喷雾式乳液干燥器的PID控制

喷雾式乳液干燥器的PID控制 摘要:以喷雾式乳液干燥系统为例,简要的进行了系统的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、设计过程,并利用simulink对不同的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行仿真及比较,根据工业生产实际选出了最佳的设计方案,根据“ 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 法”对PID控制参数进行了整定,得到了较为满意的控制品质。 PID控制器 参数 整定 关键词:设计 仿真 1. 前言 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。本文以工业中的喷雾式乳液干燥系统为控制系统,利用PID进行控制。 2. 喷雾式乳液干燥系统生产过程概述 1 / 10 图2.1 喷雾式乳液干燥过程示意图 图2.1 喷雾式乳液干燥过程示意图，通过空气干燥器将浓缩的乳液干燥成乳粉。已浓缩的乳液由高位储槽流下，经过滤器，然后从干燥器顶部喷嘴喷出。干燥空气经热交换器加热、混合后，通过风管进入干燥器与乳液接触，将乳液中的水分蒸发形成乳粉。要求乳粉质量高，含水量波动不能太大。 3. 控制方案设计 3.1 被控参数选择 按照生产要求，产品的质量取决于乳粉水分的含量。湿度传感器的精度低、滞后大，不易实现精确、快速的测量。而乳粉水分的含量与干燥器出口温度密切相关，且容易找到单值对应关系。因而可选择干燥器的出口温度作为被控参数(间接)，从而实现对乳粉水分控制。 3.2 控制变量选择 t)]、旁路空气流量[记为f2(t)]、加影响干燥器出口温度的变量有乳液流量[记为f1( 热蒸汽量[记为f3(t)]三个因素，通过图2.1的调节阀1、调节阀2、调节阀3对这三个变量进行控制。选择其中之一均可得到相应的控制方案: 方案1 以乳液流量f1(t)为控制变量，得到控制方案方框图: 图3.2.1 方案1对应的方框图 方案2 以旁通冷分流量f2(t)为控制变量，得到控制方案方框图: 2 / 10 图3.2.2 方案2对应的方框图 方案3 以旁通冷分流量f2(t)为控制变量，得到控制方案方框图: 图3.2.3 方案3对应的方框图 3.3 通道分析, 3.3.1. 各环节的放大系数均为1; , 3.3.2. 温度测量变送器:假定温度测量变送元件的时间常数为5秒即 1Gs(),ms，51 ; 3.3.3. 干燥器:干燥温度对于乳化物流量，对于热风温度都看作是3个时间常数为8.5s， 滞后时间为2秒的对象，即干燥器特性为 1,2sGse,()sss，，，851851851...，，，，，，; 3.3.4. 风管:只是一个流动通道，可近似的看作是一个滞后环节，对应于操作时的热风流 速，滞后时间为3秒 3 / 10 ,3sGse(), 3.3.5. 两个时间常数为100s的环节 1Gs(),10011001ss，，，，，， 3.3.6. 混合过程:加热器热风与旁路冷风的混合过程，可以看作时间常数为100秒的环节 1Gs(),1001s，，，; 3.4 仿真及分析, 方案1:Simulink仿真方案: 图3.4.1 方案1 simulink仿真图 4 / 10 图3.4.2 方案1 simulink仿真结果图 方案2:Simulink仿真方案: 图3.4.3 方案2 simulink仿真图 图3.4.4 方案2 simulink仿真结果图 方案3:Simulink仿真方案: 图3.4.5 方案3 simulink仿真图 5 / 10 图3.4.6 方案3 simulink仿真结果图 方案1 乳液流量直接进入干燥器，控制通道短、滞后小，控制灵敏，干扰进入控制通道的位置与调节阀输入干燥器的的控制变量重合，干扰引起的动差小，控制品质好。 方案2 由于一阶惯性环节的时间常数T和纯滞后t，相对于方案1控制通道有一定的之后，控制变量对干燥器的反应不够灵敏干扰f1(t)影响较大，而干扰f2(t)引起的动差小而且平缓。 方案3 由于有空气交换器，冷热空气混合延迟，风管滞后等多重因素的影响，控制通道较前两种方案的滞后很大，控制变量对于干燥器出口温度控制作用缓慢。干扰干扰f1(t)、干扰f2(t)引起的动差大。 综上，按控制品质来看，三种控制方案中方案1最优，方案2次之。但从工业生产的实际(工艺和效益)考虑，方案1并不是最好的。这是因为如果以乳液流量作为控制变量，乳液流量不可能始终稳定在最大值，限制了系统的生产能力，对提高生产效率不利。另外，乳液管安装调节阀容易使浓缩乳液结块，甚至堵塞管道，会降低产量及产品质量。综合分析方案2比较好。下面根据方案2进行PID参数整定。 4. PID参数整定 6 / 10 利用衰减曲线法进行的整定: 整定参数 T P Tid调节规律 P P I 1.2P 0.5T S D 0.8P 0.3T 0.1T SS 表1 衰减比4:1时，衰减曲线法整定参数计算参考表 首先将P置较大的数值，Ti=，T=0.第一次置的值为10，发现系统已经发散， 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 Pd 的值过大。 适度的减小，直至出现衰减震荡。如果衰减的比例大于4:1，说明P的值过小，需适当的增大。经过多次试探可确定最终的P值为4. 图4.1 P=10系统响应曲线 图4.2 P=4 系统响应曲线 7 / 10 利用workspace的数据，可得第一个峰值为y1=1.2196，y2=0.9161，y()=0.8086; =231.41-86.85=144.56S. 于是 满足条件。此时TS 整定参数 P T T id 调节规律 P 4 I 4.8 72.28 D 3.2 43.368 14.456 表2 根据P确定的PID整定参数计算表 于是PI控制结果(图4.3): 于是PID控制结果(图4.4): 图 4.3 PI控制器的控制结果 图 4.4 PID控制器控制结果 可见PI的控制效果并不能满足要求.于是采用PID控制器(如图4.4)。 以下进行干扰仿真: 8 / 10 图 4.5 t=500s处加入阶跃加热蒸汽流量f3(t) 图 4.6 t=500s处加入阶跃加乳液流量f1(t) 图 4.7 t=500s处加入阶跃f1(t)和 f3(t) 图 4.8 P=3.2 Ti=30 Td=75 控制结果 需要说明的是由于生产的实际，我们总是希望系统的生产能力处于最大的状态，也就是说乳液的流量f1(t)对应的阀门始终处于最大的开度状态，这样f1(t)的扰动基本上是为零的，这样PID调节器对于生产实际已经能满足要求。 综上所述，对于衰减法进行的PID参数整定，很重要的一点是如何确定P值，一旦P值确定后，便可根据经验的表格进行计算得出相应的结果。需要说明的是上述表格得出的结果只是一个参考值，如果整定的效果仍旧不满意可以进行相应的微调，直至满意为止。 9 / 10 根据图4.4 超调量较大的特点，相应的增大微分环节，配合一定的积分，可得如图4.8比较令人满意的结果。 5. 结束语 PID控制因其简单、易用而广泛应用于工业现场。本次正是以工业生产实际为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 进行的设计。其实不难发现，控制的最后对于干扰的预制并不是太好。如果进行多级控制，在最后的输出再增加一个负反馈回路，形成反馈回路，达到的控制效果将会更好。 参考文献: 王再英，刘淮霞，陈毅静. 过程控制系统与仪表. 北京:机械工业出版社，2006 10 / 10