基于自适应PID的蒸发器温度控制系统

现代职业教育第13期[教学]基于PID的自适应蒸发器温度控制系统王晓，陶思玮（内蒙古民族大学机械工程学院，内蒙古通辽028000）[摘要]建立蒸发器通过参数辨识的温度传递函数，设计模糊PID控制器，模拟蒸发器温度控制过程，并利用模糊PID控制器实际控制蒸发器温度控制过程，均取得了良好的控制效果. 通过仿真和实验证明，模糊PID控制器的控制效果优于传统的PID控制器. [关键词] SMPT-1000蒸发器；模糊PID控制器温度控制;传递函数[中文图书馆分类号] G712 [文件标识码] A [商品编号] 2096—0603（2015）13—0122—02蒸发器温度控制过程具有非线性，强耦合，时变的特点磁滞大，磁滞大，主要使用传统的PID控制方法. 该方法算法简单，可靠性高. 但是，对于非线性，强耦合，时变和较大的磁滞控制过程，可能会出现诸如调谐不佳和性能不佳的问题. 模糊控制器是近年来发展起来的新型控制器. 适用于非线性物体，可以获得较高的收敛速度和控制精度.

优点是它不需要掌握受控对象的数学模型. 根据手动控制规则组织控制决策表，然后由该表确定控制量的大小，但控制精度通常不高. 模糊控制与PID控制相结合，具有优势，避免了缺点，具有灵活自适应的模糊控制和PID控制精度高的特点. 1.实验设备和过程流程（1）实验设备简介先进的过程控制培训系统SMPT-1000是全数字仿真技术和物理外观仿真设备的结合，将多种实验功能集成到了一起. 工业锅炉是半物理模拟实验装置的原型. 它以工业锅炉和蒸发器为仿真对象，并提供了水蒸气热能的动态仿真模型，可以真实反映出过程工业实际生产过程中的各种特殊效果. 具有仿真成本低，模型准确的特点. （2）工艺流程蒸发器的工艺流程如下图所示. 要浓缩的稀液通过122蒸发器上部的管道进入蒸发器E1201，吸收过热蒸汽提供的热量，稀液中的水分变成二次蒸汽，从塔顶排出. 蒸发器，浓缩液从蒸发器底部排出. 过热的蒸汽在热交换后变成冷凝水. 稀释液流量，浓缩液流量，二次蒸汽流量和过热蒸汽流量分别通过F1201，F 1202，F 1203和F1 105进行测量. 稀液流量，浓液流量，二次蒸汽流量和过热蒸汽流量通过调节阀V 1201，V 1202，V 1203和V 1 105进行调节.

蒸发器温度为T1201. 蒸发器的温度主要由过热蒸汽的流量调节. 蒸发器工艺流程图二. 仿真研究（1）蒸发器系统识别蒸发器温度控制过程通常可以视为一阶气象环节. 由于热容量的滞后，过热蒸汽流和蒸发器温度的动态特性可以为大约一阶主动滞后环节，系统模型如下所示. 精彩的陈述: 将模糊控制和PID控制相结合可以增强优势，避免劣势，并提高实验精度. G（s）=汽车（1）『S十l，其中放大率是纯滞后时间，zT是时间常数. 本文采用工程中常用的传递函数参数辨识方法-近似法（切线法）来确定工作条件下蒸发器的这三个参数. 近似方法的计算过程如下: 在阶跃响应曲线的最大斜率处切线即可获得受控对象的纯滞后时间，即蒸发器的滞后时间和过程的时间常数. 通过以下公式计算该过程的静态放大系数K: =（y（∞）-y（0））（2）其中M是给定的阶跃信号，y（0）是初始值，而Y（ ...）是稳态值. 通过使用找到相交点作为切线的方法可以直接获得和D的值. 通过切线法，经过多次实验确定，公式1中的参数确定为K = 13.37s，T = 33.23s，“ r = 5s”.

（2）模糊PID设计使用二维模糊控制器作为模糊PID控制器，其结构如图2所示. 选择温度偏差E和温度偏差变化率Ec作为输入变量. 在执行过程中，控制器连续检测温度偏差和温度偏差变化率，然后根据模糊控制规则推导三个PID参数与温度偏差和温度偏差变化率之间的模糊关系. 经过模糊推理后，将输出三个PID参数KP，KI，KD. 在系统运行过程中，PID参数不断进行修改以满足系统要求，因此控制系统具有良好的稳定性和高灵敏度. 温度偏差E的基本域为Bu 30 30}，温度偏差变化率的基本域为Bu 9 9]，并且温度偏差和温度偏差变化率所取的模糊子集的数量为12，因此可以对它进行量化系数Ke是0.4，Kec是0.75. Kp的基本域是[-8，8]，Ki的基本域是[-9，9]，Kd的基本域是[1-6，6]，并且由三个参数得出的模糊域水平分别为1O，10、6. 因此，校正系数I，fI和fD分别为0. 8，0. 9，1. 1.温度偏差E，温度偏差变化率Ec，PID系数Kp，Ki，Kd的模糊子集为{负大，负中，负小，零，正小，正，正大} ，即{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}.

控制系统中的常见隶属函数包括三角形，高斯，S形和梯形. 本文选择三角隶属度函数作为输入变量E和EC的隶属度函数，以方便计算并确保系统响应的敏感性. 经过模糊和推理后，控制器输出比例系数，积分系数和微分系数. 有必要通过模糊决策将模糊量转换为准确量. 本文采用最大隶属度法进行模糊化决策，然后获得各参数的模糊调整控制表，并通过控制查询对参数进行控制. （3）系统仿真结果在MATLAB / Simulink环境中建立蒸发器温度控制系统的仿真模型，将蒸发器中液体的初始温度设置为90cC，然后将蒸发器中液体的目标温度设置为108 ℃. 本文设计的模糊PID和常规PID控制策略用于控制温度. 常规PID的参数由Ziegler-Nichols调整方法确定. 计算后蒸发器温度，PID参数分别为= 0.55. K产生O.095，Ke ＝ 0.058. 根据仿真结果，模糊PID控制器的过冲比常规PID小得多，并且可以更快地达到设定值. 因此，本文设计的控制器的控制效果要优于传统的PID控制器.

3. 结论本文以蒸发器SMART-1000为研究对象，采用系统辨识方法建立蒸发器传递函数，设计了模糊PID控制器的算法结构和控制规则，并对蒸发器进行了温度控制. 经过仿真，在蒸发器温度控制过程中实际采用了模糊PID控制算法，充分利用了模糊控制的模糊算法是灵活，适应性强的，而且PID算法结构简单，精度高. 仿真实验和实际实验的运行结果表明蒸发器温度，本文设计的模糊PID控制器设计合理，实际控制过程优于传统的PID控制过程. 参考文献: [1]赵阳，屈兴华，李锐. 基于模糊算法的自调节温度控制系统[J]. 天津大学学报，2011（01）: 73-78. [2]田颖，孙凌宇，张明禄，等. 基于模糊PID的悬架移动机械手的研究与仿真[J]. 计算机仿真，2014（3）: 406-409. [3]彭继深，宋鹏磊. 改进的PID和模糊控制在异步电动机DTC中的应用[J]. 计算机仿真，2014（6）: 329- 33 3. 一个123 —

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