基于PID温度参数自整定的化工设备电气仪表系统设计

杨久祥

摘 要：传统的基于化工行业的电气仪表的温度参数整定方法具有实时性差、开销大、精度低等缺点。针对上述问题，提出了一种精度较高、抗干扰能力较强的电气仪表温度参数自整定方法。该温度参数自整定方法基于多模稳态PID控制，控制方法简单可靠。设计了一种温度参数PID控制器并推导出温度参数自整定方程，通过仿真验证了该方法的可行性。

关键词：化工行业；电气仪表；温度参数；自整定

在化工行业中，为确保化学反应和化学条件成熟，需用仪表检测化学反应中的温度，故仪表的可靠性和精度至关重要。传统的用于化工行业的电气仪表结构复杂、实时性差、纯在温度漂移及失真等问题。因而仪表温度参数自整定方法成为了科研人员的重点研究对象。本文提出了一种精度较高、抗干扰能力较强的电气仪表温度参数自整定方法。该温度参数自整定方法基于多模稳态PID控制，仿真结果表明该控制方法简单可靠，精度较传统仪表较高。

1 传统自整定模型

传统的用于化工行业的温度测量仪表的结构图如图1所示。图1中，r为系统输入，y为系统输出，d为系统的扰动，P（s）表示仪表在测量温度过程中的传递函数，M（s）表示儀表在测量温度过程中的固有频率特性，Q1（s）为仪表的多模测量控制系数，Q2（s）为仪表的容错性控制系数。系统在稳态的状态下，如果有扰动打破系统的平衡，通过闭环控制会自行调节，从而使系统处于新的平衡状态。此控制系统存在温度漂移、可靠性差、精度不高等缺点。

2 自整定方法

2.1 多模稳态温度参数PID控制器

本文设计的多模稳态温度参数PID控制器结构图如图2所示。

2.2 温度参数自整定

3 电气仪表仿真

为验证所提出的电气仪表自整定方法，在Matlab中建立数学模型，未进行自整定和进行自整定的仿真结果如图3所示。

由图3可知，未进行自整定时，仪表的误差较大，误差幅值不稳定，而进行自整定后，误差减小且较稳定。为突出其控制方法的优点，将此控制方法与传统方法进行对比，仿真结果如图4所示。图4仿真结果表明，本文提出的控制方法抗干扰能力强，输出结果稳定，噪声小，精度高且克服了温漂问题。

4 结论

为解决传统的化工电气仪表的精度差、输出不稳定、抗干扰能力弱等缺点，本文提出了一种基于多模稳态PID温度自整定方法。通在Matlab中建立该方法的数学模型，仿真结果表明，该方法可有效解决系统的温度漂移，提高系统的稳定性、精度等，具有应用价值。

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