化工行業電氣儀表溫度參數的自整定方法

申軍祥

（山西省陽煤集團平定化工有限責任公司,山西 陽泉 045000）

引 言

化工行業是一個比較重要的行業,對我國各方面的發展都有著非常積極的意義。化工行業對最終實驗結果的精確度要求比較高,但化學實驗往往會受到外界各種各樣因素的干擾,因此,我們必須做好相應的控制工作,從而保證最終結果的準確性。在化工行業領域內,電氣儀表溫度參數的測量一直受到廣大工作者的關注?；ば袠I所涉及的儀表元件比較復雜,其溫度參數會受到外界因素的干擾,存在一些誤差,對電氣儀表溫度參數的控制和測量必須避免這些誤差,才能達到最終的實驗效果。從以往的設計思路看,工作人員對于精確度的認識往往是通過自整定反饋進行的,在以往傳統的自整定方法中,工作人員對電氣儀表溫度參數的控制方法大致可以分為三大類。這些方法從本質上說都是基于不同的載體而進行的參數自整定反饋模式,從細節來看,這些方法的基本原理都是通過構建電氣儀表溫度參數的反饋校正模型,選定一些比較精確的參數,隨之進行相應的實驗測試,從而得出比較準確的數據。從以往的研究成果來看,曾有學者提出采用不確定邊界的自適應誤差補償方法,這種方法有其優越的一面,它可以極大程度地避免儀器受溫度的影響,測量的精度也會隨之增高,但是這種方法的計算經濟性不高,花費較大,而且時效性不強。針對這一缺點,之后的學者通過深入的研究,提出了魯棒自適應的方法,該方法也有其優越的一面,它可以通過建立穩態方程式從而實現參數自整定性的控制,其精確度非常高,但是這種方法也有著一定的弊端,它容易受到不確定非線性溫度突變的干擾,有一定的不穩定性。隨后,又有學者采用了電阻接地的計算方法,這種方法也有著比較大的缺陷,一旦儀表溫度參數超限,就會導致測量精度的下降。由于化工行業對最終實驗結果的要求比較高,而本行業的特點卻是充滿了不確定性,極易受到外界不確定因素的干擾,造成一定的實驗誤差,以往學者對其進行了摸索和嘗試,雖然有了很大的進步,但是方法的弊端依然存在。鑒于此,本文從理論入手,構建出了一種新的模式,吸納以前方法中的優點,設計了PID控制器,希望能夠推動化工行業的發展。

1 溫度參數自整定的構建

1.1 構建反饋校正模型的相關思路

在進行此項設計工作之前,首先要規劃和設計電氣儀表溫度測量控制模型。從化工行業的工藝流程來看,化工行業的溫度測量一般采用的是閉環串連反饋控制裝置,其調節器是一個非常復雜的結構,可以大致分為比例控制、微分控制和積分控制3種,其PID控制從整體來說是非常模糊不清的［1］。具體工作原理見圖1所示。

圖1 電氣儀表溫度測量的模型

圖1中,r是電氣儀表溫度測量系統的前端輸入口,末端的y則為輸出端,而d則為一些未知條件的干擾因素。在圖1的中部,P（s）為溫度測量過程中的傳遞函數,M（s）為電氣儀表溫度測量過程中一些固定頻率的值,Q（s）等值表示的是測量過程中的容錯系數。

通過一系列的計算,我們可以得到,在函數的表達式中,可以假設其傳感器采樣的周期為T,通過帶入計算和進一步的化簡,可以推導出公式（1）。

式中,E則表示溫度參數幅頻的函數,其表達的意思可以描述為根據振蕩抑制和并聯校正,這個過程可以完整地實現反饋校正的全過程,而且其精度也是比較高的,可以為進一步的工作提供一定的數據支持。

1.2 自整定控制的相關分析

自整定控制設計是一個比較復雜的過程,首先,應當進行反饋校正傳遞模型的構建和計算,接著,研究和分析出具體的自整定控制的約束值。在這樣的整體思路下,可以得出自整定控制的三通模型［2］,見式（2）。

但是,從本質上分析,式（2）還存在著一定的模糊性,對其進行進一步的整理,得式（3）。

在整體設計的過程中,為了進一步保證最終實驗結果的準確性和穩定性,還需設計誤差補償的過程,具體描述為式（4）。

在誤差補償的基礎上,對三通道模型進行了進一步的整合,可以推導出其約束模型,見式（5）。

綜合以上推導公式,可以得到最后的約束模型為式（6）。

在這個公式的引導下,自整定過程可以順利的實現,也為化工行業進一步的技術優化提供了現實可能性。

2 自整定方法的設計和闡述

在PID的設計過程中,首先假設控制約束目標函數為M,我們所需要的目標函數包括2個部分［3］,具體可以描述為式（7）、式（8）。

最終根據這些原理可以設計出PID控制器的相關內容,具體見圖2所示。

圖2 PID控制器設計

3 仿真實驗探究

在進行電氣儀表溫度參數的自整定方法設計后,可以通過一系列的仿真實驗進行驗證,從而證實其優越性。在仿真實驗中,我們可以借助先進的數學仿真工具進行測驗,并實時記錄結果［4］。并對PID函數進行歸結,具體見式（9）。

對這個原理首先進行了電氣儀表的誤差分析,得出2種不同的結果,見第88頁圖3所示。

從圖3中可以看出,經過參數的自整定處理之后,電氣儀表測量溫度的準確性得到了進一步的提高,其誤差也比較小,穩定性也有了明顯的改善。

仿真實驗結果也從側面印證了結論的正確性。同時,以溫度的輸出參量作為變量進行了實驗,通過對比,得到了對比分析圖,如第88頁圖4。通過對比圖,可以清晰地看出,采用本文論述的測量模式可以有效地降低溫度漂移以及穩態誤差對測量結果的干擾,降低了振蕩的幅度,大大提升了控制的精度,對于化工行業有著非常積極的意義［5］。

圖3 誤差對比分析圖

圖4 溫度控制器變量輸出的對比

4 結語

為了優化化工行業電氣儀表穩定性和有效性的問題,本文從實際出發,結合相應的理論背景,通過一定的溫度參數自整定性控制研究,大大降低了外界溫度以及其他條件對最終結果的振蕩和干擾,提升了最終測量結果的精確度。在此次實驗中,結合以往設計的優缺點,進行了新的設計,即設計了PID控制器,進行了一系列的多模穩態自適應整定性的控制,從而對傳統方法進行了進一步的改革和創新。在這樣的方法下,化工行業電氣儀表溫度測量的精度得到了很大的提升,其抗外界干擾的能力也進一步加強,能夠很好地避免溫度漂移失真的現象,大大提升了電氣儀器設備的可靠性。此方法可以進行推廣。

參考文獻：

［1］ 徐棟.化工行業電氣儀表溫度參數的自整定方法［J/OL］.西安工程大學學報,2016,30（5）：603－608,615.

［2］ 朱廣晶.化工行業電氣儀表使用安裝核心技術問題及方法［J］.中小企業管理與科技,2016（3）：293.

［3］ 徐棟.化工行業電氣儀表使用安裝核心技術問題及研究［J］.當代化工研究,2016（7）：94－95.

［4］ 段廣照,景陽陽.化工行業電氣儀表使用安裝關鍵技術問題及措施分析［J/OL］.電子技術與軟件工程,2015（15）：123.

［5］ 葉林.化工行業電氣儀表使用安裝關鍵技術問題及措施分析［J］.中國石油和化工標準與質量,2014,34（3）：35.