PID算法的炉窑温度控制系统实现探讨

1、PID 算法的炉窑温度控制系统实现探讨摘要：在我国的机械、冶金、电子等工业领域中，温 度控制系统有着广泛的应用，且对控制调节器有着极高的要 求，以应对控制滞后、参数多变、工况复杂和运行惯性大等 状况的发生。 本文通过介绍炉窑的温度控制系统、 PID 算法， 并对 PID 算法提出改进及参数调整，使其展现更好的控制性 能，更适合处理复杂多变的温度控制系统。关键词：温度控制系统 PID 算法 炉窑 中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 1007-9416（2015）02-0000-00我国的工业企业从上世纪六十年代开始注重温度控制 问题，通过深入、广泛的研究工作和计算机技术的发展

2、，国 内外的温度控制器得到了很大的改进，提升了性能和可控力， 形成了智能化PID、自适应控制、模糊控制、神经网络控制 等商品化温度调节器。1 炉窑的温度控制系统 炉窑保持窑内温度的主要方法是利用燃料在空气中燃 烧所产生的热量。在实际生产过程当中，不仅要尽量提高燃 烧效率，减少污染，最大限度地控制窑内温度，而且要保证 炉窑工艺运行状态的稳定性。要想实现以上两个质量标准的 要求，就必须合理有效地控制燃烧过程，保证煤气量与空气 量比例配置合理稳定，使燃料充分燃烧，获取最高的热效率 和烟气温度。炉窑的燃烧过程中燃料是主要流量，空气是辅 助流量，且空气量随燃料量变化，这是达到工艺要求的一种 手段，达到工

3、艺要求的其他中间产物指标或生成物和混合物 的质量指标。炉窑的温度是控制系统的被控变量，燃料的流 量是操纵变量。只有保证进窑的空气和燃料比例合适才能维 持正常燃烧，而在实际燃烧情况则要依据炉窑出烟的氧含量 作为判断标准。温度控制系统可以提高热效率，保证煤气充 分燃烧和空气系数合理稳定，为炉窑焙烧提供所需热量。2 炉窑温度控制系统对控制器的要求 当生产过程中的被控变量与设计要求不一致时，可以通 过控制器实现对执行器的控制，改变被控变量属性，使之达 到生产要求，由此可见，控制器是控制系统的核心元件，可 以检测闭环控制系统中被控变量的设定值和变送环节传递 的信息，并通过比较得到偏差值进行运算，将最终输

4、出信号 运作在执行器上。控制器的控制规律严重影响控制质量，其 输出信号随输入信号而变化，是依据人工操作经验的基础总 结模仿而来。比例（P）、积分（I）和微分（D）是控制器的基本控制 规律，因为 PID 控制器结构简单且易于操作，所以如今大多 数炉窑仍使用 PID 控制结构。 PID 基本数字算法包括增量式 和位置式两种，由于基本算法不能满足多数控制系统控制要 求，又出现了多种新型的基于基本 PID 算法的积分分离 PID 算法和不完全微分 PID算法等PID改进算法。位置式PID控制算法和增量式 PID控制算法统称为数字PID控制算法。位置式 PID控制算法的缺点是过去的状态会 影响以后的每一

5、次输出，计算时要对第 n 次采样时刻的输入 偏差量进行累加，加大了计算机运算工作量。而计算机的输 出和执行机构的实际位置相对应，在计算机出现故障时会影 响该次采样时刻的控制器输出值，进而导致执行机构位置的 大幅度变化，所以产生了增量式PID算法。增量式PID控制具有很多优点，自动或手动切换时冲击小，有助于无扰动切 换的实现，且动作错误时影响较小，可使用逻辑判断方法去 除。同时在计算机出现问题时，可以锁存执行装置和输出通 道的信号，使其保存原值，但此算法存在静态误差，积分截 断效应大。 PID 控制使用方便， 其公式具有明确的物理意义， 应用经验丰富完整，且应用范围广适应性极强，对大多数过 程都

6、具有极好的鲁棒性和控制效果。3 PID 控制算法的改进在原有的 PID 控制理论中， 由于积分项系数是常数的原 因，所以当趋于设定值的时间时，系统整个的控制被控量， 其积分项累加的增量并没有变化。但出于对稳定性的考虑， 系统要求积分项所对应的系统积分作用的强弱，要与系统偏差的大小构成反比关系。如果积分系数取值过小的话，系统 在短时间消除静差上又不能起到作用。但若积分系数过大， 则会发生反面效应，随之而来的就是超调量过大，甚至于积 分饱和现象。因此，若是能够保证积分累加的速度，可以随 着系统偏差情况的改变而改变，那么对于提高系统品质以及 控制质量是非常重要的。根据这样的需要，在原有的PID 算法

7、基础上加以改进，产生了变速积分 PID 算法。就现在 PID 参数整定的应用和研究现状来看，日后的实 践和研究重点会转移到单入单出被控对象、多入多出被控对 象、PID控制技术。单入单出控制对象需要增强抗干扰、初 始化和鲁棒性能，采用简单的操作和少量的过程信息整定 PID参数；多入多出被控对象则需对分散继电反馈方法进行 完善，尽量减少先验信息量，方便在线整定多变量 PID参数； 智能 PID 控制技术是结合自整定、自适应和增益计划设定， 具有自动诊断功能。4 PID参数设定PID 控制参数的整定值并不是唯一确定的， 而是在比例、 积分和微分三部分的相互影响、作用之下产生的。在实际应 用上，若是被

8、控对象的主要指标能够满足设计要求，那么就 没有问题。 所以，采用经验法， 也就是通过实际经验来调节、 试凑，调整到恰当的值即可。该方法既简单又可行，而且对 操作者来说还能保证安全，省力省时，对实际过程影响小。正常情况下， 对过程曲线的观察的同时， 作者一般试凑两次， 即可达到理想的状态。5 结语 我国作为使用炉窑最多的国家之一，如何提高温度控制 系统的智能性得到了业内人士的广泛关注。本文在分析窑况 的基础上，介绍了在原有 PID 算法基础上改进而来的变速积 分 PID 算法，以及其在炉窑温度控制系统中的应用中获得的 一系列成果。以上分析对改善成品质量有一定意义，对 PID 算法提出改进及参数调整，使其展现更好的控制性能，更适 合处理复杂多变的温度控制系统，从而可以提高炉窑的工作 效率。参考文献1 伍萍辉，王迎旭，唐勇奇 .基于 LonWorks 现场总线的 回转窑分解炉控制系统设计J.半导体技术，