智能PID调节器的设计及其应用探讨陈杰

智能PID调节器的设计及其应用探讨陈杰

陈杰曹蓉

(兰州石化电仪事业部)

摘要：在智能化技术不断发展的背景下，常规PID调节器已经无法满足智能化生产控制要求。基于此，本文对智能PID调节器的设计问题展开了分析，提出将PID调节器与专家系统结合在一起，采用离散增量型算法实现调节器参数有效整定。从调节器应用效果来看，能够系统超调量为1%，过渡过长时间为6.15min，能够满足工业控制要求。

关键词：智能PID调节器；专家系统；离散增量型算法

引言：在现代工业生产中，控制系统需要克服各种扰动，并结合控制对象参数变化完成整定，保证调节系统输出响应正常，从而取得较好控制效果。因此，还应完成智能PID调节器的设计与应用研究，以便提出有效的控制方法。

1智能PID调节器的设计分析

1.1设计思路

常规PID调节器在应用过程中，在完成给定值和测量值比较后，需要结合偏差给出控制作用，需要对调节器上的微分、积分和比例三个电位器进行调整。在多级控制网络中，需要实现PID控制算式的离散化处理，采用位置型PID控制算法，使调节器输出值与控制阀开度对应。然而在控制品质上，在很大程度上取决于参数整定效果，在控制对象存在时变性、非线性和不确定性时，难以获得较好控制特性。为解决这一问题，需要实现智能PID调节器的设计，将PID控制技术与智能控制技术结合在一起，结合PID控制规律实现PID参数的自动化修正，从而取得良好PID控制效果。考虑到工业生产对象特征多具有时变、分布等参数特性，需要实现受控对象集中参数处理，所以需要采用专家智能控制技术完成精确数字模型的建立，能够根据被控对象阶跃响应特性和科恩—库恩公式进行特征参数求取，然后通过专家系统完成PID参数的自动整定。在参数自整定上，采用连续PID调节器离散增量型算法，根据PID控制知识和可控率大小对调节器参数进行整定。

1.2设计方法

结合上述思路，需要将整定比例系数Kp为主进行调节器参数整定，其将对调节器响应速度产生影响，在系数越大时，响应越快。但系数过大，将导致超调、振荡等问题的发生，造成系统不稳，因此需要结合控制率大小进行积分时间和微分时间的调配。积分时间T1能够用于反应积分速度，数值越大积分越慢，难以发挥积分作用，造成调节器过渡时间过长，无法达到稳定。但积分作用过强，将导致动态性能变差。利用微分增益，能够对调节器动态特性间改善，适当增大微分控制作用能够使超调问题得到改善。可控制率α为纯滞后时间与对象时间的常数比值，越小说明对象容易被控制，通常不超过1。结合可控率参数，可以使Kp按照α由小向大变化，使系数逐渐减小，在保证系统稳定性的同时，提高动态响应速度。使T1按照α由小向大变化，能够使其增大，减小积分增益，保证稳态精度。按照同样方式对微分时间TD进行调整，能够使其逐步增大，使系统动态特性得到改善。使用MCS-51单片机完成数据处理，能够实现专家系统整定规则转换。Kp=K1Kpo根据公式（1），可以得到整定比例系数，K为对象静态增益，K1可以通过查表获得。在PID控制中，采样周期通常选择（0.1-0.4）τ，τ为控制对象纯滞后。利用单片机对被控对象特征参数间测量，则能实现调节器参数整定。经过计算机仿真分析，能够确定最佳设定值，因此能够保证控制系统安全可靠运行。

2智能PID调节器的应用探讨

2.1应用分析

某火电厂主汽温调节对象为大惯性热工对象，具有较高阶次，调节系统需要达到较高的性能指标，以便使机组的安全性和经济性得到保证。具体来讲，针对亚临界锅炉，应保证暂态偏差不超过±8℃，稳态偏差不超过±2℃。实际利用设计的智能PID调节器进行参数实时调整，需要分别完成导前区和惰性区的传递函数建立，得到机组在不同特定工况条件下的汽温对喷水扰动的动态特性，然后根据时间常数、对象增益等参数完成拟合分析，取得满意的控制效果。在调节器工作过程中，首先需要完成初始化，然后确定自整定开关是否开启，未开启重新确认，开启后进行被控对象特性参数抽取，然后确认各参数是否正确。将在线测量参数传递至专家系统，在知识库内进行规律搜索，能够做出相应推理决策，完成参数在线更新。确定PID调节参数是否正确，不正确需要重新整定，正确后可以施加控制作用。

2.2应用效果

从应用效果来看，可以得到表1。而在不同负荷状态下，利用调节系统进行调节控制，能够实现调节器参数的及时修正，回路衰减率为0.9，具有较强的克服扰动能力。在温度不断变化的过程中，系统超调量为1%，过渡过长时间为6.15min，能够满足控制要求，因此可以证明PID调节器的有效性。

结论：综上所述，在常规PID调节器基础上引入智能算法，能够实现PID参数的有效整定，满足工业生产中各种对象的控制要求。因此在实践应用过程中，需要结合实际需求完成智能PID调节器的设计，加强调节器与各种智能控制方法的结合，继而使调节系统充分发挥控制作用，达到理想控制效果。

参考文献：

[1]王华荣,常周林,朱集锦.PID控制在水温控制系统控制器中的应用[J].农村经济与科技,2016,27(24):280.

[2]叶青.注塑机电液伺服系统复合控制策略研究及其应用[J].电气传动,2016,46(02):55-59.