计算机控制论文.docx

积分分离PID 控制算法在锅炉控制系统中的应用姓名：章鸿翔南京信息工程大学信息与控制学院电气工程系，南京 210044摘要：针对锅炉温度控制系统，采用积分分离PID控制算法，进行了Matlab的仿真。仿真结果表明，采用积分分离方法控制效果较普通PID 控制方法有很大的改进。关键词： PID 控制; 积分分离PID 控制算法; Matlab1 引言在锅炉温度控制系统中对系统分析可将其近似认为是一带有纯滞后的一阶惯性环节, 对其控制采用的是一般PID 控制。在使用中发现当系统开工、停工或大幅度升降给定值时, 短时间内产生很大偏差, 锅炉温度控制的PID 控制方法在积分控制器的作用下会产生强烈的控制信号, 受系统纯滞后的影响, 使过渡过程出现大的超调和振荡。这对要求恒定温度烘焙的物件将产生不良影响。本文针对这一问题提出了一种积分分离PID 控制方法, 用于炉温的控制, 实现了无超调控制。2 积分分离PID算法在普通PID 控制中引入积分环节的目的, 主要是为了消除系统的静态误差, 提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅度增减设定时, 短时间内系统输出会产生很大的偏差, 造成PID 运算的积分累积, 致使控制量超过系统执行机构可能允许的最大动作范围, 造成系统短时控制失效, 引起系统较大的超调, 甚至引起系统较大的振荡, 这是在生产过程中绝对不允许的。积分分离控制算法的基本思路是: 当被控制量与系统设定值偏差较大时, 取消积分作用, 避免由于积分作用使系统稳定性下降, 超调量增加; 当被控量接近设定值时, 引入积分控制, 以消除系统静差, 提高系统控制精度。具体实现步骤如下:( 1) 根据系统实际情况, 设定阈值E 0。( 2) 当系统&er r or ( k) & E时, 采用PD 控制, 可避免系统产生过大的超调, 又使系统有较快的响应。( 3) 当系统&er ror ( k) & E时, 采样PID 控制, 以保证系统的控制精度。积分分离控制算法表示为式中, T 为采样时间, B为积分项得开关系数根据积分分离PID 控制算法得到系统算法程序框图,如下所示。3 系统仿真分析将炉温控制系统进行分析, 建立数学模型, 电阻炉近似为一个一阶的纯滞后系统, 其传递函数为: （3）采样时间为20s, 系统延迟时间为4 个采样周期, 即80s, 被控对象离散化为y ( k) = - den ( 2) y ( k - 1) + num( 2) u( k - 5) ( 4)在系统运行过程中, 取M= 1, 采用积分分离PID 控制器进行阶跃响应, 对积分分离式PID 控制算法进行改进, 采样分段积分分离方式, 即根据误差绝对值的不同, 采用不同的积分强度。仿真中指令信号为rin( k) = 40, 控制器输出限制在 - 110, + 110 , 其阶跃式跟踪曲线如图2 所示。图1：积分分离式PID阶跃跟踪（M=1）当M= 2, 采用普通PID 控制方法, 其阶跃跟踪曲线如下图 所示。图2：采用普通PID阶跃跟踪（M=2）4分析图1的竖轴是从25-55，而图2的竖轴是从0-40，所以两个图从形状上看起来有差异，但是实际上它们最终都趋向于40。将上述两个图进行比较：横轴TIMES为500时，图1的波动要明显小于图2，而横轴TIMES为1100时，图1中的曲线已经接近于0，但图2中的曲线仍然存在较大偏差。总得来说，图1完成控制的速度要比图2快。5 结论根据对炉温控制系统的阶跃仿真曲线的分析, 可以看到, 采用积分分离方法控制效果较普通PID 控制方法有很大的改进, 采用积分分离PID控制算法, 系统实现了无超调控制保证器件, 不会因为过热对试验产生不好的影响。系统试验中, 如果选择炉温控制数学模型合适, 适当调节kp , 可提高系统响应速度, 另外通过调整开关系数B可以改善系统控制效果。参考文献：1刘金琨. 先进PID控制及其MATLAB仿真M. 北京：电子工业出版社, 2009.2. 曹 敏, 徐凌桦, 李捍东 积分分离的单神经元PID控制算法及其研究 J.系