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矿热炉电极调节PID控制系统设计

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尔滨工业大学出版社 , 1996 曹刚 PID 控制器参数整定方法及其应用研究 [ D ] 大学 , 2004 [ 3] 刘金琨 先 进 PID 控制及其 M ATLA B 仿真 [ M ] 电子工业出版社 , 2003
On PID Control System Design of Electrode Regulation of Submergeg Arc Furnace
8
P I 调节器
现代的电力拖动自动控制系统中, 以运算放大
节, 其触发脉冲间隔为 60( ∀) 电角 , 纯滞后的拉普拉 斯数学表达式可用 e 数为 : G KKG ( s) = 式中 K KZ T KZ K KZ 1+ T KZ S
- T
KZ
器为核心的集成电路调节器可以实现精确的比例、 积分和微分控制规律。经过合理地简化处理 , 就可 以将 P ID 调节器简化 和近似成少数典型的低阶系 统结构, 于是就能利用现成的公式和图表进行参数 计算。经过分析简化, 采用常规的 P I 调节器 , 并把 它校正为典型 I 型系统。 G P I ( s) = K P 式中 KP Tl ( T I S + 1) T IS
速度反馈环节的测速发电机为纯比例环节: G CS ( s ) = K CF
式中
K CF
速发电机放大系数。
图3 连续闭环控制系统方框
7
矿热炉主电路
矿热炉主电路实际上可视为一个将弧长映射为
图 3 中 sp ( t ) 是电极控制量给定值, p v ( t ) 反馈 量 , c( t) 是控制系统的输出量, PID 控制输入输出关 系式为 : 1 M ( t ) = K e e( t) + 1 0 e( t ) dt+ T L de( t ) / dt + M 0 TI 式中 M ( t ) 控制器的输出量 ; M0 输出的初始值; 比例系数 ; e( t ) = sp ( t ) - p v ( t ) 误差信号; Ke
[ 1] [ 2] 李士勇 模糊控制、 神 经控制和 智能控 制论 [ M ] 哈尔滨 : 哈 杭州 : 浙江 北京 : 北 京
∃
n
e j+ K D ( en - en- 1 ) + M 0
பைடு நூலகம்
第 n - 1 次采样时的误差值 ; 积分系数 ; 微分系数。
PID 控制器的设计是以连续系 统的 PID 控制 规律为基础 , 将其数字化写成离散形式的 PID 控制 方程 , 再根据离散方程进行程序设计。基于 P LC 的 闭环控制系统如图 4 所示。 图 4 中的虚线部分在 PL C 内。其中 spn 、 pvn 、 en、 M n 分别为模拟量在 sp ( t ) 、 pv ( t) 、 e ( t) 、 M ( t) 在第 n 次采样时的数字量。
#
t
第1期
王炳金 : 矿热炉电极调节 PID 控制系统设计
25
T
I
积分时间常数; 微分时间常数。
TD
图 3 中的右边前 3 项分别是比例、 积分、 微分部 分, 分别与误差 , 误差的积分和微分成正比。如果取 其中的一项或两项, 可以组成 P、 PD 或 P I 控制器。 假设采样周期为 T S, 系统开始运行的时刻为 t = 0, 用矩形积分来近似精确积分, 用差分近似精确微分 , 将公式离散化, 第 N 次采样时控制器的输出为: M n = K c e n+ K l 式中 e n- 1 KI KD
0
前
言
传统的矿热炉电极调节控制系统一般采用的手 动控制或是半自动化控制, 而基于矿热电炉电极调 节器的工作条件十分复杂 , 冶炼过程中 , 尤其是在熔 化期 , 金属在电极之下迅速而激烈地熔化、 飞溅 , 电 弧常常移动到附近的金属块上 , 因而电弧长度、 电弧 电流及功率在迅速不断地发生变化。矿热炉系统是 一个随机干扰十分严重的非线性时变系统, 在实际 矿热炉现场, 最常用的电极调节方法是传统的 PID 控制方法。在实际控制中, 不需要考虑三相电极的 强耦合作用, 只需将 3 根电极各加一套调节系统, 各 自调节 , 自成闭环。下面以 12 500 kVA 电炉电极调 节 PID 控制系统为例。
收稿日期 : 2008- 12- 10
作者简介 : 王炳金( 1963- ) , 男 ( 壮族 ) , 云 南砚山人 , 厂长 , 机 械工程师 , 主要从事 铁合金生 产与管理 , 手机 : 13908766775, 电话 : 0876- 3668618
24
中
国
锰
业
第 27 卷
3
放大环节
可控硅全控交流调压电路可视为一个纯滞后环
式中
TL T
JD
电动机定子电感时间常数 ; 交流力矩电动机的机电时间常数; 交流力矩电动机的放大系数。
K JD
5
传动装置
机械传动装置是指电动机输出轴到电极移动机
构之间的减速装置 , 是一个从速度变换到位移的积 分环节, 其传递函数为: Ks G JS ( s ) = S 式中 Ks 比例系数。
6
速度反馈环节
S
作为一阶近似 , 其传递函
可控硅回路的放大系数 ; 纯滞后的时间。
4
交流电动机
交流电动机可近似为二阶系统 : K JD G DG ( s) = ( 1+ T S ) ( 1+ T S ) L JD
P I 调节器的比例系数; P I 调节器的积分时间常数。
单相模拟 P ID 电极调节系统是一 个非常复杂 的非线性系统 , 其非线性环节主要体现在矿热炉主 电路特性上。分析时可以将矿热炉主电路系统分段 线性化 , 对于每一个分段, 都可以得一个线性的传递 函数。这样就可以用若干个传递函数的序列来逼近 非性的传递算子。为使分析过程不过于复杂, 假定: 1) 持续性的弧长扰动范围在一个弧长分段区 间内; 2) 突发性的大范围弧长扰动之间的时间间隔 足够长。事实上, 矿热炉内的实际过程完全能满足 上述假定的要求。 P ID 控制器的设 计是以连续系统的 P ID 控制 规律为基础, 将其数字化写成离散形式的 P ID 控制 方程 , 再根据离散方程进行程序设计。在连续控制 过程中 P ID 闭环控制系统如图 3 所示。
j= 1
图 4 P LC 闭环控制系统方框
9
结
论
当对矿热炉主电路系统分段线性化完成后 , 由 于矿热炉电极调节系统其它环节均为线性环节, 相 应地整个矿热炉电极调节系统也成为一个分段线性 化系统。这样 , 对矿热炉电极调节系统这样一个非 线性系统的控制就转变成对一个分段线性化系统的 控制。
参考文献 :
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WANG Bing jin ( Yunnan Wenshan Dounan Manganese I ndust ry Co , L td , Yanshan, Yunnan 663101 , Chi na) Abstract: T his thesis elaborat es t he P ID control syst em design of electrode reg ulat ion of subm erged arc furnace and analyses t he design of every control segm ent and w orking principle of t he P ID Key words: Elect rode; P ID; cont roller; Syst em
第 27 卷第 1 期 2009 年 2 月
中
国
锰
业
Vo1 27 ! 1 February 2009
CH INA S M ANGANESE INDUST RY
矿热炉电极调节 P ID 控制系统设计
王炳金
( 云南文山斗南锰业股份有限公司 铁合金二厂 , 云南 砚山 663101)
摘
要 : 着重阐述了矿热炉电极调节 P ID 控制系统设计, 并针对每个控制环节的设计及
PID 控制工
作原理进行分析 。
关键词 : 电极; P ID; 控制器; 中图分类号 : T F 33
系统
文章编号 : 1002-
文献标识码 : A
4336( 2009) 01- 0023- 03 环节。电弧的电压和电 流信号经过它 们的测量回 路 , 分别转换成直流电压信号与给定输入进行比较。 它们的差值信号通过调节器进入触发回路来控制晶 闸管整流电压 , 由这个电压控制的直流或交流电动 机来带动机械传动机构 , 使电极上下移动来调节电 弧长度, 维持电弧电流和 电压在某一个设 定值上。 其单相电极 P ID 调节统的方框图如图 2 所示。下 面分别简述各个环节的数学模型及设计过程。

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基于PID的电热炉温度智能控制系统设计

基于PID的电热炉温度智能控制系统设计

www�ele169�com | 31智能应用1.什么是PIDPID 即portID，通常指的是在生成树协议STP 中，如果在端口位置处所收到的BID 同path cost 相同，就需要通过比较PID 来进行阻塞端口的选择。

在现代化工厂生产及工程控制中，PID 主要是由8位端口的优先激加端口构成，端口号占据低位，默认优先级为128。

在工业自动化领域发展中，PID 控制水平是一项重要的参照标准指标，PID 控制以及相应的控制器，智能 PID 仪表产品有很多，而且这些PID 产品都在现代化工业工程项目中的得到了非常广泛的应用，一些公司创新开发了拥有PID参数自我调整和整定功能的智能调节器。

图1 PID 参数控制器如图1所示，PID 参数控制器拥有自动调整功能，可以开展智能化调整以及通过自校正、自适应算法来实现，充分利用PID 参数控制的方式来完成对工业化生产环节中的压力控制、温度调节、流量控制以及液位控制等作业，从而可以实现具有PID 参数控制功能的可编程控制器PLC 控制调节，完成对PC 系统的自动化操作与控制。

2.电热炉温度智能控制系统的工作原理基于PID 基础上设计而成的电热炉，主要被应用在我国工业自动化生产中，对工业产品的有效加热与烘干，一般在实际加热的时候，会使用封闭式的方式进行工业产品的工艺加热，而对电热炉文温度的自动控制与调控，需要使用PID 参数控制器来完成，从而完成对电热炉温度系统的有效控制。

为了能够满足电热炉温度控制系统的升温要求，首先需要对单片机进行科学选择，可以美国ATM 公司生产的AT89C52型号的单片机，AT89C52型号的单片机能够和51系列的单片机进行兼容与合并，从而满足C 语言可编程序控制软件的PID 控制啊要求，提高电热炉的整体温度控制水平，同时也可以提高温度控制系统的运行速度，保证系统运行的稳定性。

在真正的温度测量过程中，需要考虑测量温度的准确性以及温度测量的可靠性，一般可以采用四路采样的电路形式展开检测，也就是对四路采样中不同的点展开检测，然后计算得出四个测量点的平均温度值，平均值就是温度测量的结果，针对单片机的最小化优化系统设计，就是要对控制系统的内部存储水平进行拓展。

基于单片机PID算法的电加热炉温度控制系统设计

基于单片机PID算法的电加热炉温度控制系统设计

基于单片机 PID算法的电加热炉温度控制系统设计摘要：电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，时变性，纯滞后等特点，其控温过程存在非线性波动等问题。

本文采用AT89C51单片机基于PID算法设计了一种电加热温度控制系统。

仿真实验表明，本系统能够有效提高电加热炉温度控制的鲁棒性，符合新形势下对炉温调控的实际需求。

关键词：电加热炉；温度控制；单片机；PID算法1引言电加热炉在冶金、化工、机械等领域具备广泛的用途，但是它是一个多时变、存在物理耦合、本质非线性的复杂系统，传统的基于滞后反馈的控制律无法平衡炉温检测与炉温调控之间的时间同步关系，容易造成整个加热炉炉温调控系统的温度非线性波动、间歇性振荡，引起炉温调控器的参数变化。

因此提高电加热炉的温度控制水平，是当今工业控制技术的主要研究方向之一。

常规控制方法难以实现较高的控制精度和响应速度。

相比之下，经典的增量PID控制算法，无需针对控制对象建立数学模型，便可实现较发复杂系统的精确控制。

本文基于PID算法，提出设计了一套电加炉控制方法，核心控制芯片采用AT89C51系列单片机，具备数据采集、调控、显示、报警等多项功能，实现了对温控系统的设计和模拟仿真，能有效改善电加热炉温度控制系统的性能。

2总体方案设计本系统采用以AT89C51单片机为核心的温度控制系统，通过温度传感器PT100采样实时温度，并通过变送器将温度最终转换为电压信号通过A/D转换器0808将其转换为数字信号，送入单片机与给定值进行比较，运用PID算法得出控制结果，送显示并进行控制（图1）。

图1 系统总体设计方案图2.1系统硬件选择单片机是指将微处理器、存储器和输入/输出接口电路集成在一块集成电路芯版上的单片微型计算机。

单片机主要应用于工业控制领域，用来实现对信号的检测、数据的采集以及对应用对象的控制。

它具有体积小、重量轻、价格低、可靠性高、耗电少和灵活机动等许多优点。

单片机是微型计算机的一个重要分支，特别适合用于智能控制系统。

基于PID控制的火电厂锅炉燃烧控制系统设计和优化

基于PID控制的火电厂锅炉燃烧控制系统设计和优化

基于PID控制的火电厂锅炉燃烧控制系统设计和优化近年来，随着能源需求的增加，火电厂作为传统能源的主要供应者，其运行效率和能源消耗问题也越来越引起人们的重视。

然而，火电厂锅炉燃烧控制系统作为影响火电厂运行效率和能源消耗的关键因素，其控制精度和稳定性问题也一直是值得关注和解决的难题。

本文将着重讨论基于PID控制的火电厂锅炉燃烧控制系统设计和优化问题。

一、 PID控制的基本原理PID控制是一种通过比较设定值和实际值来调节输出变量，以达到控制误差最小、调节时间最短、稳定性最好的控制方式。

PID的全称是“Proportional-Integral-Derivative”，即比例、积分和微分控制。

PID控制器通过对系统误差的反馈控制作用，可以实现对系统稳态误差、系统瞬时响应和稳定性的控制。

比例控制通过反馈控制器输出信号的幅值和误差信号的幅值成比例的关系，来控制系统的稳定性和响应速度；积分控制通过去除系统误差的恒定偏置，来控制系统稳态误差；微分控制通过提高系统对瞬时干扰的抵抗力，来控制系统的瞬时响应。

PID控制器将上述三种控制模式集成在一个系统中，可以根据具体的参数进行调整。

</p>二、火电厂锅炉燃烧控制系统的基本要求火电厂锅炉燃烧控制系统作为现代火电厂的关键装置，其设计和优化一旦失误，将直接影响火电厂运行的效率和成本。

因此，我们需要对火电厂锅炉燃烧控制系统的基本要求进行了解和掌握：1. 温度控制：火电厂锅炉燃烧控制系统需要实现对锅炉内部温度的控制，以确保锅炉的安全运行和燃烧效率的提高。

2. 水位控制：火电厂锅炉燃烧控制系统需要实现对锅炉内部水位的控制，以确保锅炉的安全运行和燃烧效率的提高。

3. 火焰控制：火电厂锅炉燃烧控制系统需要实现对锅炉内部火焰的控制，以确保锅炉的安全运行和燃烧效率的提高。

以上基本要求也是PID控制在设计和优化火电厂锅炉燃烧控制系统所要考虑的因素。

三、 PID控制在火电厂锅炉燃烧控制系统中的应用针对火电厂锅炉燃烧控制系统的基本要求，PID控制器可以实现如下的应用：1.温度控制：PID控制器可以通过对锅炉内部传感器信号的反馈，实现锅炉内部温度的控制。

基于PID电加热炉温度控制系统设计

基于PID电加热炉温度控制系统设计

基于PID 电加热炉温度控制系统设计摘要 电加热炉随着科学技术的发展和工业生产水平的提高，已经在冶金、化工、机械等各类工业控制中得到了广泛应用，并且在国民经济中占有举足轻重的地位。

对于这样一个具有非线性、大滞后、大惯性、时变性、升温单向性等特点的控制对象，很难用数学方法建立精确的数学模型，因此用传统的控制理论和方法很难达到好的控制效果。

单片机以其高可靠性、高性能价格比、控制方便简单和灵活性大等优点，在工业控制系统、智能化仪器仪表等诸多领域得到广泛应用。

采用单片机进行炉温控制，可以提高控制质量和自动化水平。

一、 绪论在本控制对象电阻加热炉功率为8可W ，由220V 交流电供电，采用双向可控硅进行控制。

本设计针对一个温度区进行温度控制，要求控制温度范围50~350C ，保温阶段温度控制精度为正负1度。

选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压。

其对象问温控数学模型为：1)(+=-s T e K s G d s d τ 其中：时间常数Td=350秒，放大系数Kd=50，滞后时间τ=10秒，控制算法选用改PID 控制图1.1系统总体结构图二、控制系统的建模和数字控制器设计图2 PID 算法流程图数字PID 控制算法PID 控制器是通过计算机PID 控制算法程序实现的。

计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。

进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。

图2.1位置PID 控制算法简化示意图在数字计算机中，PID 控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。

当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID 算法离散化，将描述连续时间PID 算法的微分方程，变为描述离散-时间PID 算法的差分方程。

∑⎰==k j i s j e T T d e T 0t 0)()(1ττ用矩形积分时，有)]1()([)(--=k e k e T T dt t de T S D d （1） 用差分代替微分00))]1()([)(()([)(u k e k e T T j e T T k e K k u S D k j i sp +--+++=∑= （2）由上式得01)]1()([)()()(u u k e k e K k e K k e K k D k j p +--++=∑= (3)式中 u 0——控制量的基值，即k=0时的控制；u(k)——第k 个采样时刻的控制；K P ——比例放大系数；K I ——积分放大系数；I S P I T T K K = S DP D T T K K = K D ——微分放大系数；T S ——采样周期。