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智能PID算法在远程液位控制系统中的应用

2012-05-11 11:21
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1、引言

  在工业过程控制系统中,目前采用最多的控制方式依然是PID控制。即使在美国、日本等工业发达国家,PID控制的使用率仍达90%,可见PID控制在工业过程控制中占有异常重要的地位。PID控制技术经历了数十年的发展,从模拟PID控制发展到数字PID控制,技术不断完善与成熟。尤其近十多年来,随着微处理技术的发展,国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃,智能控制技术发展迅速,如专家控制、自适应控制、模糊控制等,现已成为工业过程控制的重要组成部分。智能控制与常规PID控制相结合,形成所谓智能PID控制,这种新型的控制方式已引起人们的普遍关注和极大兴趣,并已得到较为广泛的应用。本文介绍了一种应用于远程液位控制的智能PID控制算法,它有不依赖于系统控制对象精确模型的特点,有较好的鲁棒性。

2、控制对象及特征

  某建材企业的生产用水以河水为水源,简单净化后经加压泵站输送到屋顶水池,然后由屋顶水池经自然落差送往生产车间。加压泵采用变频控制。系统框图如图1所示。

  

  为保证水池的水位维持在设定的位置,使加压泵输送到水池的水量与车间的用水量相一致,达到节电节水的目的,就必须根据用水量的变化及时调节加压泵的转速(即出水量)。然而由于屋顶水池与加压泵站的距离较远,从加压泵站给水量的增减到屋顶水池水位的变化,需经过长距离的输送管道,受管网压力、流量的影响,系统惯性大,滞后时间长,用常规的PID控制方式系统产生振荡,水位大范围波动不定。针对上述特征,采用可编程控制器实现的智能PID控制方案较好地解决了这一问题。

3、常规的PID控制

  通常闭环控制系统由控制器、执行部件、被控对象以及反馈检测元件几部分组成。原理框图如图2所示。

  

  在闭环控制系统中,控制器是系统的核心,其控制算法决定了系统的控制特性和控制效果。控制器最常用的控制规律是PID控制。PID控制器是一种线性控制器,它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t)(e(t)= r(t)-c(t)),将偏差e(t)的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量,对被控制对象进行控制,故称为PID控制器。

4、智能PID控制算法

  4.1典型的二阶系统分析

  

  典型的二阶系统单位阶跃响应误差曲线如图3所示。在图3中Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ……区域,误差朝绝对值减小的方向变化,此时可实施较弱的控制作用或保持等待。在Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ……区域,误差朝绝对值增大的方向变化,此时可根据误差的大小分别实施较强的或一般的控制作用。对于典型二阶系统阶跃响应过程分析如下。

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