浅谈PID控制在复烤机回潮段温度控制中的应用

黄胜胜

摘要：在各种工业控制器中，PID控制器以其简单而有效的特点占据主要的位置。在实际应用中，如何得到更优的PID控制器参数一直是一个比较复杂的问题。针对我厂复烤机回潮段的温度PID控制参数整定不合理，使得温度响应时间长，控制精度低的问题，利用临界比例法对PID参数进行再整定，实现了对回潮区温度的稳定控制。

关键词：回潮区；PID控制；临界比例法

0、引言

烟叶复烤机主要用途是对打叶分离之后的烟叶片进行复烤处理，使叶片的水分、温度达到规定的工艺技术指标。烟叶复烤机按工艺特点主要分干燥段、冷却段和回潮段。其中回潮段工艺介质的过程控制，是保证烤后叶片水分均匀性和温度达到指标。目前回潮区的温度控制方式均采用传统的PID进行控制。

1、回潮段温度PID控制原理

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单及可靠性高，被广泛应用予过程控制和运动控制中。PID控制在实际中可分为PI控制和PID控制，回潮段温度控制采用的是PI控制，其基本原理是将设定温度与温度检测实际温度的偏差的比例（P）、积分（I）通过线性组合构成控制量，对蒸汽阀门进行控制，如图1所示。

图1 PID控制原理

在PID调节参数中，比例系数增大，会使调节阀的动作灵敏，运行速度加快。缺点是存在静差。在系统稳定的情况下，增大比例值，有利于减小稳态误差，提高控制精度。但随着比例增大，系统响应过程中的振荡次数会增多，调节时间加长。当比例值太大时，系统将趋于不稳定；若太小，会减低系统的响应速度。引入积分的目的是为了消除静差，提高精度。但积分时间太小，在过程的启动、结束或大幅度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差，会造成PID运算的积分积累，致使控制量超出极限控制量，最终引起系统较大的超调，甚至造成系统振荡。积分时间太大时，积分作用对系统的性能影响减小，不利于消除系统稳态误差，难以获得较高的控制精度。所以PID温度控制过程需要进行参数整定，使得由控制对象、控制器等组成的控制回路的动态特性满足期望的指标要求，达到理想的控制目标。

2、PID参数的整定

1、PID参数的整定方法

PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类，理论计算整定法与工程整定法。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。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參数，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）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

2、PID参数的整定

以回潮一区为例，原来的P、I值分别为2.5和200S，温度控制响应时间超过5分钟，控制精度在±2.0℃，不符合工艺指标。利用临界比例法进行PID参数整定得到下表，再根据积分拐点计算与生产验证最终得到P为1.8，I值为65s，此时温度控制的响应时间为3分钟，控制精度为±1.0℃。

3、结论

PID控制器参数整定方法的不断发展，要求我们能够充分并尽可能少地利用系统的己知信息，得到控制效果更佳的PID控制器参数，本文从介绍回潮区温度PID控制出发，利用临界比例法结合趋势图进行PID参数的整定。生产实践表明，利用临界比例法重新整定参数后，回潮区的温度控制动态特性满足工艺要求，具有较强的实用性和可操作性。

参考文献：

[1]邱望标，李超，李雪梅.基于PID控制的烟草烘丝机温度控制系统研究[J].安徽农业科学，2009（07）.

[2]薛弘晔.计算机控制技术[M].西安电子科技大学出版社，2014.