反應釜溫度控制系統的研究

反應釜是化工生產過程中的重要設備,反應過程中伴隨有大量的吸、放熱現象,具有大滯后、時變、非線性、反應機理復雜等特點。傳統的PID控制是一種基于過程參數的控制方法,具有控制原理簡單、穩定性好、可靠性高、參數易調整等優點,但其設計依賴于被控對象的數學模型,在線整定參數的能力差,而反應釜因為機理復雜、各個參數在系統反應過程中時變,不能建立的數學模型,不能滿足系統在不同條件下對參數自整定的要求,因而采用一般的PID控制器無法實現對反應釜的控制。 模糊控制是一種基于規則的語言控制,在設計中不需要建立被控對象的數學模型,魯棒性強,干擾和參數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、穩態誤差較大、自適應能力有限和易產生振蕩現象。預測控制是一種優化控制算法,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、適用于數字計算機控制的優點。由于計算機模型預測控制具有良好的跟蹤性能,能有效地提高系統的穩定性和消除誤差,對滯后過程有明顯控制效果,更加符合工業溫度控制的實際要求,從而大大提高了溫度控制系統的性能。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集成控制技術實現反應釜溫度控制,其主要思想是利用系統模型的預測輸出,結合常規PID的控制經驗,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的硬件電路的設計、系統軟件的編譯與調試,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。