电动调节阀增量式PID控制算法的修正.docVIP

2012-07-1科3#技#与#应#用#### ########2012-07-13######## 2012-07-13######## 电动调节阀增量式 P ID 控制算法的修正 李玉春 ， 陈粟宋 ， 王鸿博 ， 李锡宇 （顺德职业技术学院， 广东 佛山 528333） 摘 要： 对电动阀门控制水温特性进行分析 ， 引 入 修 正 因 子 ， 对 增 量 式 PID 算 法 进 行 改 进， 在热水机测试系统上得到了更快 、 更稳定的控制效果 。 关键词： 自动控制 ； 中图分类号： TP273 PID 算法 ； 修正因子 文献标志码： A 文章编号： 1672-6138（2011）02-0001-03 DOI： 10.3969/j.issn.1672-6138.2011.02.001 采用电动调节阀门是一种对管路中介质流量进行调 节的有效方法。而电动阀门开度的控制算法目前较为常 规的做法是 PID 算法，陈金艳等[1]对制冷系统蒸发器用 电子膨胀阀的开度进行了 PD 控制，得到了较为理想的 仿真结果。付水华[2]利用 SR93 调节器控制电动阀开度， 进而控制淬火床的冷却油流量，从而将工件淬火油温控 制在±3 ℃的精度，李如林等[3]仿西门子 STEP7 中 P ID 功能块 FB42 的算法，编制了相应 PLC 控制程序，并对 程序进行了仿真验证。目前对实际阀门进行 PID 精确控 制的工程实践不多，而涉及精确控制的具体的 PID 算法 更为少见。 许多热工类的测试系统都需要对温度进行精确的控 制，如 《GB/T21362- 2008 商业或工业用及类似用途的热 泵热水机》 要求在额定工况制热量测试时，被测热水机 的进口水温应为 15±0.3 ℃，而出口水温为 55±0.3 ℃， 测试过程中，出口水温控制就可利用电动调节阀来调节 被测热水机的水流量来实现的，因此对阀门开度精确控 制进行研究很有必要。 第 k- 1 次采样时刻输入的偏差值； KP—比例项系数； KI—积分项系数； KD—微分项系数。 增量式 PID 控制算法控制输出量如下式： △u（k）=Kp （△1+ t e（k-2） △（2） tD tD tD t + t ）e（k）-（1+2 t ）e（k-1）+ t I 式中 t、tI、tD—分别表示采样时间、积分时间、微 分时间； △u（k）=u（k）- u（k- 1），表示执行机构位置的增量， 式中其余符号同式 （1）。 实践中一般认为，以步进电机为执行机构的控制系 统较宜用增量式 PID 算法。由于水路电动调节阀属步进 电机执行机构，故采用增量式 PID 控制算法。 热水机测试出口水温控制特性 2 热水机测试出口水温 θo 可由下式进行计算： Q （3） θo = θi + Gv ρCP 基本 PID 算法 基本 PID 算法有位置式 PID 控制算法和增量式 PID 控制算法，位置式算法控制输出量如式 （1）： k 1 可见被测热水机出口水温 θo 在进水温度 θi、热水机 制热量 Q、水流量 Gv 保持不变的情况下，可维持不变的 出水温度，然而，实际测试中，被测热水机制热量 Q 本 身受环境温度、进出口水温、水流量的影响，因而，使 得被测机出口水温的数学模型难以准确描述。 同样，调节电动阀的开度，会改变水流量，然而由 于管网其它部件阻力特性与水泵特性相互影响，水流量 的变化并不是与电动阀的开度 （升程） 成线性关系，而 u（k）=Kp e（k）+K1 Σe（j）+KD [e（k）- e（k- 1）] j = 0 式中：k—采样序号，k=0,1,2,……； u（k）—第 k 次采样时刻的计算机输出值； e（k）—第 k 次采样时刻输入的偏差值，e（k- 1） 表示 （1） 收稿日期： 2011-03-05 2012-07-13作#者#简介#：#李#玉#春#（1#972—）#， #男#， 四#川#乐#山#市#人，2副0教1授2， -工0程师7，-硕1士3， #研究#方#向#： #制#冷#系统#性能优2化0及1热2工-测量0。7-13######## 2012-07-13#########顺#德2职01业 2技-术0学7院-学13报##2#0#1#2#-#0#7-13####第#9 #卷 ## 是按图 1 的规律变化的。图 1 中管路特性曲线表征了管路 中水流量 Gv 与流动阻力 H 的关系，由图可见，水流量越 大，管路流动阻力越大，而水泵性能曲线表征了水泵输送 水流量与扬程 H 的关系，由图可见，水泵通过的水流量越 大，水泵的可提供的扬程越小，二者的交点即为管路中实 际通过的水流量。调节电动阀的开度，实际上是改变了管 路特性曲线，当开度减小时，管路特性曲