胡徐勝，劉　娟，吳靜妹

(1.河海大學(xué) 文天學(xué)院，安徽 馬鞍山 243031; 2.馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000)

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改進(jìn)型PID控制在水泥窯垃圾焚燒溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡徐勝1，劉娟2，吳靜妹1

(1.河海大學(xué) 文天學(xué)院，安徽 馬鞍山 243031; 2.馬鞍山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000)

摘要：水泥窯垃圾焚燒控制一般采用傳統(tǒng)PID控制，其控制效果一般。因此對傳統(tǒng)PID提出改進(jìn)，當(dāng)實際溫度和設(shè)定溫度差值較大時采用PD控制，而當(dāng)溫度差值較低時采用增量式PID控制。改進(jìn)型PID控制算法，通過對控制方案的選擇，對水泥窯垃圾焚燒控制系統(tǒng)進(jìn)行控制決策和判定，避免了傳統(tǒng)PID控制的缺點(diǎn)，達(dá)到了提升控制性能的效果。

關(guān)鍵詞：自動控制；垃圾焚燒；溫度控制；改進(jìn)型PID

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2016.02.022

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國城市化進(jìn)程日益加快，城市每天產(chǎn)生大量的生活垃圾。對城市生活垃圾的處理這一問題成為很多地方政府急需解決的難題。垃圾的處理一般采用填埋法，但是現(xiàn)在土地資源越來越稀少，這使得填埋法的成本越來越高。隨著垃圾焚燒技術(shù)的興起，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理城市生活垃圾已經(jīng)在國內(nèi)多個城市投產(chǎn)運(yùn)行，效果顯著。但是目前用水泥回轉(zhuǎn)窯處理城市生活垃圾采用的是普通的PID控制方法[1]，其控制效果難免受到傳統(tǒng)PID自身缺陷而產(chǎn)生負(fù)面影響。本文采用改進(jìn)型PID控制，較好地繼承了傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)點(diǎn)，又減少了超調(diào)量，改善了控制效果。

1改進(jìn)型PID控制算法

在普通的PID控制器中引入積分環(huán)節(jié)的目的，主要是為了消除靜差、提高精度[2]。但在過程的啟動、結(jié)束或大幅度增減設(shè)定值時，短時間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大的偏差，會造成PID運(yùn)算的積分積累，致使控制量可能超過執(zhí)行機(jī)構(gòu)最大動作范圍對應(yīng)的極限控制量，最終引起系統(tǒng)較大的超調(diào)，甚至引起系統(tǒng)的震蕩[3]。為此，引進(jìn)積分分離PID控制算法[4]，既保留了傳統(tǒng)PID控制算法的優(yōu)點(diǎn)，又減少了超調(diào)量，使得控制性能有了較大的改善。積分分離PID控制算法具體算法如下[5]，

(1)當(dāng)|e(k)|≥εt時，取λ=0，進(jìn)行PD控制，其控制算法[6-8]為

Ae(k)-Be(k-1)=Ae(k)-f(k-1)

(1)

(2)當(dāng)|e(k)|<εt時，取λ=1，進(jìn)行PID控制，采用增量式PID控制算法[3]，即u(k)-u(k-1)=Ce(k)-De(k-1)+Ee(k-2),

u(k)=Ce(k)+u(k-1)-De(k-1)+Ee(k-2)=

Ce(k)+h(k-1)

(2)

式中，

h(k-1) =u(k-1)-De(k-1)+E(k-2)。

具體算法流程圖如圖1所示。

圖1改進(jìn)型PID算法流程圖

2改進(jìn)型PID控制過程

在垃圾焚燒過程中，需要控制較高恒定溫度以免產(chǎn)生毒性很強(qiáng)的危害物二噁英，故需進(jìn)行溫度控制。本系統(tǒng)的目標(biāo)是進(jìn)行溫度控制，當(dāng)測得溫度和設(shè)定的溫度(如800 ℃)有偏差時，通過改進(jìn)型PID控制調(diào)節(jié)進(jìn)煤量實現(xiàn)對溫度的控制，具體控制過程如下。

(1)根據(jù)實際情況，人為設(shè)定一個溫度范圍εt>0。

(2)當(dāng)溫度偏差的絕對值|e(k)|≥εt，即溫度偏差較大時，采用PD控制，可避免過大的超調(diào)，又保證了系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。

(3)當(dāng)溫度偏差的絕對值|e(k)|<εt，即偏差較小時，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。

寫成計算公式，可在積分項前乘一函數(shù)λ，其解析式如下

(3)

需要指出的是，上述過程中溫度范圍εt的具體取值可以咨詢對水泥窯垃圾焚燒溫度控制要求非常熟悉的工程技術(shù)人員，也可先取εt=20 ℃，后經(jīng)反復(fù)試驗取得一個最合適的值。

3仿真結(jié)果

3.1傳統(tǒng)PID控制的仿真

采用傳統(tǒng)PID控制的仿真結(jié)果如圖2。由圖2可知，在溫度控制的初始階段，由于實際溫度和設(shè)定溫度850 ℃之間有較大差距，控制效果不好；控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，穩(wěn)態(tài)誤差較低，控制效果理想。

圖2　傳統(tǒng)PID控制仿真

3.2改進(jìn)型PID控制的仿真

采用改進(jìn)型PID控制的仿真結(jié)果如圖3。顯然，與圖2相比較，在溫度控制的初始階段，雖然實際溫度和設(shè)定溫度850 ℃之間有較大差距，但是采用了PD控制，控制效果較好；當(dāng)實際溫度和設(shè)定溫度850 ℃之間差距較小時，轉(zhuǎn)換成PID控制，控制效果理想。

圖3　改進(jìn)型PID控制仿真

對比傳統(tǒng)PID控制和改進(jìn)型PID控制的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在溫度控制的初始階段，后者控制效果更好；在溫度控制的成熟階段，二者控制效果基本相同。

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ImprovedPIDControlTemperatureSystemofWasteBurningwithinCementKiln

HUXu-sheng1，LIUJuan2，WUJing-mei1

(1.WentianCollegeofHohaiUniversity,Ma’anshan,Anhui243031，China;2.Ma’anshanTechnicalCollege,Ma’anshan,Anhui243000，China)

Abstract:TemperaturecontrolsystemofwasteburningwithinCementkilnusuallyusestraditionalPID,whichoftenresultsgeneraleffect.Whenthedifferencebetweenrealtemperatureandgiventemperatureislarge,PDcontrolshouldbechosen.Otherwise,improvedPIDcontrolshouldbechosen.TheimprovedPIDcontrolstemperaturesystemofwasteburningwithinCementkilnbychoosingdifferentcontrolschemes,whichavoidsthedefectoftraditionalPID,andachievesabettercontrolresult.

Keywords:Auto-Control；wasteburning；temperaturecontrol；improvedPID

* 收稿日期：2015-10-08

基金項目：河海大學(xué)文天學(xué)院2015年校級科研項目(WT14005)。

作者簡介：胡徐勝，男，安徽太湖人，碩士，河海大學(xué)文天學(xué)院電氣系講師，研究方向為電氣、自動化。 E-mail: hsvict168@163.com

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-4260(2016)02-0093-03

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-06-08 12:57網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20160608.1257.022.html