关于PID算法控制在给料与破碎均衡生产方向的应用

关于PID算法控制在给料与破碎均衡生产方向的应用

冉灿,郭耀,赵泽晶,陈盛

中国水利水电第九工程局有限公司六公司

贵州省贵阳市  550008

【摘 要】：自动控制过程会受诸多因素影响，PID 控制技术因可靠性高及结构简单等优势，被广泛运用在自动控制之中。简要概述了控制技术、PID 技术原理与特点，并详细阐述了给料设备与破碎设备之间 PID 算法以及 P、I、D 调节在控制技术中的设定、作用及给系统带来的影响。

【关键词】：自动控制 PID 比列 积分 微分

引言

随着社会的不断发展，科技的不断进步,自动化已经逐步发展为现代智能控制,具备较为健全的理论及应用体系。基于 PID 控制的工业自动控制技术运用越来越广泛，其控制水平得到全面提升。

一 控制技术概述

1.1 开环控制系统

开环控制系统是指一个输出只受系统输入控制的没有反馈回路的系统。与闭环控制相比，该系统较为简单，并且经济性也较为良好。比如，一般排水泵电动机的启动、单驱带式输送机的运行等都是常见的开环控制系统。[1]

1.2 闭环控制系统

闭环控制系统是将被控制量送回到控制器，构成一个或者是多个闭环。反馈信号和给定佰信号的极性相同，则为正反馈，反之则是负反馈。大多数闭环控制系统都运用的是负反馈，因而也被叫做负反馈控制系统。[1]

对砂石系统来说，智能化排水系统、智能化带式输送机系统、多机驱动带式输送机、自动给料系统等都存在自动控制。闭环控制在有一定要求的自动控制系统中被广泛使用，一套完美的闭环控制系统，需要建立复杂的数学模型，甚至使用大型计算机仿真才能取得比较好的效果，比如天气预报，目前由于技术的发展，预报准确度和精度都已经非常高。但对于一般工业控制系统要建立精准数学模型，投资大、性价比极低，因此PID 自动控制技术在一般工艺控制系统中运用就显得格外的合适。

二 PID 技术原理与特点

在自动控制中,因诸多外界因素影响，会导致一些产品控制参数有一定的变化。想要确保产品质量，应把产品数据传输至 PID 控制器,并展开计算，对数据变量加以调节，确保其控制参数能够符合相关设定，确保产品合规。PID 控制器有三种调节方法，分别是比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制，如图所示：

在工业过程中理想PID控制为：

式中，Kp——比例增益，Tt——积分时间常数； ——微分时间常数； 

u（t）——PID控制器的输出信号；e（t）——给定值r（t）与测量值之差。

在比例控制、积分控制以及微分控制之中，输人误差和输出误差为正比关系。在这些控制方法中，比例控制最简单，但无法避免控制系统积累的稳态误差，想要消除影响，须在控制器内加入“积分项”，如果时间持续增加，积分项也会增加。受时间因素影响，增大控制器实际输出，缩减误差。恰当设置比例及积分参数，可以消除系统的稳态误差。[2]

自动控制系统在对稳态误差进行快速跟踪时会出现过冲现象,控制不好甚至会产生失稳，即振荡，使系统不能正常运行。因而应提前对误差变化加以抑制，这就是微分控制。在误差接近零的时候，减少甚至取消抑制作用,也就是说，必须有效确定比例、积分及微分控制参数,方能将系统动态特性优化[3]。

三 给料设备与破碎设备之间PID算法控制

3.1破碎机的电流与生产量控制计算逻辑

3.2、PID调节参数给自动控制带来的影响

比例参数的作用是加快系统的响应速度,提高系统的调节精度，当系统中比例参数越大增大时，会加快系统的响应速度，其系统的调节精度会相应增高，但容易产生超调，甚至会导致系统不稳定;比例参数取值过小,则会降低调节精度,使响应速度缓慢,从而延长调节时间。反应在系统中就是当比例参数增大时，能加快给料机频率的调整速度，同时使给料机频率更靠近于理想频率。当比例参数减小时，给料机频率调节至理想频率的时间将增加，同时趋于理想频率更加困难，实际存在的不利因素有：1、砂石系统采用的给料机多数采用工频电源供电，供电频率范围为0赫兹—50赫兹，其变频器的调节范围也限制在0-50赫兹内，若比例参数改变导致频率调整超过50赫兹时，此时的系统只能以最大频率50赫兹进行调整，同时系统的频率调节不能低于0赫兹，这限制了系统的调节能力。

积分调节最主要的是其积分时间，积分时间有着关键性作用，积分时间与积分作用的关系呈现反比关系。也就是积分时间长，积分作用就弱，振荡周期增加。积分时间短，就具备越强的积分作用，曲线也会振荡得更强列，振荡周期反而会缩减。但是积分时间过小，会导致曲线振荡过于剧烈，系统操作缺少稳定性，对于实际系统运用来讲，积分时间过小会导致设备的调节工作量增加。

对于微分调节来说，微分时间具有决定性的作用,微分时间长，就具备较强的调节作用，振荡会逐渐变得弱，周期也会逐渐缩短,然而如果微分时间过长，会导致振幅过大，进而对调节作用产生影响。故微分调节和积分调节在PID              控制中在部分范围内是可以相互补偿，互相影响的。特别在实际运用中，往往微分调节和积分调节需共同调整以到达实际需要的输出结果。

在实际生产过程中，部分简单工艺中，其一两种调节就能够达到工艺要求的需要。根据PID算法控制中各调节方法带来的影响可知，如果系统中不用比例调节,可以将 PID 回路增益调整为零。不需要积分调节的，可以将积分时间设定成无穷大。如果不用微分调节,应将微分时间调整为零。

四、PID 算法在系统调节过程的参数设定

想要系统能够达到最佳的调节效果,应确保积分时间、微分时间以及 PID 回力增益设定的最佳性。而这些参数的设定往往可以通过经验整定法。现场经验整定法应用范围广泛，按照比例、积分以及微分调节顺利展开整体调节，在调节的时候，首先应时刻关注曲线的变化情况，其次还要关注实际的调节情况，其调节过程反应在实际生产系统中的情况，在对其参数的不断调整过程中，使系统达到最佳调节状态，以保证生产系统的最大最佳生产状态。

在给料-破碎系统机体调节是先将微分调节与积分调节关闭，即，将微分时间调整为零，目积分时间设定为无穷大。在比例参数运用的过程中，应先根据经验决定，再结合变量值具体的曲线变化,明确控制比例程度，当变量值达到之前的1/4时,再将积分比例调节添加进系统，但在比例参数设定过程中需充分考虑其超调量对系统调节的影响，在添加积分调节前需将原比例调节参数增大。再调节积分时间，积分时间值会逐渐减小，在衰减过程中，当变量值到达原值得1/4时，此时将微分调节加入。其微分时间初始值设置范围应在积分时间1/3-1/4之间，根据控制比例将其调整至原数值，最终通过调整微分时间及积分时间使曲线达到所需满意状态，其生产状态达到最佳。

五、结语

随着科技的讯猛发展,工业自动控制系统的水平也在不断提高。PID 控制技术具备诸多优势，如稳定性强、安全性高以及结构简单等,被广泛应用于自动控制系统之中。在运用控制系统的过程中，应全面了解 PID 技术的特点以及工作原理等相关内容。注重相关参数的设定,进而将 PID 控制技术的价值充分发挥出来。同时，应加强 PID 控制的运用以及推广力度，提高工业自动控制的水平。促进经济长久稳定发展。

参考文献：

[1]李 毅.基于 PID 控制技术的工业自动控制研究[J]，现代工业经济和信息化。

[2] 王欣瑞，卢雁.关于 PID 控制技术在工业自动控制中的应用研究[J].电子测试，2021（5）：109-110.

[3]邢微.关于 PID 控制技术在工业自动控制中的应用研究[J].科学与财富，2018（7）：50.