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工业过程PID控制系统优化设计与仿真

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资料介绍

工业过程PID控制系统优化保障了工业过程安全、平稳和高效需求,能够获得满意的控制效果.工业控制系统运行过程中存在很多变频设备,由于变频设备从变频到工频不断切换时会对控制系统产生耦合干扰,导致PID控制算法进行工业控制时,工业系统的被控制量不能准确稳定控制在设定值范围内,存在控制稳定性差的问题.为解决上述问题,提出一种基于多变量解耦的工业控制高精度PID控制方法.利用多变量解耦控制技术依据工业控制指标期望设定值与实际值的偏差,计算工业系统底层回路控制的设定值,并设计出工业控制中的回路控制器,通过构建多时滞非奇异传递函数矩阵来表述被控工业的运行过程,然后,利用PID控制算法对回路控制器控制参数进行调整,计算最优PID控制参数,利用该参数实现对工业控制中被控量稳态振荡周期的调整,有效的实现了对工业控制中的高精度PID控制算法的改进.仿真结果表明,改进的工业控制高精度PID控制方法改善了系统稳态品质特性.

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第33卷第7期

算机仿真

2016年7月

文章号：1006— 9348(2016)07— 0388— 04

工

程PID控制系

化

与仿真

小健，瀚之

(南京工大学子与信息工程学院，江南京211816)

摘要：工

程中存在很多

控制，工

于多量解耦的工控制高精度PID控制方法。利用多量解耦控制技依据工控制指期望

算工回路控制的，并出工控制中的回路控制器，通构建多滞非奇异

控工的运行程，然后，利用PID控制算法回路控制器控制参数整，算最 PID控制参数，利用参数

控制中被控量周期的整，有效的控制中的高精度PID控制算法的改。仿真果表明，改

的工控制高精度PID控制方法改善了系

程PID控制系

化保障了工

程安全、平和高效需求，能

到工不断切控制系

内，存在控制定性差的

得

意的控制效果。工控制系运行

，由于

从

会

生耦合干致PID控制算法行工

，

系

的被控制量不能准确定控制在

定

范

。

解决上述

，提出一种基

的偏差，

定

与

系

底

定

函数矩来表述被

行

工

振

了

工

品

特性。

关

中

：

品；工控制；比例分微分控制

分

号：TP273

文献

：B

PID

Control

System

Design

Optimization

and Simulation of Industrial Process

YANG

Han— zhi

Xiao— jian．XU

of Electronic information and

Tech

(Department

Engineering，Nanjing

University，Nanjing Jiangsu 211816，China)

control

in industriM

and

efficiency

ABSTRACT：PID

the

safety，stability

system optimization

obtain

guarantee

process，Can

of industrial

control effect．In the

PID control

paper，a hig}I precision

to the index of

expectations

satisfactory

requirements

process，and

method for industrial control was

based on multivariable

proposed

decouphng．According

industrial control and the deviation between set value and actual

control

value，multi-variable

technology

decoupling

Was used to calculate the set value of

control in the

the controller in

loop

industrial

underlying loop

system，and design

industrial

the

transfer function of

matrix，the operation process

contr01．By constructing

multiple delay nonsingnlar

the PID control

controlled industrial Was

ler were

control

of the

control-

loop

described．Then，using

PID control

parameters

algorithm，the

were calculated to

the

oscillation

adjusted．The optimal

parameters

adjust

steady-state

cycle

in industrial

PID control

controlled variable

the

of the

hish

improvement

control，and

effectively implement

precision

in industrial contr01．The simulation results show that the

can

improve

PID control method for

improved higIl precision

algorithm

industrial control

the

characteristics of the

system．

stability quality

control

control；PID

KEYWORDS：Stability quality；Industrial

亟待解决的主要

方法可以通

H巧】。而工控制中的高精度PID控制

引言

在国内，随着工

整回路控制器控制参数，利用得到最 PID

自

等

化技水平的不断提升，PID控

点在工控制域中被普遍的

践中，常的PID工控系受外界

制以其

，

棒性

生

控制参数

整，是解决上述

的重。由于工控制中的高精度PID控制方法具有深

展意，因此也成内人士研究的焦点，受到

了广泛的关注，同也出了很多好的方法⋯ 。

工

控制中被控量的

振

周期行灵活的

用。然而在工

的

的有效途径，引起了很多家与学者

因素的干，存在当控制量达到一定的定状不能准确

的收上的 ¨‘3 J。在种情况下，如何有效的

在

定

的

了

当前工控制中的PID控制方法行改

成

了

域

文献[8]提出了基于微分器与神

网的工控制中的

收稿日期：2015— 12— 07修回日期：2015— 12— 15

高精度PID控制方法。方法依据微分器的原理算出工

--— — 388．--— —

万方数据

在工控制高精度PID 化控制程中，利用下式建立

定正函数矩 G(S)

控制的位置信号波与速度信号，建立神

网的工控

多

量

制模型，融合于PID算法利用模型

精度PID控制。方法

了工控制中的高

，但是存在控制差大

㈣

的

。文献[9]重点

高精度PID控制方法。方法将模糊理与PID控制器相

合，有效的了工控制中的高精度PID控制。方法

，但是采用当前的算法行工控制，受延

了基于模糊理的工控制中的

郇，=Lg

味

。l(

：

s) 篇】

g一(s)J

式中，g。。(s)、g。。(s)、g。，(s)、g。(s)分代表工控制系

的

定正

多

量的

函数。

棒性

、

利用下式建立工回路控制系朋的控制象模型

分辨力束性等多种因素的干，存在控制定性差的

G⋯

{蝉cly

“

]

)

警，

町

％黑ram( )(4)

，

。文献[10]重点

精度PID控制方法。方法通建立倒立

控制中的高精度PID控制。方法

了基于倒立

的工控制中的高

式中，册，11(s)e，dy，mm(s)分代表关于s的量多式，

并且不包含象，咖⋯ 小dy，mm(s)分代表回路控制

随机减的信号，TCIIrgm$代表控制的滞因子。

在工控制高精度PID 化控制程中，假墨代表

的数学模型

滞

了

工

复

程

度

低，但是存在控制差大的

上述生，提出基于多量解耦的工控制

高精度PID控制方法。首次利用PID控制算法，算最

。

的

的回路控制器，尺‘代表工控制

控制，AR代表两者的偏差，可以利用下式

控制器函数矩

定

，R代表

工

算

代表的

PID控制参数，利用参数

周期的整，有效的

工

控制中被控量

振

了

工控制中的高精度PID控

制算法的改，解决了

算法中精度低，耗

的

。

(5)

)：P(

在工控制高精度PID 化控制程中，由D，代表工

2工中的控制原理

在工中的PID控制程中，以多的工

系

的状

控制系存在的量噪声，巩代表存在的控制差，

取平的&代表的回路定控制器，利用下式

期望角化函数矩

了

依据，

，利用PID 性控制器，算出PID控制器的

函数控制

合后所形成最佳PID的控制律，以控制

中的PID控制。具体的步如下述：

在PID工控制程中，利用下式算出PID控制器的

函数

出与期望控制相匹配的底控制回路

定

出

代表

函数，利

的

系

用

准

定

出的偏差比例、分和微分行

(6)

算

性

律

∥：diang坐出掣

工

式中，h。代表反向控制通道的正反

元

。

在工控制高精度PID 化控制程中，利用下式

(1)

D(s)=Ke(1+÷+气)

‘7)

2瓦和

式中，廓代表控制比例

系数，气代表微分

常数，死

式中，e1‘“’’代表不定零点集合，(口 +1)“‘艋’代表

波

代表

分

常数。

器，主要有两方面的作用，一方面作用是通

取少量的正

在PID工控制程中，利用下式算出PID的控制

整数N(h。)促使墨的各个元素是正化的，而另一方面通

律

整不定零点集合，促使工控制系

响

快速，

棒性

。

(2)

)= h)+古p(S)+乃掣】

式中，e(t)代表PID控制器的入，tt(t)代表PID控制器的

在工控制高精度PID 化控制程中，利用

算出

工

系

回路定控制器的元素k州

出。

㈣

k，= ×南

基于多量解耦的高精度PID 化控制

式中，a代表回路控制器所

的代数余子式廓代表工

控

3．1

被控工运行程的表述

制系的反向通道，J『、r( )代表解耦后的

函数。

在工控制高精度PID 化控制程中，先利用多

量

在工控制高精度PID 化控制程中，利用上式可以

出工控制中的回路控制器缸，利用下式构建多滞非

解耦控制技依据工控制指期望

差，出工回路控制系

定

与

的偏

系

底

的

定

，并

出工

奇异

函数矩

控制中的回路控制器，通构建多滞非奇异

来被控工运行的程。具体的步如下述：

函数矩

(9)

。：％学×G(s)

．．．—

— 389．．．— —

万方数据

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