制粒湿度PID控制器设计

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（1.聊城大学 汽车与交通工程学院，山东 聊城 252059；2.山东省冶金设计院股份有限公司，山东 济南 250101）

烧结原料在进入烧结机之前，须按一定比例进行混合，通过加水搅拌，制成一定的球状颗粒，以促进矿料充分燃烧并参与反应，提高产品质量。所以烧结料的适宜水分是保证造球的重要条件，对制粒过程中湿度控制的好坏对产品质量具有重要的影响［1］。制粒湿度控制系统的原理是：首先由水分检测仪检测出料湿度信号，在控制器内此信号与设定值进行比较，经过相关的控制运算后输出信号给阀门，通过调整阀门的开口度来控制水流量，从而达到对湿度进行控制的目的，通常需3～5min后才能检测到水分的变化［2］。

由于制粒湿度过程存在着大滞后时间，传统的控制方法难以取得较好的控制效果，所以出现了将先进控制引入到制粒湿度过程的控制方法［3-5］。制粒湿度控制框图如图1所示。本文针对制粒湿度控制特点，提出一种简洁的串级控制方案，两个控制器都采用解析设计方法，能够有效克服制粒过程中存在的大滞后，具有较好的控制效果。

图1 制粒湿度控制框图Fig.1 Granulating humidity control structure

1 控制系统设计

本文采用的控制结构见图2、图3，其中C1（s）和C2（s）分别为主回路控制器和副回路控制器。

图2 串级控制结构图Fig.2 Cascade control structure

图3 内模控制结构图Fig.3 Internal model control structure

1.1 副回路控制器C2（s）

标称情况下，由图2可得到以下传递函数：

在此采用基于内模控制的单位负反馈方法设计控制器C2（s）：C（s）为图3中的内模控制器，考虑中间级过程模型根据内模控制器的设计原理，控制器C（s）可设计为［6］