比较分析PID,级联的有效温度控制和模糊逻辑控制装运箱

Narinder辛格^*Sandeep kumar^*
仪表与控制工程系N.I.行T Jalandhar Jalandhar、旁遮普、印度

通讯作者:Narinder辛格电子邮件:(电子邮件保护)
Sandeep kumar电子邮件:(电子邮件保护)

文摘

连续搅拌釜反应器(装运箱)是一个重要的主题在过程控制和提供各种各样的化学领域的研究和控制工程。本文提出三种不同的控制策略PID控制、串级控制和模糊逻辑控制。他们的目标是控制装运箱的温度扰动的存在。模型设计和仿真是在使用MATLAB模糊逻辑工具箱的温度控制是找到更好的模糊逻辑控制与级联分别和PID控制方案

关键字

模糊逻辑(FL)、PID控制、温度、Mamdani模糊模型,装运箱

介绍

装运箱的温度控制的问题被认为是一个具有挑战性的问题尤其是对控制工程师相应的非线性动力学。大多数传统的控制器被限制为线性时不变系统的应用。但在现实世界中,系统的非线性特征和它们的功能参数的变化,由于磨损,这就是为什么这些变化不能忽略。最重要的一个PID控制器在学术和工业应用程序。PID控制器已应用于反馈循环机制,广泛应用于工业过程控制自1950年代。容易实现PID控制器在应用程序控制系统使其更受欢迎。基本上PID试图纠正这个错误测量输出与期望输出之间的过程中为了提高瞬态和稳态响应尽可能多。

在串级控制策略中,反应堆温度控制器的输出是夹克入口温度设置点。夹克温度控制器的输出是冷却剂流量阀的位置。夹克再循环流量是一个分岔参数,确定是否有多个稳态行为。

模糊控制系统模型不需要任何特定的模型考虑实施系统。模糊逻辑的成功,基于近似推理而不是脆的建模假设,评论这个方法在实际环境中应用程序的健壮性。

模糊逻辑控制器模拟的行为控制系统专家。模糊逻辑不需要数学建模这使得它更加灵活处理复杂的非线性问题。摘要装运箱已被用于生产丙二醇环氧丙烷水解的硫酸为催化剂。水提供访问,所以反应是一级反应。

第一节提供了介绍使用PID装运箱的温度控制,级联和模糊逻辑控制技术。第二部分给出了数学建模的装运箱两州和三状态模型。SectionIII处理仿真和结果。第四部分总结了纸,紧随其后的是引用。

建模的装运箱

检查反应堆实际装运箱反应堆的背景和图形图如图1所示。这种反应器的数学模型来自反应堆内的平衡。注意到一件夹克反应堆周围也有饲料和出口流。夹克是假定为完全混合和较低的温度比反应堆。能量通过反应器壁进入夹克消除反应所产生的热量。控制目标是使反应混合物的温度T,稳定的维持在期望值。唯一的被控变量是冷却剂流量。

稳态解

线性化

线性化过程的目标是找到一个模型的形式

在美国,输入和输出偏差变量。

使用以上表中给出的参数我们可以找到PID控制器设计的状态空间模型

原料流浓度0.132 lbmol /英尺和50%的转换氧化丙烯的决定是合理的。因为50%的氧化丙烯转化为丙二醇,丙二醇浓度0.066 lbmol /发生。在这个过程中。看到的是过程的逆响应与延迟时间和超调。为了克服这个问题,获得所需的响应,我们使用PID控制、串级控制和模糊逻辑控制。因此,控制器参数计算。所需的参数PID控制器的比例增益(KP)积分增益(KI)和微分增益(KD)可以计算PID自动调优方法的MATLAB软件或齐格勒尼科尔斯调优方法。

设计规范设置点跟踪

1。沉淀时间5秒。

2。峰过激的不到5%。

3所示。稳态误差等于零。

为抑制干扰设计规范

1。沉淀时间5秒。

2。峰值偏离稳态值小于5%。

仿真和结果

装运箱的操作是被外部因素,如进料流量和温度的变化,我们需要形成一个控制行动来缓解的影响变化的扰动和保持T只有在想要的设置点。在这个系统的被控变量Fj负责保持在所需的温度设定点。反应是放热的,产生的热量是通过冷却剂,流动的夹克在坦克。

时间响应的控制过程

如图3可以观察到的反应控制过程的生产高价值的稳态误差。

温度输出响应

设定值跟踪

沉降时间(Ts) = 3 (sec)过度= 9%

稳态误差= 0

的抗干扰性

沉降时间(Ts) = 4.4 (sec)峰值偏差= 60%

在这种情况下,操作执行装运箱的两个PID控制器。一个是主控制器反应堆过程和其他夹克是次要的控制器的过程。

从figure7可以观察到,

设定值跟踪

沉降时间(Ts) = 3.8 (sec)过度= 9%

稳态误差= 0

的抗干扰性

沉降时间(Ts) = 4.2 (sec)峰值偏差= 4%。

模糊逻辑控制设计

在这种情况下,50%的环氧乙烷转换在乙二醇(输出是输入的50%)。因此输出的范围是[0 - 0.5]。第二个输入错误和它的范围是[0 - 0.5]。使用这些值,使模糊规则的模糊规则库编辑器和观察的反应,没有反向响应,不过度,不脱靶,上升时间和沉降时间减少到可以忽略的价值从我们的反应。

会员输入1的值称为错误有三个范围低,中等和高图8所示。

在figure9。会员输入2称为反馈有三个范围值低,中等和高:

在图10。会员拥有相同的输出范围的值低、中、高。

输出响应的装运箱温度模糊控制器

设定值跟踪

沉降时间(Ts) = 3.2 (sec)过度= 0%

稳态误差= 0

的抗干扰性

沉淀时间(Ts) = 0 (sec)峰值偏差= 0%

结论

设定值跟踪解决时间和峰值超调与PID控制是3 (sec)和9%。抗干扰性沉降时间和峰值与PID控制偏差是4.4 (sec)和60%。设定值跟踪解决时间和峰值超过3.8级联控制(sec)和9%。抗干扰性沉降时间和峰值与串级控制偏差是3.7 (sec)和4%。设定值跟踪解决时间和峰值超调与方法3.2 (sec)和0%。与方法抑制干扰沉降时间和峰值偏差为0 (sec)和0%。因此模糊控制器提供了更好的解决时间和峰值超过价值比其他控制器抗干扰性。

表乍一看

表1

数据乍一看


图1	图2	图3	图4	图5

图6	图7	图8	图9	图10

图11	图12	图13

引用

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