智能ＰＩＤ設(shè)計(jì)論文

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摘要：提出了智能PID設(shè)計(jì)與其在鍋爐主汽溫控制的應(yīng)用，對(duì)象模型的變化體現(xiàn)在增益、時(shí)間常數(shù)和階次三個(gè)方面。增益變化對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)影響最大，時(shí)間常數(shù)次之，階次通常可以認(rèn)為不變。若能確定調(diào)節(jié)對(duì)象模型中增益和時(shí)間常數(shù)對(duì)指導(dǎo)信號(hào)的函數(shù)關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系可用于確定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)帶指導(dǎo)信號(hào)的PID調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器可保持調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能指標(biāo)在變工況下近似不變。這種方法通過(guò)擴(kuò)展線性控制理論來(lái)解決非線性控制問(wèn)題，且方便使用。與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相比，這種方法更容易應(yīng)用于工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：智能PID調(diào)節(jié)器；主氣溫；控制，設(shè)計(jì)

1引入指導(dǎo)信號(hào)的必要性

PID調(diào)節(jié)器對(duì)調(diào)節(jié)對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)所采用的信號(hào)為誤差信號(hào)、誤差微分信號(hào)和誤差積分信號(hào)，通常對(duì)這三個(gè)信號(hào)的定義域沒(méi)有限定。當(dāng)調(diào)節(jié)對(duì)象數(shù)學(xué)模型發(fā)生變化時(shí)（比如增益變化），對(duì)于相同數(shù)值的誤差信號(hào)、誤差微分信號(hào)和誤差積分信號(hào)，PID調(diào)節(jié)器無(wú)法分辨出對(duì)象數(shù)學(xué)模型的變化。即從誤差信號(hào)、誤差微分信號(hào)和誤差積分信號(hào)無(wú)法分辨出變化的原因是由干擾引起的還是由對(duì)象模型變化共同引起的。因此對(duì)誤差信號(hào)、誤差微分信號(hào)和誤差積分信號(hào)進(jìn)行的任何再加工和處理都無(wú)法獲得關(guān)于對(duì)象模型變化的信息，也就無(wú)法設(shè)計(jì)出具有對(duì)象模型變化適應(yīng)能力的調(diào)節(jié)器。

設(shè)計(jì)具有對(duì)象模型變化適應(yīng)能力的調(diào)節(jié)器所需要的信息要比設(shè)計(jì)針對(duì)固定模型的調(diào)節(jié)器所需要的信息要多，需要引入新變量，利用新變量來(lái)識(shí)別調(diào)節(jié)對(duì)象模型的變化。

對(duì)象模型的變化體現(xiàn)在增益、時(shí)間常數(shù)和階次三個(gè)方面。增益變化對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)影響最大，時(shí)間常數(shù)次之，階次通常可以認(rèn)為不變。若能確定調(diào)節(jié)對(duì)象模型中增益和時(shí)間常數(shù)對(duì)指導(dǎo)信號(hào)的函數(shù)關(guān)系，根據(jù)調(diào)節(jié)器工程整定方法就可確定PID調(diào)節(jié)器參數(shù)與指導(dǎo)信號(hào)的函數(shù)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)帶指導(dǎo)信號(hào)的PID調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器可保持調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能指標(biāo)在變工況下近似不變。

2PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定方法

3應(yīng)用示例

（1）火電廠主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

火電廠主汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象是大慣性熱工對(duì)象，階次高。為了提高火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性，通常對(duì)主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)提出較高的性能指標(biāo)，比如亞臨界鍋爐要求暫態(tài)偏差不能超過(guò)±8℃，穩(wěn)態(tài)偏差不能超過(guò)±2℃。

帶指導(dǎo)信號(hào)的主汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。內(nèi)回路采用P調(diào)節(jié)器，外回路采用PID調(diào)節(jié)器，G02（s）為導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)，G01（s）為惰性區(qū)傳遞函數(shù)，對(duì)于某超臨界600WM機(jī)組的鍋爐過(guò)熱器在4個(gè)特定工況下汽溫對(duì)噴水?dāng)_動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性如表1所示：

2仿真結(jié)果

對(duì)主汽溫在典型工況下的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真。在仿真試驗(yàn)中，內(nèi)回路采用P調(diào)節(jié)器，衰減率取為ψ＝0.75，使內(nèi)回路具有較強(qiáng)的克服擾動(dòng)的能力。對(duì)于外回路，為了減少主汽溫的波動(dòng)，取衰減率為ψ＝0.90。因?yàn)棣?.9＝1.6δ0.75，Ti0.9≈0.8Ti0.75。仿真結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出：采用帶指導(dǎo)信號(hào)的PID調(diào)節(jié)器，能夠在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，修正調(diào)節(jié)器參數(shù)，使調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)基本保持不變。

4小結(jié)

設(shè)計(jì)具有對(duì)象模型變化適應(yīng)能力的調(diào)節(jié)器所需要的信息要比設(shè)計(jì)針對(duì)固定模型的調(diào)節(jié)器所需要的信息要多。根據(jù)誤差信號(hào)及其導(dǎo)數(shù)信號(hào)無(wú)法識(shí)別熱工對(duì)象模型變化，需要引入指導(dǎo)信號(hào)，利用指導(dǎo)信號(hào)來(lái)識(shí)別調(diào)節(jié)對(duì)象模型的變化。導(dǎo)出了帶指導(dǎo)信號(hào)的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算公式，并通過(guò)舉例進(jìn)行了驗(yàn)證。

對(duì)于大慣性、高階次、變模型參數(shù)熱工對(duì)象，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定若干典型工況下熱工對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線，擬合模型參數(shù)隨工況的變化的函數(shù)關(guān)系，然后可根據(jù)文中所述方法設(shè)計(jì)出變參數(shù)PID調(diào)節(jié)器，使變工況下調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)近似不變。

在常規(guī)熱工對(duì)象模型參數(shù)中引入指導(dǎo)信號(hào)，利用常規(guī)PID調(diào)節(jié)器整定理論可以處理變模型熱工對(duì)象的控制問(wèn)題，提出了通過(guò)線性控制理論擴(kuò)展來(lái)處理非線性控制理論的新方法。這方法有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，簡(jiǎn)捷實(shí)用。

參考文獻(xiàn)

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