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1、纸浆浓度专家PID控制ExpertPIDControlforPulpConsistency(陕西科技大学)王改堂王孟效WANGGAITANGWANGMENGXIAO摘要:本文简要的分析了普通PID控制的不足，在这一基础上介绍了专家PID控制的特点，并提出了一种新的控制方案专家PID控制，通过与普通PID浓度控制曲线相比，该方案具有较好的动态性能和再棒性。关键词:纸浆浓度;PID控制;专家系统;专家PID控制中图分类号:TS736+.3文献标识码:BAbstract:Inthispaper,thetraitofexpertPIDcontrolisintroduced,andputforwa
2、rdanewcontralstrategy—expertPIDcontrol.IthasgreaterdynamicperfbrmanceandrobustperfdrrruincecomparadwiththeconventionalPIDconsistencycontroldiagrams・Keywords:pulpconsistcncy,PIDcontrol,expertsystem,expertPIDcontrol技术创新1引言在制浆造纸生产过程中，纸浆浓度是最重要的物理量之一,稳定地调节纸浆浓度是实现工艺M标，达到质量标准的重要坏节,也是较难解决的问题Zr纸浆浓度控制系统具有大
3、纯滞后特性和模型不确定性,H前在造纸行业中普遍采用传统PID算法，传统PID算法虽然具有结构简瓠实现方便、适应性强等特点,但在实际运行过程111不能满足实际生产的要求，其主要衣现在:©在纸浆浓度调节屮，由于电动执行器属于惯性环节，采用传统PID调节必产⑴严重的滞后效应,很难使系统取得良好的控制效果;②由于过程参数在生产过程q
4、变化很大，加Z设备的老化和来自其它方面的于扰，因此i燉的I古I定参数控制器无法适应这些变化不能始终保持最优运行，冇时共至出现稳定性问题。简单说，也就是调节缓慢、抗T•扰能力弱、稳定性差等。基于上述基础之上,提出了专家PID控制改进方案。2纸浆浓度控制系统的数学模型及
5、工作原理2.1纸浆浓度控制系统的数学模型浓度控制系统由纸浆浓度变送器(浓度计)、电动调节阀、浓度控制器三部分组成，如图1所示：图I纸浆浓度控制系统耍对浓度控制系统做更深入的讨论，必须耍冇系统的数学模型，在此笔者直接给出了系统的数学模型(具体方法可参见文献1・2),其浓度控制的传递函数表达式为：王改堂：硕上研究生*$)二k严(1)〃($厂7i+l式(1)中,k为对象增益,T为惯性时间，T为滞后时间，Y(s)为纸浆浓度测戢的拉氏变换,U(s)为阀门开度的拉氏变换。2.2纸浆浓度控制系统的工作原理纸浆浓度口动控制系统组成如图2所示。纸浆浓度变送器把浆管内流动的浆料的浓度转换成4-20mA电流信
6、号送入浓度控制器。经过A/D转换成浓度数值信号送显示器，并将此浓度值与用户设定值比较，控制器按两者差值调节电动阀的开度，从而调节进入浆泵的稀释水量，使输浆管内的浆料浓度发生变化，这时浓度变送器将检测到新的浓度。重复上述过稈，使浆料浓度逐渐接近用户设定的浓度值,最终得到浓度稳定的浆料。(因为是用稀释手段调节浓度,在使用中请务必保证來浆浓度高丁•设定浓度。)图2纸浆浓度自动控制系统组成3专家PID控制专家系统是指将专家系统理论和技术同控制理论方法技术相结合，在未知环境下，仿效专家的智能，实现对系统的控制。帀专家PID控制是将专家控制原理与常规P1D控制相结合，可以相互取长补短，进一步提高系统
7、的控制性能。专家PID控制港原理框图如图3所示。图3专家P1D控制器原理框图根据常规PID控制的误差值e(k)及其变化特征，可设计专家PID控制规则，该控制规则可分为如下6种悄况：技术创新01020304050时间/S26.24Q4.44.&/«<-握疑擦(1)当
8、Ae(k)
9、>M^^t明误差的绝对值比较大。此时，不论误差变化趋势如何，都应考虑较强的控制作用，即控制器的输出应按最大或最小方向输出，以使误差尽快减小而达到迅速调整误差的目的。控制器输出可为u(k)=u(k-D+k,kpe(k)⑵⑵当e(k)Ae(k)>0时，说明误差在朝谋差绝对值增人方向变化。此时，如果
10、e(k)
11、>W说明误
12、差也较人，可考虑由控制器实施较强的控制作用，以达到扭转误差绝对值朝减小方向变化，并迅速减小误差的绝对值，控制器输出可为u(k)=u(k-D+kJkpJetk)-e(k-1)]+k,e(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]}⑶此时，如果
13、c(k)
14、VM，说明尽管误差朝绝对值增大方向变化，但谋差绝对值本身并不很大，为防止超调，可根据误差的大小选择适当的控制戢扭转误差的变化趋势，使其朝误差绝对值减小方向变化即可。⑶当e(k
