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基于模型参考模糊自适应PID的高压釜温度控制

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第38卷第5期2017年5月白动化仪表

PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATIONVol.38 No. 5

May. 2017

基于模型参考模糊自适应PID的高压釜温度控制王玉华，郑骁健(中国计量大学机电工程学院，浙江杭州310018)

摘要：通过对某厂生产复合玻璃的关键过程“合片抽真空”的研究，发现该过程中应用的温度控制方法简单，但控制效果不理想，会 产生超调、震荡等现象。为了改善生产过程中的温度控制效果，对高压釜的升温状况以及控制方法进行了研究。以模型参考模糊自 适应控制为基础，设计了一种控制效果更精确的温度控制方式。首先，对高压釜釜内温度进行温度建模，对高压釜的温度模型进行机 理分析，得出其温度模型，并进行阶跃响应试验，将采集到的数据通过飞升曲线方法获得温度模型的模型参数。其次，以温度模型为 理论依据，通过模型参考模糊自适应控制方式对PID参数进行在线调整，弥补PID参数不能在线整定的缺点。最后，通过仿真试验， 验证了该控制方案能有效减少超调，加快反应速度。结果表明，该控制方式可以有效改善控制效果，提高产品的生产质量。关键词：PID控制；模糊控制；自适应控制；温度控制系统；可靠性；Matlab中图分类号：TH-39;TP13 文献标志码：A DOI：10.16086/j. cnki. issnlOOO -0380.201705011Autoclave Temperature Control Based on MRAS Fuzzy - PID Control

WANG Yuhua,ZHENG Xiaojian(College of Mechanical and Electrical Engineering,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China)

Abstract: Based on the investigation of the critical process of “ laminating and vacuuming” for composite glass，it is found that the temperature control method is too simple and the control effect is not good, so the overshoot and oscillation may occur. To improve the effect of temperature control,the heating up condition the temperature of the autoclave and the control method are researched. With the model reference fuzzy adaptive system (MRAS) control as the basis,the temperature control mode offering more accurate control effect is designed. Firstly, modeling of the temperature inside autoclave is setup, and the mechanism analysis of the temperature model is conducted, to obtain its temperature model. The step response is tested； from the data collected, the parameters of model are obtained through the soaring curve method. Secondly,with the temperature model as the theoretical basis, the PID parameters are adjusted online through MRAS control mode to overcome the disadvantage of PID parameters cannot be adjusted online. Finally,through simulation test,the effectiveness of this control scheme for reducing the overshoot and faster the response speed is verified. The result shows that this control method effectively improves the control effect, and enhances the quality of products.Keywords： PID control； Fuzzy control； Adaptive control； Temperature control system； Reliability； Matlab

〇引言“合片抽真空”是复合玻璃生产过程的关键步 骤[1]，通常使用高压釜进行生产。在生产时，最为重要 的是精确控制合片过程中的压力与温度。本文所研究 的生产工艺，是以远红外线高压釜作为生产设备[2<， 在复合玻璃的合片加压、加热、抽真空过程中，提供生 产所需的高温高压。在“合片抽真空”过程中，胶片的含水率是一个重 要因素，胶片与玻璃的粘结力与胶片含水率成反比，即

含水率越高，胶片与玻璃的粘结力越小[5]。通过加热， 既可以使胶片软化，使玻璃与胶片可以更好地粘合，又 可以蒸发胶片中的水分，增加胶片的粘结力；通过加 压、抽真空，则可以吸出被蒸发出的水分以及玻璃与胶 片之间的空气，使胶片与玻璃通过压力更好地粘结在 一起。因此，压力与温度成为影响复合玻璃质量好坏 的关键因素。通过实际调研，在“合片抽真空”过程中，高压釜 的压力参数设置值长时间保持不变，对玻璃合片的性 能影响较小。但高压釜的温度对玻璃合片的性能影响

修改稿收到日期:2017-01 -04作者简介:王玉华（1964—），女，教授，主要从事机电传动及自动化技术、电力系统检测与控制技术、电力变换技术的研究。 E - mail：137956409@ qq. com〇郑骁健(通信作者），男，在读硕士研究生，主要从事自动化控制方法的研究。E -mail:281171375@qq. com。• 46 •自 动化仪表第38卷则较为显著。如果温度过低，会造成复合玻璃的起泡、 开胶、抽真空效果不理想等情况;如果温度过高，则易 使胶片老化，影响合片效果。目前，采用的控制方式存在控制效果不理想、控制 方式简单等问题，归根结底是没有建立相对精确的数 学模型，因此不能更精确地调整高压釜釜内温度。所 以需要对高压釜釜内温度进行温度建模，然后再设计 一种控制方式。将新控制方式与温度数学模型相结 合，达到对温度精确控制的目的。

1高压釜理论模型与建模从工业过程来说，根据采用的方法和思路的不同， 数学模型可分机理建模、试验建模与混合建模。在高 压釜、反应釜温度建模方面，许多学者针对具体生产装 置和生产工艺进行了研究，给出了不同的建模方法。 陈水宣[6]从传热学原理出发，推导了各个阶段的温度 模型，并在此基础上采用指数形式的短时和长时自学 习和神经元网络学习，对温度模型的换热系数进行在 线修正。贾慧峰[7]采用试验数据拟合方法，建立了预 热阶段的模型。刘辉、孙新波[8]采用间接测温法建立 高压釜内介质温度的预测模型，并可以对预测模型进 行在线校验。本文通过查阅相关资料，决定采用机理分析与试 验数据相结合的方式，对高压釜内温度进行建模。1.1高压釜温度模型机理分析本文所研究的加热系统主要由多组远红外线加热 器组成。对于不同的温度阶段，使用不同组数的远红 外线加热器。相比于其他高压釜采取导热油的加热方 式，远红外线加热方式具有能量传递迅速的优点。远 红外线加热方式，其能量传递的过程首先是电能转化 为远红外线的辐射能，然后辐射能转化为热能对胶片 进行加热。由于釜内所发生的变化仅仅是胶片由固态 变为液态再变为固态的过程，所以不存在化学反应，即 不存在明显的放热过程。由于釜内有大功率风机，可 以使釜内空气形成环流，又由于釜内容积相对较小，因 此可以将釜内各处温度视为均勻分布。设整个系统的热量为其中，一部分热量被胶 片吸收，使胶片软化，设其吸收的热量为另一部 分热量为高压釜冷却水带走的热量、玻璃吸收的热量 以及釜体散发的热量，设这部分热量为^胃。根据能 量守恒定律，有：

由热力学定律可知：

⑵式中:C为胶的比热容;r为高压釜设定温度#为高压 釜内热量损耗系数;W为高压釜远红外线加热器输出 热量。对上式等号两边同时求拉普拉斯变化，得：CsT(s) + kT(s) = W(s) (3)

移项可得：

g(5) = w^j= chi ⑷

通过对合胶过程高压釜内物理机理的分析，可以 得出如式(4)所示类型的温度模型。由于传热过程涉 及热辐射、热对流等热力学过程，热传递是一个较为复 杂的过程。通过机理分析以及生活经验可知，热传递 过程存在较大的时间延迟，即控制效果的滞后性，因此 在考虑其传递函数时，应该考虑纯时滞过程。

通过机理建模，得到了高压釜内的温度模型，如 式(5)所示：

G(S)=截士， (5)

1.2高压釜温度建模为了求得模型的未知参数，应用试验建模方式进 行未知参数的确定。工程上常用的是飞升曲线法，即 阶跃响应建模法。具体方法为:在对象的输入端加入一个合适的阶 跃信号，由信号采集器采集阶跃信号后，根据阶跃信号 发生后对应响应值与时间的关系，计算各个参数。采 用飞升曲线测量方法，测出高压釜温度模型的飞升曲 线，即可得到控制对象的数学模型。高压釜在工作状态下的飞升曲线如图1所示。

图1飞升曲线 Fig. 1 Flying - rising curve

在获得飞升曲线后，采用Cohn - Coon公式求解对象参数[9]。Conh - Coon公式如下：Aout = y( 〇〇 ) - y(0) Ain a(0)(6)

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模糊自适应PID控制器在火电厂主蒸汽温度控制中的应用研究

模糊自适应PID控制器在火电厂主蒸汽温度控制中的应用研究

模糊自适应PID控制器在火电厂主蒸汽温度控制中的应用研究摘要:火电厂主蒸汽温度控制系统中的控制对象具有大滞后和大惯性等特点,并且影响主蒸汽温度变化的因素很多。

用传统的PID控制方式则很难将被调量控制在目前国家规程规定的允许偏差范围内。

本文分析了一种基于PID参数的模糊控制器的新型方法-模糊自适应PID控制器,并由仿真结果证明了其良好的控制效果。

关键词:主汽温系统模糊自适应PID控制仿真火力发电机组控制系统应用集散控制系统后,使发电机组的“自动投入率”等控制指标得到了较大提高。

然而,很多发电厂仍然沿袭传统的PID控制模式,使控制品质并没有得到明显提高。

例如很多火电厂的锅炉主蒸汽温度等控制系统,也很难控制在确定的目标范围内[1]。

在模糊控制的基础上,将模糊控制与传统PID结合得到的自适应PID控制器则能够在火电厂主汽温控制系统中的更加良好效果。

1 火电厂主汽温控制系统介绍主蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内,并保护过热器,使其管壁温度不超过允许的工作温度。

过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点。

如果过热蒸汽温度偏低,则会降低发电机组能量转换效率;而且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大,严重影响汽轮机的安全运行[2]。

过热蒸汽温度串级控制系统由主参数、副参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路、主对象和副对象组成。

串级控制系统具有很强的克服内扰的能力、提高系统的工作频率和有一定的自适应能力等特点。

2 PID控制与模糊控制在工业控制中,PID控制一直都被广泛应用。

PID控制器算法和结构比较简单,不要求精确的数学模型,并且其控制效果比较理想。

此外,对于受控对象特性的稍许变化,PID控制性能指标不是很敏感,这极大地保证了系统调节的有效性。

PID调节可用于补偿系统使之达到大多数品质指标的要求。

因此,PID调节是工业领域最广泛应用的基本控制方式[3～4]。

模糊控制具有许多传统控制无法与之比拟的优点,其中主要有:不需要掌握过程的精确数学模型;为一种非线性控制方法,工作范围宽,特别对复杂、非线性系统,其控制效果比PID控制的效果好等。

基于PID算法的高压釜加压自动控制系统

基于PID算法的高压釜加压自动控制系统

基于PID算法的高压釜加压自动控制系统【摘要】PID控制是过程控制中应用最广泛的控制方法，本文综述了利用PID控制方法实现高压釜自动控制动态加压过程。

【关键词】PID控制；高压釜；自动控制；动态加压1.引言高压釜及其加压控制系统主要用于模拟深水压力环境，在设定的压力下对水声换能器等被试件进行水密性试验、强度试验、刚度试验以及稳定性、极限承载能力和疲劳试验。

传统加压方式采用手动控制加压，很难精确控制到达目标压力值，如用工控机控制自动加压，可精确控制加压曲线到达目标压力值。

本文主要介绍利用PID算法动态控制加压曲线进行高压釜自动加压。

2.高压釜系统组成2.1 系统组成高压釜系统由高压釜、加压控制系统、液压站三大部分组成，通过输入操作指令，完成高压釜加压、自动保压、卸压及开盖、关盖、锁紧、松开等动作。

2.2 加压控制系统加压控制系统采用试压泵加压，试压泵为电动试压泵，驱动电机为伺服电机。

控制柜为台式结构，设置有控制面板，可设置自动加压或半自动加压方式。

自动加压方式利用工控机接受压力变送器的压力反馈信号控制试压泵自动工作。

半自动加压方式，可在不开启主机的情况下，通过观察压力表来人为控制加压。

2.3 控制系统软件高压釜加压控制系统软件程序结构框图如图1所示。

高压釜准备完成后，运行软件可进行自动加压，软件主界面如图2所示。

在软件主界面输入参数后，即可自动控制高压釜将压力加到预定值。

3.自动加压控制设计细节3.1 运行过程对压力釜进行控制时按照如下流程进行：1）运行程序，并检查高压釜系统状态正常，采集液压系统反馈信号，确定釜盖以盖紧后才可进行加压；2）设定压力值和保压时间，点击加压按钮进行加压；3）系统自动加压到设定压力值后会停止加压并进行动态保压，当检测到压力值过低时会自动开始加压到设定压力值；4）保压时间到后自动关闭加压系统和和控制电源，并控制蜂鸣器报警；5）当压力釜需要泄压时，停止动态保压，打开阀门让水流出即可。

基于模糊自适应PID的炉温控制系统设计

基于模糊自适应PID的炉温控制系统设计

基于模糊自适应PID的炉温控制系统设计
张晓宇;吴向前;张平洋
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2010(000)011
【摘要】电锅炉已成为寒冷地区供热采暖的主要设备,对于新疆地区尤为重要.电锅炉的温度控制系统由于存在非线性、滞后性以及时变性等特点,常规的PID控制器很难达到较好的控制效果.考虑到模糊控制能对复杂的非线性、时变系统进行很好的控制,但无法消除静态误差的特点,本设计将模糊控制和常规的PID控制相结合,提出一种模糊自适应PID控制器的新方法.并对电锅炉温度控制系统进行了抗扰动的仿真试验,结果表明,和常规的PID控制器及模糊PID复合控制器相比,模糊自适应PID控制改善了系统的动态性能和鲁棒性,达到了较好的控制效果.
【总页数】4页(P107-110)
【作者】张晓宇;吴向前;张平洋
【作者单位】新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐,830047;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐,830047;新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐,830047
【正文语种】中文
【中图分类】TP273.4
【相关文献】
1.基于积分分离PID的炉温控制系统设计与仿真 [J], 吴和杰
2.基于PLC的加热炉炉温控制系统设计 [J], 徐俩俩;赵崧程;张萍华
3.基于PLC的加热炉炉温控制系统设计 [J], 黄磊
4.基于STM32的管式热处理炉温控制系统设计 [J], 司云朴;丁金华;高腾;王德权
5.基于单片机控制的淬火炉炉温控制系统设计 [J], 吴贵宝
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基于预测模型的模糊PID参数自整定控制算法的研究与实现的开题报告

基于预测模型的模糊PID参数自整定控制算法的研究与实现的开题报告

基于预测模型的模糊PID参数自整定控制算法的研究与实现的开题报告题目：基于预测模型的模糊PID参数自整定控制算法的研究与实现一、研究背景和意义现代工业中，控制系统起着至关重要的作用，它负责监视和控制工业生产过程的各个环节，并对生产过程实时进行调节，使其保持在正常操作的范围内，从而最大限度地提高生产效益。

PID（比例、积分、微分）控制器是目前最为广泛应用的一种控制器，其简单易懂、稳定可靠等优点使其得到了广泛的应用。

但是，一只复杂、大规模的生产系统，需要根据不同的生产环境和工艺特点，调节PID控制器的参数才能达到最优的控制效果，且需要进行周期性调整，这个过程通常需要专业工程师的手动调节，耗费时间、人力和成本，且操作不可避免地会受到人为因素的影响。

因此，研发出一种自动、智能的控制参数调节方法具有很重要的现实意义。

本研究旨在通过对PID控制器参数自整定方法的研究，提出一种基于预测模型的模糊PID参数自整定控制算法，为实现智能化自动控制打下基础。

二、研究内容1. 成功完成对PID控制器参数自整定的基础理论研究和方法总结2. 提出基于预测模型的模糊PID控制器参数自整定控制算法，将模糊理论应用于PID控制器解决模型参数不确定、系统非线性等问题，改善控制精度和稳定性。

3. 利用MATLAB/Simulink软件建立建模与仿真系统，验证算法的正确性和有效性。

4. 执行实验，分析算法的性能，比较其实验数据与现有自整定控制算法的优缺点。

三、研究方法和技术路线1. 对PID参数自整定方法进行综述，梳理技术路线。

2. 分析预测模型及模糊控制理论，将其应用于PID控制器参数自整定问题，设计基于预测模型的模糊PID控制器参数自整定算法。

3. 建立模型与仿真系统，利用MATLAB/Simulink对算法进行仿真验证。

4. 设计实验方案，对算法进行实验验证，分析其性能。

5. 比较已有的PID参数自整定方法与本研究提出的基于预测模型的模糊PID控制器参数自整定控制算法的优缺点。