[论文]PID控制系统的解析法整定及仿真设计

毕业设计课程定做 QQ1714879127毕业设计 题 目PID控制系统的解析法整定及仿真设计摘要目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（Intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。纯碱碳化塔中部温度控制中,对象本身滞后较大,用传统PID调节中部温度,其建立时间过长.改用智能PID控制与常规PID控制相结合的方法,利用多模式智能控制对付系统的暂态过程,用常规PID对付系统的稳态过程,极大地降低系统建立时间,增强了系统的抗干扰能力。关键词：控制系统；智能调节器；PID控制；仿人智能控制；温度控制；碳化塔AbstractAt present, the PID control and the controller or the intelligent PID controller (measuring appliance) already very were many, the product actual obtained the widespread application in the project, Has various PID controller product, each big company developed had the PID parameter self regulating to decide the function the intelligent regulator (Intelligent regulator), PID controller parameter automatic control is through the intellectualized adjustment or the self-correcting, the auto-adapted algorithm realizes. Has uses the PID control realization the pressure, the temperature, the current capacity, the fluid position controller, can realize PID control function programmable controller (PLC), but also has may realize PID control PC system and so on.Because the temperature in the middle part of the alkali-making reaction tower is of great delay, the traditional PID controlling the middle part temperature is of disadvantantage which is that its setting time was long. In contrast, adopting the method of the intelligent PID control and traditional PID control, dealing transient process with the intelligent PID,and dealing steady state with traditional PID control has decreased systems setting time and increased systems capability of counteract interference.Keywords: control system; PLC; Intelligent regulator; PID control; simulating-human intelligent control; temperature control; carbonization tower 目 录一、绪论.1（一）什么是 PID.1（二）PID调节概念及基本原理. 1 1. 开环控制系统. 22. 闭环控制系统. 23. 阶跃响应. .24. PID控制的原理和特点. 35. PID控制器的参数整定. .4(三) PID调节功能简介. .41. 比例调节器. . .。42. 比例积分调节器（PI）. .53. 比例微分调节器（PD）.64. PID调节器.7(四) PID调节控制系统的分类.71. 控制系统的结构.82. 开环控制系统.83. 闭环控制系统.84. 阶跃响应. 9(五) PID调节PID调节原理.101. 比例（P）控制.122. 积分（I）控制 .123. 微分（D）控制.12(六) PID调节PID参数整定.121. 理论计算整定法.132. 工程整定方法.13(七) 比例式调节及其基本原理.131. 连续比例调节. 132. 时间比例调节.14二 、仿人智能PID控制器及其应用. .15（一） 工业背景. 15（二） 中温控制策略. 16（三） 多模式智能控制器的设计构成.17（四） 智能控制器参数整定及其控制效果. 18（五） 结束语. 20谢词. . . 21参考文献. .22毕业设计课程定做 QQ1714879127一、绪论（一） 什么是 PIDPID 代表Proportional-Integral-Differential，即比例积分微分，指的是一项流行的线性控制策略。在 PID控制器中，错误信号（受控系统期望的温度与实际温度之间的差值）在加到温度控制电源驱动电路之前先分别以三种方式（比例、积分和微分）被放大。比例增益向错误信号提供瞬时响应。积分增益求出错误信号的积分，并将错误减低到接近零的水平，积分增益还有助于过滤掉实测温度信号中的噪音。微分增益使驱动依赖于实测温度的变化率，正确运用微分增益能缩短响应定位点改变或其它干扰所需的稳定时间。然而，在许多情况下，比例积分（PI: Proportional-Integral，没有微分增益）控制策略也可以产生满足要求的结果，而且通常要比完全的 PID控制器更容易调整到稳定的运行状态，并获得符合要求的稳定时间。（二） PID调节概念及基本原理目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（Intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器（PLC） 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。1 开环控制系统开环控制系统（Open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（Controller）的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。2 闭环控制系统闭环控制系统（Closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（Negative Feedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。3 阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入（Step function）加到系统上时系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性（Stability），一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来（Steady-state error）描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。4 PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。（1） 比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。（2） 积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（3） 微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。5 PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进PID控制器参数整定的步骤如下：（1） 首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2） 仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3） 在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。(三) PID调节功能简介1 比例调节器比例调节器是最简单的一种控制系统器结构，如图1图1中，x为给定值；y为输出值；e为偏差；e=x-f；u为控制量其中u0为控制常量(e=0的控制作用)。Kp为比例系数，它决定控制作用的强弱，有偏差才有控制作用u。只有e变化，u才变化。比例调节器的特点是简单、快速。缺点是对具有自平衡性的控制对象有静差，另一个缺点是对有滞后（惯性）的系统，可能产生震荡。动态特性也差。2 比例积分调节器（PI）比例调节器具有静差，为了解决此问题，可引入积分环节。如图2它的控制输出：Ti微积分常数。Ti越大，积分作用越弱。传递函数为：当e固定时，积分环节有累加e的作用，使u越来越大，可减小静差。即使当e比较小，过一段时间（由Ti决定）u仍将增大，使系统输出增大到所要求得值。积分控制可提高系统的抗干扰能力，减小静差。适用于有自平衡性的系统，但它有滞后现象，使系统响应速度变慢。超调量变大，也可能产生振荡。3 比例微分调节器（PD）在比例调节器的基础上增加微分（Difference）环节，可减小超调，使系统趋于稳定。 如图3它的控制输出：Td为微分常数；Td越大，微分作用越强。传递函数为：比例微分调节器对误差的任何变化，都产生一个控制作用ud，阻止误差的变化。e变化越快，ud越大，输出校正量也越大。它有助于减少超调，克服震荡，使系统趋于稳定。同时，加快系统的响应速度，见效调整时间，从而改善了系统的动态特性。它的缺点是抗干扰能力变差。4 PID调节器PID调节器包含有比例器、积分器、微分器。积分器能消除静差，提高精度，但使系统的响应速度变慢，稳定性变坏。微分器能增加稳定性，加快响应速度。比例器为基本环节。PID调节器如图4。三者和用选择适当的参数，可实现稳定的控制。PID调节器的控制输出为：传递函数为：(四) PID调节控制系统的分类自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业生产和国民经济各行业起着关键的作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。古典控制最早和最典型的实例是蒸汽机的离心式飞锤调速器控制现代控制的典型的实例是火炮的控制阿波罗登月的实现智能控制的实例有模糊全自动洗衣机等等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。1 控制系统的结构一个控制系统包括控制器传感器变送器执行机构输入输出接口，见图五。控制器的输出经过输出接口、执行机构加到被控系统上控制系统的被控量经过传感器变送器通过输入接口送到控制器。不同的控制系统其传感器变送器执行机构是不一样的。比如一个电加热炉控制系统被控制量是温度传感器是温度传感器。压力控制系统要采用压力传感器。2 开环控制系统开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响，如图六所示。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何死循环回路。开环控制系统的例子很多，比如：汽车引擎的空转速率控制系统一般的洗衣机，它的洗衣时间完全由人为操作来判断与估计。图中扰动量是指系统的干扰(disturbance)，给定量是指系统的参考输入(reference input)，被控制量是指被控对象的输出，控制信号是指控制器的输出。3 闭环控制系统闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。图1给出一个闭环控制系统(负反馈)的结构图。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，当他去拿东西的时候，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后拿到所要取的东西。当然，如果这个人是一个瞎子，他没有眼睛，不能看见所要拿的物品，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另一个例子是上面我们所说的洗衣机，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗清及在洗清之后能自动切断电源的装置的时候，它就是一个死循环控制系统。4 阶跃响应图七表示的是一个系统的阶跃响应(step response) 。图七阶跃响应是指将一个阶跃输入（Step function）加到系统上时系统的输出图中红线所示。稳态误差是指系统的响应进入稳态后；系统的期望输出与实际输出之差。 控制系统的性能指针可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。(五) PID调节PID调节原理在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近60年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用PID控制技术。比例积分微分（PID）控制包含比例（P）、积分（I）、微分（D）三部分，实际中也有PI和PD控制器。图八PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，图八中给出了一个PID控制的结构图，控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中可用公式表示如下：公式中e(t)表示误差、控制器的输入，u(t)是控制器的输出，Kp为比例系数，Td积分时间常数，Ti为微分时间常数。式又可表示为：,公式中U（s）和E（s）分别为u（t）和e（t）的拉氏变换， Kp、Ki、Kd分别为控制器的比例、积分、微分系数。1 比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差讯号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。2 积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差讯号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。3 微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差讯号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性的组件（环节）和（或）有滞后(delay)的组件，使力图克服误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使克服误差的作用的变化要有些“超前”，即在误差接近零时，克服误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使克服误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重地冲过头。所以对有较大惯性和（或）滞后的被控对象，比例+微分(PD)的控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。(六) PID调节PID参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数（P）、积分时间（I）和微分时间（D）的大小。1 理论计算整定法PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：它主要是依据系统的数学模型，采用控制理论中的一些方法，经过理论计算确定控制器参数。这种方法不仅计算繁琐，而且过分依赖系统的数学模型，所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。2工程整定方法它主要依赖工程经验，直接在控制系统的实验中进行，且方法简单、易于掌握，相当实用，从而在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例度法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后的调整与完善。现在一般采用的是临界比例度法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下查表或通过公式计算得到 PID控制器的参数。(七) 比例式调节及其基本原理1连续比例调节比例的符号为P，凡比例式调节的仪表，均应有一合适（如5%）的比例带，比例带的含义是使仪表的输出从最大改变到最小时，所需输入信号的变化量占仪表全量程的百分比。比例带设置得越小，相等的输入信号变化量可使输出有更大的改变，反之亦然。比例带的作用是使仪表的调节输出与设定偏差之间有一段逆向的、几近线性特性的调节区域，在比例带内，输入信号的连续增加将使仪表的调节输出成比例地连续下降，直至输入增加到比例带的上限值时，信铺的输出降低为零。连续调节仪表的输出方式一般可分为可控硅移相触发方式和可逆电机驱动电感式调压器方式，前者使用寿命长，应用越来越广泛，但有射频干扰，如不加处理易对电网产生污染。后者使用寿命短，比较笨重，除了有特殊要求的场合外，一般已很少采用。2 时间比例调节与上述连续比例式调节相比，时间比例式调节的差别在于其对负载的调节是用脉宽调制方式，以改变单位时间（即周期）内平均加热功率的方式来实现的。如果一个1000瓦的电炉在30秒钟周期内通电15秒钟，断电15秒钟，那么在这个周期内，电炉实际得到的加热功率为50%，即500瓦。依次类推，就可以用简单的继电器触点通与断之间的时间比值，即用改变“接通”与“关断”二者占空比的办法，模拟输出具有相当分辨率的连续量。由于多数情况下被控对象有较大的热容量，几十秒钟的通断周期不会表现在被控对象的温度速变上，因此有很宽的应用范围。时间比例调节故又称作断续式比例调节。在用半导体固态继电器或可控硅作2秒钟左右短周期的时间比例调节的系统中，由于周期的缩短，其实际调节效果与连续比例调节已几乎无差别，且具有无噪音，长寿命的特点，过零触发型还有无电源污染等优点，故应用已越来越广泛。时间比例调节的基本原理当实际温度进入仪表的下比例带时，继电器即开始周期性地释放、吸合，靠改变吸与放的时间之比值来改变加热负载上的平均加热功率，从而改变温度的目的。吸放的时间同设定值与测量值的偏差成正比，即偏差越大，单位时间（即吸放周期T）内吸合时间越长，反之越短；当偏差为零时，吸放时间相等；而出现负偏差时，吸合时间比释放时间短，直至测量值到达比例带上限，继电器不再吸合，负载上无输出。继电器的吸合与否一般由仪表面板上的输出指示灯来表示，点亮表示吸合，熄灭表示断开。继电器吸合时间T1和释放时间T2之和为时间比例的周期。而吸合时间T1与周期T之比为时间比值。当测量值小于比例带下限时，负载上的电压为90%以上，当进入比例带后，负载上的加热电压逐渐下降，当测量值达到比例带上限时，加热电压降至供电电压的5%以下。与位式调节相比，时间比例式调节对负载的调节是由偏差决定、连续改变输出量的大小这一方式去实现的，因此调节结果的波动较小。在有扰动时，被控对象能很快趋向平稳。在比例带值合适的情况下，不会产生持续的振荡现象。比例调节的静差比例或时间比例调节在系统稳定后，其实际温度值与设定温度值之间有时会有一个偏差，即调节的结果值与设置的目标值之间有一差值，专业上称之为“静差”，静差一般为数摄氏度，可正可负。静差的大小和方向取决于全输出时加热功率的高低、环境温度或电网电压的改变和比例带的大小等多种原因。注：比例或时间比例调节的仪表不适用于制冷及空调系统。比例、积分、微分（PID）调节PID是比例（P）、积分（I）、微分（D）作用的简称，仪表的比例带在系统调节中所起的作用已在前面的比例式仪表中阐述，不再重复。二、仿人智能PID控制器及其应用（一） 工业背景在纯碱生产过程中，碳化是较为重要的一环。其任务主要是将CA（碳铵）在碳化塔内吸收CO2进行化学反应，生成结晶粗大的碳酸氢钠，符合要求的碱液送下一工序。以30圈碳化塔为例，制碱时，CA由塔第27圈进入，与塔底进入的下段气（CO2）90）和第六圈进入的中断气（CO2）40）逆流进行反应，经冷却生成带重碱晶粒的悬浮液。塔内的主要化学反应为放热反应。整个塔内反应点位于15圈到18圈之间，采用18圈温度与CA温度之差作为主参数对出碱流量进行串级控制。长期实践发现温差控制在较小范围内产品产量高，质量较好。当温差大于规定值时，反应点上移，CO2反应不完全，应增大出碱量使反应点下移，保证出碱温度在正常值上。但系统容量大，又存在较大的纯滞后，在实际生产中发现CA温度变化5左右，传统PID控制建立时间约30min，控制效果不理想。（二） 中温控制策略碳化塔中部温度调解中，过程对象的容量滞后较大，也存在较大的测量滞后。由于以CO2决定产碱量，原则上不得有CO2放空，因而不能稳定进气外部条件即CO2气总管压力不稳定，是该控制系统的主要干扰因素。系统使用的控制方案是以第18圈温度与CA温度之差作为主参数，出碱量作为副参数，进塔CO2气有效成分量作为前馈量组成前馈串级控制系统，其控制方案如图一所示。图九 碳化塔中温控制方案原控制方案中，PID温度调节器起选正作用。当系统投入串级时，若温差测量值高于给定值，则增加副环给定值，带走更多热量，从而降低中部温度实现中部温度自调。在控制过程中，若只对中部温度采用传统PID控制，很难做到既能最佳跟踪设定值，又能有效抑制CO2来料工况的各种扰动。其原因在于传统PID控制即所谓阿一自由度PID控制只能设定一套PID参数，只能在系统要求的快速性、平稳性和准确性等三个方面寻求一个合理的折中。在原控制中，抑制干扰要求的快速性与目标值跟踪要求的平稳两特性矛盾，PID参数只能兼顾两方要求进行折中处理，并且系统滞后越大，控制效果越差。为此，把暂态和稳态区别对待，建立多模式智能控制方案，在中部温差值大于1时，采用智能控制方案，使系统尽快跟踪给定。当中温偏差值小于1，认为系统已接近稳态，此时系统切换到常规PID控制，增大系统阻尼，有效抑制系统超调，保证系统稳定且逐渐消除偏差。实践证明这一方案取得了较好的控制效果。（三） 多模式智能控制器的设计构成 在模糊控制中，一般选错误e,误差信号的一阶导数，误差信号的二阶倒数作为控制器的信息输入量。但是，对于正确的决策而言，信息输入量中很大一部分是冗余信息，只有表征主要特性的信息才起关键作用。为此，可以根据人工智能的思想，突出特性信息，去掉冗余信息，在控制决策上作较大的改进。众所周知，传统控制对工业多容自衡对象的控制中，控制器在纯比例控制的基础加入微分进行控制，可增加系统的阻尼，从而提高系统的相对稳定性。在相同稳定性的基础上，微分的加入可适当增加系统的比例增益，相应增加系统的响应速度，但不能消除系统的余差。但它带来的滞后将使系统的响应速度下降。在系统平稳、快速和准确等三方面的性能要求上，PID控制内部存在矛盾，主要是未把系统的暂态响应和稳态响应区别对待。根据此分析并结合仿人智能控制的思想，把响应过程按其特点分为4个阶段：1.响应初期 是系统响应的启动阶段，误差大，控制上主要考虑快速性，对系统可采用加速智能控制。2.响应中期 系统的误差变小，但由于响应初期能量的积聚表现出很大的惯性，这时的任务是在保证较快的响应速度的同时，抑制大的超调出现。这一时期的调节可取消系统的加速（储能）控制方式，甚至可以采用反向制动控制方式，以抑制大的超调出现。3.响应中后期 系统接近稳态，误差以变得较小，系统的主要任务是考虑稳态激励和稳态误差的问题。这时，系统处于保持观察状态，系统的稳态误差可由智能积分来消除。4.响应末期 系统响应以接近稳态，误差已变得较小，此时系统的快速性以不重要，主要考虑系统的稳态稳定和稳态准确无差的问题。采用传统PID反馈控制对付稳态稳定及准确是可行的。由此设计的主控制器结构方框图如图十。核心控制规则如下：规则（1）则 u=规则 （2）则 u=规则 （3）则 u=规则（4）则 u=K(e+)+,图十 智能控制器结构框图规则（1），（2），（3）描述了人们作为控制点的行为特点，规则（1）采用的加速控制模式，是一个正比例；规则（2）中也是一个正比例增益，但偏差的导数是非正的，采用减速控制模式，以抑制系统超调；规则（3）是等待系统进入状态。如果系统没有达到规定的状态控制规则将再次切换（1）（2）（3）。有规则（1）（2）（3）组成了多模式智能PID接替多模式智能PID工作，以保证系统的稳定状态和无差。（四） 智能控制器参数整定及其控制效果智能控制器主要有4个参数需整定：（加速比例），（制动比例），（制动系数，调整加速阶段与放能减速阶段的切换时刻）