PID 控制在工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛，但在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中PID 參數(shù)需要人工在線多次整定，耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、效率低；整定過程影響產(chǎn)品質(zhì)量、甚至不出產(chǎn)品。在用階躍響應(yīng)曲線法研究真空冶煉爐溫度模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高精度參數(shù)模糊自整定PID 控制器。經(jīng)一次整定可獲得較理想的PID 參數(shù)。從2009 年投入使用至今，結(jié)果表明：上升時(shí)間由原系統(tǒng)的80 縮短到45 min；z*大偏差減少了3/4；穩(wěn)態(tài)誤差由原系統(tǒng)的1.5% ～ 2%降低到0.5%以下。PID 參數(shù)整定克服了人為因素影響；參數(shù)整定及控制時(shí)間大為縮短；降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率，提高了控制精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

各種工業(yè)控制對(duì)象如發(fā)電廠的鍋爐、冶煉廠的真空爐和化工廠的精餾塔等都有溫度控制，這些對(duì)象都具有時(shí)變性、非線性和一階慣性純滯后的特性。通常采用常規(guī)PID 控制，不同對(duì)象PID參數(shù)需要人工在線反復(fù)多次整定；參數(shù)整定過程耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高；整定過程中影響生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量甚至不出產(chǎn)品；且PID 參數(shù)人工整定，受人為因素的影響，同一對(duì)象不同人整定出的參數(shù)有差異，雖然都可能滿足工藝控制要求，但并非是z*佳的控制參數(shù)。

本文以真空冶煉爐為研究對(duì)象，在用階躍響應(yīng)曲線法研究真空爐溫度對(duì)象特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于參數(shù)模糊自整定PID 控制算法的高精度控制器。通過一次整定就能得到較理想的控制參數(shù)，克服人為因素影響，降低能耗，提高生產(chǎn)效率，提高控制精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1、對(duì)象特性研究

利用階躍響應(yīng)曲線法研究真空爐溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。如階躍輸入u(t) 變化幅值為：Δu =50，得到的階躍響應(yīng)曲線如圖1 所示。

圖1 溫度對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線

由圖可見，它是典型的一階慣性環(huán)節(jié)。因此，真空爐溫度變化可近似表示為一階慣性環(huán)節(jié)純滯后環(huán)節(jié)，通常用增益K、滯后時(shí)間τ、時(shí)間常數(shù)T 三個(gè)參數(shù)來描述。增益K 可按式(1) 求得

其中，y(0) 和y(∞) 分別為輸出y(t) 的溫度起始值和溫度穩(wěn)態(tài)值。滯后時(shí)間τ 以及時(shí)間常數(shù)T 可以用作圖法確定。在圖1 中階躍響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)P 處作切線，切線與時(shí)間軸相交于點(diǎn)B，與階躍響應(yīng)曲線穩(wěn)態(tài)值的漸近線相交于點(diǎn)A，則B 點(diǎn)的坐標(biāo)即為滯后時(shí)間τ，AB 在時(shí)間軸上的投影即為時(shí)間常數(shù)T。

在工業(yè)控制上，PID控制廣泛應(yīng)用于一階慣性純滯后的對(duì)象，只要PID參數(shù)整定合理，可獲得較理想的控制效果。但PID 參數(shù)的整定過程耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高；整定過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量、甚至不出產(chǎn)品。因此，采用參數(shù)模糊離線自整定方法，僅一次整定就能得到較理想的控制參數(shù)。

2、結(jié)束語

對(duì)具有時(shí)變性、非線性、一階慣性純滯后環(huán)節(jié)控制對(duì)象，如鍋爐、冶煉爐、真空爐等。引入模糊PID控制思想，設(shè)計(jì)的參數(shù)模糊自整定PID控制算法的高精度控制器，成功應(yīng)用到昆明理工大學(xué)真空冶金及材料研究所。克服了人工整定PID參數(shù)耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高、效率低及人為因素的影響，通過一次整定就能獲得較理想的控制參數(shù)；與常規(guī)PID溫控系統(tǒng)相比，該控制系統(tǒng)縮短了上升時(shí)間，減小了z*大偏差，降低了穩(wěn)態(tài)誤差，降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率，提高了控制精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，具有較大的推廣意義。