模糊PID自动化控制在高精度加热炉上的应用

王 宁

（山东省冶金设计院股份有限公司自动化，济南 250101）

1 模糊自整定PID控制方法

模糊控制就是将模糊数学和控制理论糅合在一起应用在控制上。在一般的控制领域里，控制模型中的参数的精确度直接决定了控制点精确度，输入参数越精确，输出控制越稳定。但是，加热炉控制属于复杂燃烧控制，多输入多输出，并且具有高迟滞性，很难用精确的数学模型描述出来，只能利用各种方法来简化数学模型，以完成控制的目的。由于数学模型简化的太多，控制始终不理想。因此，在负责控制中引入了模糊控制，利用了控制的非线性、智能性完成系统的控制。

模糊自整定PID控制算法的核心是简单模拟工程技术人员和操作人员的思维方式和控制方式，并且建立恰当的模糊控制规则表。将系统误差e和误差的变化ec范围定义为模糊集上的论域[-12，12]，分成7个等级，{N3，N2，N1，ZO，P1，P2，P3}，分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。通过查表，就可以找出PID中的KP、Ki、Kd各参数与输入误差e和输入误差变化率ec之间的关系，在执行过程中通过不断检测e和ec，尽可能将各区域间的相互干扰数据化，来对KP和KI参数进行实时数据的修改，以满足不断变化的动态工况对PID控制参数的动态要求。特别是在温度的变化趋势发生剧烈改变的升温阶段初期、升温阶段末期及保温阶段初期，调整PID参数能有效提高加热速度，防止温度超调，减小温度波动，对提高加热效率和保证控制精度具有重要作用。

KP参数的控制规则表

Ki参数的控制规则表

Kd参数的控制规则表

N3 P1 P1 N3 N3 N3 N2 P1 N2 P1 N1 N3 N2 N2 N1 ZO N1 ZO N1 N2 N2 N1 N1 ZO ZO ZO N1 N1 N1 N1 N1 ZO P1 ZO ZO ZO ZO ZO ZO ZO P2 P3 N1 P1 P1 P1 P1 P3 P3 P3 P2 P2 P2 P1 P1 P3

2 控制效果

某航空公司的闪光焊生产线中，有两台用于加热钛合金、高温合金的高精度燃气加热炉。由于钛合金、高温合金对加热温度的要求极其苛刻，在加热过程中超调温度≤5℃，控温精度≤±2℃。一般的加热炉控制难以达到如此高的要求。采用模糊自整定PID控制之后，经过调试人员的对参数进行整定后，效果十分良好，满足了生产的要求。

现场实测监控画面：

1#加热炉800℃保温情况

2#加热炉800℃保温情况

3 结束语

对于加热炉这种复杂的系统，模糊自整定PID控制是最优的选择，可以优化控制加热曲线，提高控温精度，从而可以满足高精度的生产要求。由于提高了控温精度，还可以降低加热炉燃料的消耗，达到降本增效的目的。