基于改进型PID控制算法实现对反应釜温度的精确控制

摘 要：从改进型PID控制算法在当前工业自动化领域的发展趋势与应用前景入手，介绍了改进型PID相比于常规PID在控制算法上的升级改进，阐述了改进型PID控制算法在工业反应釜控制领域的广泛应用前景，提出了一种基于反应釜温度控制的PID控制算法。

关键词：改进型PID；控制算法；反应釜温度控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.150

1 概述

传统的PID控制只能用在普通的工业领域，当生产条件恶劣，反应条件复杂，介质多变时，传统PID控制往往存在精度不高，可控性较差的问题。在工业高温反应釜等特殊化工领域，高精度温控系统在反应釜温度控制中占有相当重要的地位，在反应釜燃烧及流体深加工过程中，对反应釜内的温度控制提出了极高要求，受不同流体种类、浓度的影响，反应釜中会有剧烈的吸热、放热过程，反应釜中温度的巨变不利于流体的加工烧制，传统PID控制算法很难达到温度的精确控制。流体加工过程中需要按照特定工艺实现温度的精确控制，因此开发先进的PID控制算法实现对反应釜温度的精确控制具有极高的意义。

2 系统架构

本PID控制系统针对反应釜高温系统的特点以及行业标准，控制系统在硬件选型以及软件设计方面做了详细的论证与研究。

在控制系统硬件选型方面：生产线外围设备控制均选用西门子、施耐德等品牌的成熟产品，下位控制主站采用西门子 PLC，分站选用ET200M系列，相关模拟量信号进行了就近采集，保证了采集精度，方便控制；上位控制采用西门子WINCC上位组态软件，电脑选用研华特殊系列工业电脑，保证系统在高温环境下的可靠、稳定运行。

在控制系统软件设计方面：系统温度的数据采集与控制，在选用专用采集模块以及可靠补偿导线的基础上，通过计算温度在不同阶段的偏差值，对采集温度进行实时修正补偿，保证采集数据的准确可靠；系统流量控制根据现场控制曲线特点选用等百分比流量特性调节阀与流量反馈的流量计组成闭环系统的同时，在程序内部又引入了改进型的PID控制算法，实际符合反应釜温控曲线的温度调节功能块，进一步解决了流量与温度、流量与压力、温度与压力之间的控制关系，达到了对反应釜温度的精确控制。

3 应用分析

传统PID控制是一种基于过程参数的控制算法。传统PID控制相对简单，其以被控对象的精确稳定的数学模型为基础。但反应釜系统具有流体种类多元化，浓度不定等特点，导致其温度不能建立准确的数学模型。温度時变性较大，传统PID调节过程中存在超调量很大，振荡剧烈，滞后严重等问题。传统PID在反应釜温控系统中不能建立精确的数学模型，无法达到对反应釜要求温度的准确控制。

在改进式PID控制中，通过前后2次输出差值的计算达到精确控制。其执行的是对偏差值的输出控制。首先我们得到采样时刻K的控制输出值，由式（1.1）计算得出：

化简后由上式可以推出系统首先要选取合适的采样周期T，保证采样频率大于2倍以上的信号频率。根据反应釜高温系统的特点选取A、B、C合适的PID调节参数，取前后三次误差值的平均，通过A、B、C参数调节达到稳定的调节状态。

传统PID和改进式PID对反应釜高温系统调节曲线如图，传统型PID在超调、振荡方面存在明显不足，改进型PID在稳定性方面具有明显优势。

4 结束语

综上所述，改进型PID在反应釜高温系统调节方面具有超调小，振荡小，滞后性小，稳定性好等特点，在相关工艺生产中依据实际情况调节好A，B，C参数，选择合适的采样频率，同时在硬件选型方面采取合理配置，大大增强了系统的稳定性。

参考文献：

[1]娄磊，杨逢瑜，王顺，王其磊，陈君辉.模糊PID控制在电液伺服系统中的应用[J].液压与气动，2009（07）：52-54.

[2]姜建芳.西门子S7-300/400PLC工程应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

作者简介：朱广文（1991-），男，山东青岛人，硕士研究生，工程师，从事工业自动化工作。