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基于智能PID算法的水位远距离控制系统设计

发布时间:2020-01-08 09:05   类型:应用案例   人浏览
1 引言 在工程实际中,PID控制因具有良好的稳定性、较高的可靠性、方便的调整性等优点,已经成为现代工业控制的主要技术之一,是应用广泛的调节器控制规律。在德国、欧美、日韩等发达国家,PID控制在工业过程的使用率达90%,具有相当重要的地位。 传统的PID调节算法,一旦比例P、微分I和积分D系数整定好,其值在控制过程中保持不变。对于实际控制系统,如非线性、时滞大、纯滞后的被控系统,当状态和参数等发生变化时,拟获得满意的控制效果非常困难。面对实际的控制过程,许多被控过程机理复杂,具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后性等特点,导致PID控制参数整定效果不理想。如液位控制等。 本设计的水位控制系统中,液位的滞后性大,其出水阀口呈现非线性,数学模型建立困难。如果采用常规的PID算法无法满足控制要求[1] 。近年来,计算机及通讯处理技术的高速发展,智能控制技术在工业控制领域得到广泛应用,如模糊控制和人工神经网络技术等,已成为工业过程控制的主流控制。过程控制中广泛地将智能控制与传统的PID控制组合,形成智能PID控制,应用效果良好。本文的远程液位控制采用智能PID控制算法,不依赖于系统控制对象精确模型,满足了系统控制要求,收到了良好的控制效果。 2 受控对象及其特征 无锡某港口机械制造企业的生产用水,以地下水作为供水源,经初步净化后,利用加压泵站输送到位于公司楼顶的集水池,集水通过管道送往制造工场。泵站电机采用变频控制,主控制器采用可编程序控制器(PLC)。控制系统如图1所示。 图1 水位控制系统 为保证正常的生产,集水池的水位需要维持在设定的高度,水泵输送到集水池的水量,要求与车间的用水量相当。为节约用水用电,控制系统必须根据用水量的变化,同步调节加压泵电机的速度,方能保证出水量。实际控制中,一般厂房楼顶集水池与输水泵站的距离较远,泵站给水量的增减与楼顶集水池水位的变化,通过的输送管道距离远,加上输水管内的压力、流量存在扰动,导致系统惯性增大,滞后时间比较长,常规的PID控制方式会形成振荡,出现水位大幅波动不稳。通过实践改善,发现采用PLC控制的智能PID方案,上述问题能够得到有效的解决。 3 传统PID控制介绍 工业控制中常见的闭环控制系统,一般由主控制器、执行器、受控对象、检测单元四部分组成。闭环系统原理如图2所示。                                图2 闭环系统原理图 由图可知,主控制器是闭环系统的核心,控制算法决定了闭环控制系统的特性、效果。线性PID控制是最常用的控制,给定值r(t)与实际输出值c(t)之间存在控制偏差e(t),显然 e(t)=r(t)-c(t),对偏差e(t)的P、I、D进行线性组合,形成控制量,对受控对象进行控制,即为PID控制器。 4 智能PID控制及规则 在传统PID控制的基础上,将人工智能以非线性控制方式引入到控制器中,即是智能PID控制(intelligent control)。在实际运行状态下,智能PID系统比传统PID控制控制性能更能满足实际要求,不依赖系统精确数学模型,不依赖控制器参数,能够在线自动调整,对于系统参数变化适应性较好。智能PID的特征是按区段进行不同算法的在线调整,具有棒-棒控制的快速性和迟滞控制的稳定性,抗干扰能力强。 设e(k)表

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