反應釜溫度控制系統(tǒng)的研究

反應釜是化工生產(chǎn)過程中的重要設備,反應過程中伴隨有大量的吸、放熱現(xiàn)象,具有大滯后、時變、非線性、反應機理復雜等特點。傳統(tǒng)的PID控制是一種基于過程參數(shù)的控制方法,具有控制原理簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高、參數(shù)易調整等優(yōu)點,但其設計依賴于被控對象的數(shù)學模型,在線整定參數(shù)的能力差,而反應釜因為機理復雜、各個參數(shù)在系統(tǒng)反應過程中時變,不能建立的數(shù)學模型,不能滿足系統(tǒng)在不同條件下對參數(shù)自整定的要求,因而采用一般的PID控制器無法實現(xiàn)對反應釜的控制。 模糊控制是一種基于規(guī)則的語言控制,在設計中不需要建立被控對象的數(shù)學模型,魯棒性強,干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱,摔制效果好。但模糊控制器是以誤差和誤差變化作為輸入變量,這種控制器具有模糊比例-微分控制作用,精度不太高、穩(wěn)態(tài)誤差較大、自適應能力有限和易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。預測控制是一種優(yōu)化控制算法,它是通過對某一性能指標的*來確定未來的控制作用的,具有對模型要求低、魯棒性好、適用于數(shù)字計算機控制的優(yōu)點。由于計算機模型預測控制具有良好的跟蹤性能,能有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和消除誤差,對滯后過程有明顯控制效果,更加符合工業(yè)溫度控制的實際要求,從而大大提高了溫度控制系統(tǒng)的性能。分析反應釜溫度變化的特點以及控制難點,總結當前溫度控制系統(tǒng)精度差的根本原因,在此基礎上采用基于預測的模糊自整定PID集成控制技術實現(xiàn)反應釜溫度控制,其主要思想是利用系統(tǒng)模型的預測輸出,結合常規(guī)PID的控制經(jīng)驗,采用模糊推理方法,對控制器算法進行改進。實驗結果表明,與通常的PID控制方案相比,該方案提高了系統(tǒng)的魯棒性和適應性,較好的解決了反應釜溫度控制的難題。完成了反應釜溫度控制系統(tǒng)的硬件電路的設計、系統(tǒng)軟件的編譯與調試,對基于預測的模糊自整定PID溫度控制系統(tǒng)進行了仿真與實驗研究,與PIU控制方法相比,控制性能更加穩(wěn)定,可靠性更高,實時性、適應性、魯棒性都顯著增強,控制效果較好。