5 1 实验内容3 6 5 2 换热器流量控制系统实验研究3 6 5 2 1 实验方案预期3 6 5 2 2 模糊控制理论3 6 5 2 2 1 模糊控制概论3 6 5 2 2 2 模糊控制器结构和工作原理3 7 5 2 2 3 基本模糊控制器的设计方法3 9 5 2 3 模糊p i d 控制算法的实现4 4 5 2 3 1 模糊p i d 控制原理图4 4 5 2 3 2 模糊参数自整定原则4 5 5 2 3 3 各变量隶属度函数的确定4 6 i i 北京化工大学硕上论文 5 2 3 4 建立模糊规则表4 7 5 2 3 5 建立模糊规则查询表4 9 5 2 4 实验过程5 l 5 2 4 1 控制流程5 1 5 2 4 2 程序实现5 1 5 2 4 3 实验结果5 2 5 2 5 实验结果分析5 3 5 3 换热器温度串级控制系统实验研究5 4 5 3 1 实验预期5 4 5 3 2s m i t h - f u z z y 串级控制算法实现5 4 5 3 2 1 换热器温度控制系统原理图5 4 5 3 2 2 主回路模糊控制器设计5 5 5 3 2 3 建立模糊规则表5 6 5 3 2 4s m i t h 预估补偿的原理5 7 5 3 2 5s m i t h 预估补偿的实现5 8 5 3 3 实验过程5 9 5 3 3 1 程序控制流程5 9 5 3 3 2 换热器温度控制系统程序实现5 9 5 3 4 实验结果6 0 5 3 4 1s m i t h - 模糊串级控制实验结果6 0 5 3 4 2p i d 串级控制实验结果6 1 5 3 4 3 过程控制性能指标分析6 1 5 3 5 实验结果分析6 2 第六章总结与展望6 3 6 1 全文总结6 3 6 2 实验应用前景展望6 3 参考文献6 5 附录( 程序清单) 6 7 研究成果及发表的学术论文7 0 i i i 北京化工大学硕士论文 致谢7 1 i v 北京化t 大学硕上论文 co n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 。1 1 ii n d u s t r i a lp r o c e s sc o n t r o lo u t l i n e d 。1 1 1 1i n d u s t r i a lp r o c e s sc o n t r o lf e a t u r e s 。l 1 2e x c h a n g e rp r o c e s sc o n t r o lo u t l i n e d 。2 1 2 1s i g n i f i c a n c eo f i n c r e a s i n gh e a te x c h a n g e rc o n t r o le f f e c t 2 1 2 2e x c h a n g e rp r o c e s sc o n t r o ls t a t u s - 。3 1 3s u b j c o ts o u r c e sa n dm a i nt a s k s 。6 1 3 1s o u r c ei s s u e s 。b 1 3 2t h em a i nt a s ko f t o p i c s 。6 c h a p t e r2e q u i p m e n t 8 2 1i n t r o d u c t i o no f p r o c e s sc o n t r o le x p e r i m e n t 。8 2 1 1f l o w c h a r to f p r o c e s sc o n t r o le x p e r i m e n t 。9 2 1 2c o n s o l em a po f p r o c e s sc o n t r o le x p e r i m e n t 1 0 2 1 3t e s tp a r a m e t e r s - 1 1 2 1 4m a i ns p e c i f i c a t i o n s 1 1 2 2e x p e r i m e n t a lt e s ta n dc o n t r o ls y s t e m 1 2 2 2 1s i g n a la c q u i s i t i o n 1 2 2 2 2d a t ap r o c e s s i n g 。1 4 2 2 3i m p l e m e n t i n ga g e n c i e s 。1 6 c h a p t e r 3m a t h e m a t i c a lm o d e l 1 8 3 1m o d e l i n go f t h em a s t e rp l a n 。1 8 3 2 a n a l y s i so f t h ee x c h a n g e r m o d e l 1 9 3 2 1s y s t e mc o m p o n e n t s 1 9 3 2 2e x c h a n g e ra n a l y s i s - 1 9 3 3p u m pc o n t r o lm o d e l 2 7 3 3 1s y s t e m c o m p o n e n t so u t l i n e d - 2 7 v 北京化工大学硕士论文 3 3 2t h ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so f c e n t r i f u g a lp u m p s 2 8 c h a p t e r 4 a n a l y s i sa n dc o n t r o ld e s i g n 。3 1 4 1s y s t e ma n a l y s i s 3 l 4 1 1c o n t r o ls y s t e mp r o g r a m 3 l 4 1 2t h ep r o c e s so f c a s c a d ec o n t r o l - 3 3 4 2c o n t r o lm o d e ls e l e c t i o n - 3 4 4 2 1m o d e lc h o i c eo f v i c e 1 0 0 pc o n t r o l 3 4 4 2 2m o d e lc h o i c eo f m a i n 1 0 0 pc o n t r o l “3 5 c h a p t e r 5e x p e r i m e n t 3 6 5 1e x p e r i m e n tc o n t e n t s 3 6 5 2f l o wc o n t r o le x p e r i m e n t 3 6 5 2 1e x p e r i m e n tr e s u l te x p e c t e d 3 6 5 2 2f u z z yc o n t r o lt h e o r y - 3 6 5 2 3f u z z yp i dc o n t r o l 。4 4 5 2 4e x p e r i m e n t 5 1 5 2 5r e s u l t sa n a l y s i s 5 3 5 3c a s c a d ec o n t r o le x p e r i m e n t 。5 4 5 3 1e x p e r i m e n te x p e c t e d 。- 。5 4 5 3 2s m i t h f u z z yc o n t r o l 。5 4 5 3 3e x p e r i m e n t 5 9 5 3 4r e s u l t 6 0 5 3 5r e s u l t sa n a l y s i s 6 2 c h a p t e r6s u m m a r y a n do u t l o o k 6 3 6 ia g g r e g a t e 6 3 6 2a p p l i c a t i o np r o s p e c t s 6 3 r e f e r e n c e s - - 6 5 v i a p p e n d i x ”6 7 r e s e a r c hr e s u l t sa n dt h ea c a d e m i c 7 0 t h a n l 娼7 1 v i i 北京化工大学硕士论文 1 1 工业过程控制概述 第一章绪论 过程控制通常是指石油、化工、冶金、轻工、建材等工业生产过程中的自 动控制，在国民经济中占有极其重要的地位。常规的过程控制系统是在了解掌握 生产工艺流程及过程动态、静态特性的基础上，根据生产对控制提出的要求，应 用控制理论，针对不同的生产过程进行检测、变换、显示等，配合执行器与控制 阀构成的开环或闭环控制系统。由于工业对象本身所固有的惯性、时间滞后特性 及其动力学特性的内部不确定性和外部环境扰动的不确定性，使很多过程控制问 题复杂化，且随着工业和现代科学技术的发展，生产工艺变得日益复杂，人们对 工业过程总体性能，如控制精度、响应速度、系统稳定性及适应能力的要求也不 断提高。这表明，人们从系统对象所能获得的知识信息量正相对减少，而对控制 性能的要求却日益高度化l lj 。 正如z a d e h 教授指出的：“当一个系统复杂性增大时，人们能使它精确化的 能力将降低，当达到一定的阈值时，复杂性和精确性将互相排斥”( 即“不相容 原理”) 。在这种情况下，要想精确地描述复杂对象与系统的物理现象和运动状 态是十分困难的，因而传统的建立在对象精确模型上的控制方法往往难以满足闭 环优化控制的要求。如何以经济、有效的方式提高过程控制的质量，有着很重要 的现实意义。 1 1 1 工业过程控制的特点 通常来说，工业过程的复杂性及控制的困难性表现在以下几个方面： ( 1 ) 过程的不确定性。在传统的控制理论中，过程控制系统的设计、调节 器参数的整定都是以被控过程的数学模型为依据的，其建模的方法通常有机理建 模和实验建模两种。由于人类的认识能力有限，且工业现场普遍存在着各种各样 的干扰，许多过程复杂的物理和化学变化使得人们难以完全从机理上揭示其内在 规律；另一方面，过程中还存在着不可预知输入，即对输出产生影响的，在重复 试验中无法重复的干扰。这两种不确定性普遍存在于工业过程中，使得很多对象 难以建模。 ( 2 ) 过程的非线性。严格地说，所有的工业过程都存在非线性，只是非线 性的程度不同而己。当系统的非线性不是很严重时，可用线性系统来近似，这在 工程上是可以接受的。但是对于存在严重非线性环节的系统，采用线性化的处理 北京化工大学硕：t 论文 方法常会产生很大的偏差，甚至会得出完全相反的结论。线性系统的分析设计有 着比较完善和系统的理论方法，而非线性系统的研究虽然取得了一些新成果，但 非线性理论远非完善，有很多问题尚待研究【2 】。 ( 3 ) 过程的时滞特性。在大多数过程控制系统中，不同程度地存在着时间 滞后的工艺过程【3 l ，包括纯滞后与容量滞后。时滞的存在给系统的稳定性带来了 不利的影响，调节作用的不及时会导致调节系统的动态品质变差，甚至出现发散 振荡。因而时滞对象被认为是最难控制的对象之一。从5 0 年代末以来，在时滞 控制方面先后出现了基于模型的方法( 如s m i t h 预估控制、最优控制、滑模变结 构控制等) 和无模型的方法两大类，然而对于时滞系统的模型不确定性和干扰的 不可知性，非参数模型显得更为有效，开发与设计出各种智能控制方法或以不同 的方式结合在一起，将是解决工业大时滞过程的有效途径【4 l 。 ( 4 ) 过程的多变量及强耦合特性。几乎在所有的工业过程中，都包含了较多 的过程变量，而且这些变量之间又常以各种形式相互关联着，任何一个变量的变 化往往可能引起其他的变量发生变化，使系统的控制难以达到满意的指标。目前， 许多单变量控制系统所以能正常工作，是因为在某些情况下变量之间的耦合程度 不高。在变量间的关联比较紧密的情况下，不能简单地将系统分为若干个单变量 系统进行分析和设计，否则不但得不至i - ，4 ，意的控制效果，甚至得不到稳定的控制 过程。 大部分工业过程还具有一些其他的特性，如时变性、缓慢性、间歇性、过程 约束的多样性以及状态的不完全性等。所以，如何在工业过程具有复杂特性的情 况下，找到合理、有效的控制方式解决过程控制的难题，是非常重要的。 1 2 换热器过程控制概述 1 2 1 提高换热器控制效果的重要意义 随着工业的迅速发展，能量消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性 的问题。近几年来，我国在节能方面虽然已取得很大的成绩，但能源的供应矛盾 依然十分尖锐。我国的能源利用率很低，只有2 8 左右，还不到日本的一半( 日 本达到5 7 ) 比西欧的4 0 也低的多1 5 1 。由此可见，我国在节能方面存在着很 大的潜力。 换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两个方面：一是在生 产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器的效率，显然可以减少能源 的消耗，同时，提高换热器的控制效果，也可以充分满足工业生产对于温度的需 1 2 2 换热器过程控制现状 目前，换热器的过程控制仍多采用传统的p i d 控制算法，对于被控对象、 控制变量，执行机构的选择，则根据实际工业生产工艺的要求确定。p i d 控制因 为其算法简单，参数调整方便，并且有一定的控制精度，因此，它已成为当今最 为普遍采用的控制算法。但p i d 控制算法也有它的局限性和不足，p i d 算法只有 在系统模型参数为非时变得情况下，才能取得理想的效果。当模型参数时变时， 系统得性能会变差，甚至不稳定。以本实验为例，以换热器出口温度作为被控变 量，冷流体流量作为控制变量，构成控制系统。由于以下对换热器p i d 控制过 程进行分析。 1 2 ：2 1pid 控制基本理论 p i d 调节又叫p i d 控制，是比例( p r o p o r t i o n a l ) 积分( i n t e g r a l ) 微分 ( d i f f e r e n t i a l ) 调节器的简称。在自动控制的发展过程中，p i d 调节是历史最悠 久的、控制性能最强的基本调节方式。p i d 调节原理简单、易于整定、使用方 便；p i d 调节可用于补偿系统使之达到大多数品质指标的要求。直到目前为止， p i d 调节仍然是最广泛应用的基本控制方式。 在p i d 调节作用下，对误差信号8 0 ) 分别进行了比例、积分、微分运算， 三个作用分量之和作为控制信号输出给被控对象。 p i d 调节器的微分方程数学模型为： 荆以卜+ 毒，e ( t ) + t o 铡 m 2 ， 其中：“( f ) p i d 调节器的输出信号 k p 放大倍数 乃积分时间常数 靠微分时间常数 北京化工大学硕士论文 e o ) 设定值与测量值的偏差信号 式中：p ( ，) = ，( ，) 一c ( ，) ，其中厂( ，) 是系统的设定信号，c ( t ) 是被控量的测量 值。式( 1 - 2 ) 也常写成( 1 - 3 ) 的形式： 荆鸣 e ( t ) + k ip 刳 m 3 ， 式中：k p 为比例增益，k ，为积分增益，k d 为微分增益。 1 2 2 2 数字pid 控制 由于计算机技术的发展，数字p i d 控制器的应用也越来越广泛，逐渐的将取 代传统的模拟p i d 控制器。数字p i d 控制算法通常分为位置式p i d 控制算法和增量 式p i d 控制算法。 由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制 量，因此式( 卜2 ) 中的积分和微分不能直接使用，需要进行离散化处理。设采样 周期为t ，按模拟p i d 控制算法的算式，以一系列的采样时刻点k t 代替连续时间t ， 以和式代替积分，以增量代替微分，采样周期t 必须足够短，上述离散过程才 能保证有足够的精度。离散后的数字p i d 算法可表示为： 甜( k t ) = 勋扣) + 寺扣聃铷忉叫肌列 ( 1 - 4 ， 为了书写方便，将e ( k t ) 简化表示为e ( k ) 等，即省去采样周期t 。 m ) = 徘+ 莠扣) + 和炉m - 1 ) 】) ( 1 - 5 ) 式中：k p 、t i 、t d 分别为比例系数、积分时间常数和微分时间常数； t 采样周期； 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 次采样时刻输入的偏差值； e ( k 一1 ) 第( k 一1 ) 次采样时刻输入的偏差值。 由于控制器的输出u ( k ) 直接去控制执行机构( 如阀门) ，u ( k ) 的值和执行机构 的位置( 如阀门开度) 是一一对应的，所以通常( 1 - 4 ) 或( 1 - 5 ) 称为位置式p i d 控制 4 北京化t 人学硕：l ：论文 算法。这种算法的缺点是，由于全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关， 计算时要对p ) 进行累加，计算机运算的工作量大。而且，因为计算机的输出对 应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u ( k ) 的大幅度变化，会引起执 行机构的位置的大幅度变化，这种情况往往是生产实践中不允许的，在某些场合， 还可能造成重大的生产事故，因而产生了增量式p i d 算法。由( 卜5 ) 式根据递推 原理可得： “c 七一，：尺 e ( k - 1 ) + 莠蓑p c ，+ 了t dc e c 七一t ，一p c 七一2 ，) 卜6 用式( 卜4 ) 减去( 卜5 ) ，可得： “( 助：印 窖( 七) 一窖( 七 “( 助= 印 窖( 七) 一窖( 七) + 磊窖( 七) + 号 窖( 助一2 p ( 七一1 ) + p ( 七一2 ) 式( 1 - 6 ) 称为增量式p i d 控制算法。 可以看出，由于一般计算机控制系统采用恒定的采样周期t ，一旦确定了k p ， z 和乃，只要使用前后三次测量值的偏差，即可由( 卜7 ) 求出控制增量。采用增 量式算法时，计算机输出的控制增量“坼) 对应的是本次执行机构位置( 如阀门开 度) 的增量。对应阀门实际位置的控制量，可通过下式计算出来 “( 七) = 材( 七一1 ) + a u ( k ) ( 1 8 ) 增量式控制虽然只是在算法上作了一点改进，但却带来了不少优点： ( 1 ) 由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方 法去除。 ( 2 ) 手动自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外，当计算机发生 故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故依然能保持原值。 ( 3 ) 算式中不需要累加，控制增量甜妣) 的确定仅与最近三次的采样值有关， 所以较容易通过加权处理而获得较好的控制效果【7 1 。 1 2 2 3 传统p i d 控制的局限性 p i d 控制算法因为其算法简单，参数调整方便，并且有一定的控制精度，因 此它已成为当前最为普遍的控制算法。但是也有它的局限性和不足，由于p i d 算法只有在系统模型参数为非时变的情况下才能获得理想的效果。当一个调好参 数的p i d 控制器被应用到模型参数时变系统时，系统的性能会变差，甚至不稳 定。另外，在对p i d 参数进行整定的过程中，p i d 参数的整定值是具有一定局域 性的优化值，而不是全局性的最优值，因此这种控制作用无法从根本上结决动态 5 北京化工大学硕士论文 品质和稳态精度的矛盾哺】。 对于本文所涉及的换热器温度控制系统而言，由于控制过程受加热炉的启 停，冷、热流体的流量、温度，热传导速率等诸多因素的影响导致控制系统作用 不及时，反应迟钝、最大偏差大、过渡时间长、抗干扰能力差、控制精度低，是 一个典型的大时滞、参数时变系统。经过大量的工程经验和实验证实，传统p i d 控制难以达到理想的控制效果。因此，对现有的控制算法进行优化，或者找到一