比较新颖的方法优化温度控制器的过程

E.Kalaiselvan¹和j·多米尼克·泰戈尔²

E.I.学系副教授E,硕士工程学院,Trichy Tamilnadu,印度
项目助理,E.I.部门E,硕士工程学院,Trichy Tamilnadu,印度

文摘

提出了一种新颖的方法比较分析的基础上的各种优化用于PID控制器的仿真方面的设计温度控制过程。PID调优后的目的是由于其控制结构简单、令人满意的结果。对比的一些技术还和选择提供了卓越的调优参数。适用于实时温度控制实验的设置实现。使用MATLAB仿真是完全完成。这个各种优化方法是有利的对未来行业的人使用PID控制器。最后,实时温度控制实验的设置是使用相同的参数来实现的。结果进行了讨论。本文的主要目的是提高控制器的控制作用,为人们提供一个广泛的参考源在PID控制器对温度的过程。

关键字

传递函数、PID控制器优化的PID控制器,错误的标准——管理学院,伊势,ITAE、温度控制。

介绍

一般来说,PID控制器是一种通用的控制回路反馈机制用于计算误差值。计算误差值的测量过程变量和设定值之间的区别[1]。PID控制器是一个简单的三届控制器比例,积分和导数。比例取决于当前的错误,其抵消更。积分取决于过去的错误,它可以克服抵消,但涨溢值更多。导数取决于未来的错误但它可以克服抵消和过度,但它不能单独使用[3]。控制器的输出是由

(1)

K_p=比例增益

K_我=积分增益(K_p/τ_我)

K_d=微分增益(K_p*τ_d)

C (t) =控制信号。

e (t) =误差信号对时间

基于Matlab的实时控制是实现在这项研究中,控制实验的温度设置更为现实[12]。这个软件可以用于培训连续比例控制等控制方式、比例积分控制和PID控制,控制的重要模式。算术方程用来描述这些模式已经解决了使用MATLAB程序。单独的算法和MATLAB程序已经开发所有这些控制模式。2 d绘图附上支持的可视化生成控制器输出。

温度模型工具包的细节

温度控制教练是有预谋的理解的基本温度控制原则。设置过程包含与SSR控制加热器加热槽固定在线加热的水。流动的水可以操纵由轮值表计和测量。温度传感器(RTD)是用于温度传感。过程参数(温度)是由基于微处理器的数字控制指示控制器操纵热量的输入过程。这些单位以及必要的管道和配件安装在支撑架为桌面安装而设计的。控制器可以通过USB接口连接到计算机监控SCADA的过程模式。图2.1显示温度控制流程图教练。表2.1显示,温度控制教练的一些有价值的规范

传递函数的推导

一般来说,两个变量传递函数与物理过程;其中一个是原因(强制函数或输入变量),另一个是效果(响应或输出变量)[1]。它提供了有价值的洞察过程动力学和动力学的反馈系统。这个温度的过程是一个一阶死时间的过程。所以它可以被定义为

(2)

在那里,

K =增益常数(B / A)

θ=延迟时间

Τ=时间常数

在开环反应,控制器的输入值,获得初始的和最终的稳态值显示在表4.1。和记下的变化过程对时间价值从最初的稳定状态到最终状态。它显示在图4.1

通过使用这些参数,从开环反应延迟时间()= 7秒,获得(K) = 1.1481,时间常数= 35秒得到的图。eqn。(3)显示实时温度过程的开环反应。

(3)

PID调优方法

调优控制回路的调整控制参数(增益/比例带、积分增益/重置,微分增益/率)的最优值所需的控制响应[2]。一般稳定所需的响应和任意组合的过程不能摆动过程条件和设置点[3]。以下PID优化公式是:

a . Ziegler-Nichols (zn)方法(1942):它是取决于最终获得Ku和最终的你。。

b . Tyreus-Luyben调优方法(1992):这取决于你最终获得Ku和最终的时期。

c . Cohen-Coon(碳碳)方法(1953):基于过程反应曲线。模型与一个切线和角度推导出调整PID控制器。

d . Shinskey调优方法(1990):这个方法是工作在传导(τ/θ= 1.6)。

大肠Fruehauf调优方法(1990):这个方法是在传导(θ/τ< 0.33)。

f·圣克莱尔调优方法(1987):基于过程反应曲线。

调优参数PI和PID控制器的显示在表4.1和4.2

时域要求

控制系统的性能通常是用规定的阶跃输入响应。因此,通过计算时域响应其宽松的规范分析。通过比较各种优化方法在PI控制器Tyreus-Luyben和Fruehauf调优方法显示了良好的反应系统。它显示在表5.1。在表5.2对比PID控制器解释Tyreus-Luyben显示良好的反应。

性能分析

积分误差是普遍接受作为一个很好的衡量系统性能[1]。是有用的标准,很少重视初始误差。这些积分是有限的只有在稳定状态误差为零。与简单的标准,只使用孤立的动态响应特征,分类的标准是基于整个响应[9]。以下是一些常用的基于标准的积分误差步设定值或扰动响应

(4)

在那里,e (t) = y_sp(t) - y (t)是错误的反应所需的设置点。

比较各种优化方法的积分误差PI控制器和PID控制器显示在表6.1和表6.2。这里也Tyreus-Luyben调优方法表明,最小误差为PI和PID控制器。

伺服和监管问题

在反馈闭环系统;伺服控制回路是响应修改在设定值随着负载的扰动值保持稳定显示如图7.1所示。设置点可能变化作为时间的函数(典型的批处理过程),因此控制变量必须遵循设置点。监管控制回路是响应负载扰动值的修改,使系统恢复到稳定状态,设置点值保持稳定显示如图7.2所示。监管控制远比伺服控制过程中常见的行业。

SIMULAION结果

MATLAB代码模拟器的设计各种类型的功能块[6]。编码是完全基于PID优化的概念。它是更有效的分析任何系统,给使用P阶跃响应,π,pid控制器。

答:阶跃响应的传递函数在MATLAB程序:

图8.1.1显示开环系统的阶跃响应的传递函数

(3)

b .找到最终获得Ku和终极时期你在MATLAB程序使用根轨迹图

相同的传递函数从图8.2.1表8.2.2得到值显示

c .响应的PID控制器在MATLAB程序和模型图

d .伺服问题和监管问题的模型图

从这些分析各种调优方法我们建议Tyreus-Luyben调优方法显示的稳定性作出适当的反应。然后应用调优参数的Tyreus-Luyben伺服和监管问题。图图8.4.4 8.4.3和显示系统的稳定性分析。这里的MATLAB仿真软件图伺服和监管问题是显示在图8.4.1和图8.4.2设置点以来不同的阶跃输入的数量是宣布通过给不同的输入和不同的采样时间。给出的值是1,1 & 1。和输出控制。的扰动抑制负载变化。因此,不同类型的负载输出之前给出。干扰是声明为1,1。和合成输出如下所示。

实时实现

图9.1所示是温度的实时响应包过程的价值。这里Tyreus——Luyben调优方法的调优参数值被替换。设置点是36,当过程变量低于设置点的输出达到最大值100%。过程值到达设定值后将减少控制器输出。

图9.2显示设定值变化的实时实现。旧的设置点值是36.5和新设置点值是34。输出响应表明,适当控制回归。

结论

在本文中,我们提出了比较新颖的方法,各种类型的PID温度调优过程和结果的比较也阐明。全面比较研究各种类型的调优方法测试了在不同条件下模拟表明,更好的分析。仿真结果给出了方法的性能。提出的优化方法是最好的,显示良好的性能在应用和实时实现。

表乍一看


表2.1	表3.1	表4.1	表4.2	表5.1


表5.2	表6.1	表6.2	表8.1	表8.2.2

数据乍一看


图2.1	图3.1	图7.1	图7.2	图8.1.1


图8.2.1	图8.3.1	图8.3.2	图8.4.1	图8.4.2


图8.4.3	图8.4.4	图9.1	图9.2