總線智能儀表溫度控制系統(tǒng)的設計

　　系統(tǒng)的加熱過程分為三部分：第一，升溫起始階段或溫差大時，采取全功率加熱，使加熱元件快速升溫；第二，溫度變化劇烈時，采取關斷輸出，讓溫度在慣性作用下向下一階段過渡。因為電熱元件滯后嚴重，當溫度上升過快時，會導致下一階段控制失效或嚴重超調；第三，溫度偏差和溫度變化在一定范圍內時，根據(jù)專家智能在線調整PID參數(shù)，達到快速精確控制。

　　3.2 專家PID控制器的原理

　　溫度控制系統(tǒng)具有非線性、強耦合、時變、時滯等特性，采用常規(guī)PID控制難以兼顧高精度與快速性的雙重要求。本文提出專家式智能與PID相結合的復合控制方法，將專家經(jīng)驗和PID控制定量調節(jié)特性充分運用于控制過程中。該總線智能氧量分析儀要求系統(tǒng)控溫范圍為680～760℃，穩(wěn)定后溫度波動不超過1℃。為了實現(xiàn)快速精確的溫度控制，根據(jù)被控對象的特性建立專家系統(tǒng)PID控制方式，如圖2所示。

　　圖2 專家智能PID復合控制器的原理框圖

　　本專家控制器的推理結構采用數(shù)據(jù)驅動的正向推理策略。產生式規(guī)則采用IFe（n）ANDe（n）TNout（n）形式。專家系統(tǒng)的關鍵是專家知識的建立、確定。知識獲取，有些來自工藝人員的長期總結，有些借助于控制領域的知識和分析。

　　把專家系統(tǒng)和PID控制器結合，利用專家系統(tǒng)知識庫輸出修正PID參數(shù)，改變PID控制方式以達到最佳PID控制效果。根據(jù)對象特性及設計要求，設計了99條控制規(guī)則，并預先將規(guī)則下的調整方法及調整參數(shù)存儲于控制器中。專家控制規(guī)則根據(jù)當前偏差e（n）及其變化率△e（n）的大小，決定控制方式和是否需修改比例系數(shù)K P、積分增益KI和微分增益KD?？刂七^程中，控制器不需按系統(tǒng)辨識結果或某一目標函數(shù)整定PID參數(shù)，而是按當前狀態(tài)對基本PID參數(shù)進行調整即：

　　Kj＝aTjKOj，J=P，I，D

　　式中KP，KI和KD分別為基本比例、改進積分和微分增益； aTP，aTI和aTD分別為當前調整狀態(tài)下的比例、積分和微分項修正系數(shù)。

　　3.3 軟件流程

　　系統(tǒng)軟件采用C51語言，在Silicon Laboratories集成開發(fā)環(huán)境下進行編譯連接。

　　該儀表的溫度量程為0～1000℃，溫度控制為700℃±1℃，溫控定值為680～760℃，并且連續(xù)可調，當溫度大于800℃時，啟動斷偶保護功能。數(shù)據(jù)的采集用多次測量求平均值的方法來避免測量誤差。

　　4 結 論

　　本文設計的基于現(xiàn)場總線智能氧化鋯氧量分析儀具有自動化水平高、結構簡單等優(yōu)點。對于電站鍋爐及煤焦爐等熱力設備生產效率的提高具有顯著的作用。試驗表明該溫度控制系統(tǒng)具有測量范圍寬、使用溫度高、運行可靠、測量及時準確等優(yōu)點，同時克服了以往儀表不穩(wěn)定、易損壞等缺點。該方法加以適當修改，也可應用于其它溫度控制系統(tǒng)中。