淺談PID控制在復烤機回潮段溫度控制中的應用

黃勝勝

摘要：在各種工業控制器中，PID控制器以其簡單而有效的特點占據主要的位置。在實際應用中，如何得到更優的PID控制器參數一直是一個比較復雜的問題。針對我廠復烤機回潮段的溫度PID控制參數整定不合理，使得溫度響應時間長，控制精度低的問題，利用臨界比例法對PID參數進行再整定，實現了對回潮區溫度的穩定控制。

關鍵詞：回潮區；PID控制；臨界比例法

0、引言

煙葉復烤機主要用途是對打葉分離之后的煙葉片進行復烤處理，使葉片的水分、溫度達到規定的工藝技術指標。煙葉復烤機按工藝特點主要分干燥段、冷卻段和回潮段。其中回潮段工藝介質的過程控制，是保證烤后葉片水分均勻性和溫度達到指標。目前回潮區的溫度控制方式均采用傳統的PID進行控制。

1、回潮段溫度PID控制原理

PID控制是最早發展起來的控制策略之一，由于其算法簡單及可靠性高，被廣泛應用予過程控制和運動控制中。PID控制在實際中可分為PI控制和PID控制，回潮段溫度控制采用的是PI控制，其基本原理是將設定溫度與溫度檢測實際溫度的偏差的比例（P）、積分（I）通過線性組合構成控制量，對蒸汽閥門進行控制，如圖1所示。

圖1 PID控制原理

在PID調節參數中，比例系數增大，會使調節閥的動作靈敏，運行速度加快。缺點是存在靜差。在系統穩定的情況下，增大比例值，有利于減小穩態誤差，提高控制精度。但隨著比例增大，系統響應過程中的振蕩次數會增多，調節時間加長。當比例值太大時，系統將趨于不穩定；若太小，會減低系統的響應速度。引入積分的目的是為了消除靜差，提高精度。但積分時間太小，在過程的啟動、結束或大幅度增減設定值時，短時間內系統輸出有很大的偏差，會造成PID運算的積分積累，致使控制量超出極限控制量，最終引起系統較大的超調，甚至造成系統振蕩。積分時間太大時，積分作用對系統的性能影響減小，不利于消除系統穩態誤差，難以獲得較高的控制精度。所以PID溫度控制過程需要進行參數整定，使得由控制對象、控制器等組成的控制回路的動態特性滿足期望的指標要求，達到理想的控制目標。

2、PID參數的整定

1、PID參數的整定方法

PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類，理論計算整定法與工程整定法。理論計算整定法，它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。

PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：

（1）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；

（2）僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；

（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。

2、PID參數的整定

以回潮一區為例，原來的P、I值分別為2.5和200S，溫度控制響應時間超過5分鐘，控制精度在±2.0℃，不符合工藝指標。利用臨界比例法進行PID參數整定得到下表，再根據積分拐點計算與生產驗證最終得到P為1.8，I值為65s，此時溫度控制的響應時間為3分鐘，控制精度為±1.0℃。

3、結論

PID控制器參數整定方法的不斷發展，要求我們能夠充分并盡可能少地利用系統的己知信息，得到控制效果更佳的PID控制器參數，本文從介紹回潮區溫度PID控制出發，利用臨界比例法結合趨勢圖進行PID參數的整定。生產實踐表明，利用臨界比例法重新整定參數后，回潮區的溫度控制動態特性滿足工藝要求，具有較強的實用性和可操作性。

參考文獻：

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[2]薛弘曄.計算機控制技術[M].西安電子科技大學出版社，2014.