[發明專利]一種基于模糊PID控制的電加熱純蒸汽發生器

在審

• 申請號: 201710561330.1
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107608415A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 吳淑英;王有棟;吳志民;陳丹丹;馬新瑤
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20;G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及制藥用水設備領域，具體是一種基于模糊PID控制的電加熱純蒸汽發生器。

背景技術

電加熱多效蒸餾水機的電加熱管一般采用傳統的PID控制器來控制加熱功率，取得的比較好的控制效果。但是，由于電加熱多效蒸餾水機在運行過程中，系統狀態參數處于不斷變化之中，為使系統始終保持最佳控制狀態，需要對PID參數進行不斷修正。現場操作人員合理設定這些參數困難極大，影響了電加熱多效蒸餾水機的產水效果。電加熱純蒸汽發生器溫度控制系統的被控對象是一個非線性、時變的環節，僅采用常規的PID控制很難在整個溫度控制范圍內達良好的控制效果。

公開號為CN 202522945 U的專利公開了一種注射用水蒸餾溫度控制器，其實現途徑是在蒸餾塔底部設置加熱裝置，蒸餾塔頂部設置紅外溫度傳感器，通過紅外溫度傳感器、含有模數裝換模塊的PLC控制器來控制加熱裝置，實現溫度控制，但是該專利僅僅通過常規PLC實現溫度控制，與本發明將PLC與模糊控制結合相比，本發明具有相應快速、適應行強的特點，動穩態特性更好。

公開號為CN 102436177 B的專利公開了一種多效蒸餾水機的自動控制裝置，其中溫度控制采用的方法是：工控機根據安裝于主蒸汽管道上的溫度傳感器的溫度值區間確定主蒸汽不同溫度下原料水流量與主蒸汽壓力之間的工藝曲線，最終實現蒸發器溫度的穩定。但是，在調整過程中，由于存在調整梯度的原因，溫度波動大，控制精度不如本發明的控制精度。

現有的能提高PID控制精度的解決方案存在缺陷，本發明正是基于此提出改進方案。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明旨在提供一種基于模糊PID控制的電加熱管加熱功率控制方法，解決了常規PID控制調節時間長、超調量大、魯棒性差的問題。

為了實現上述技術目的，本發明采用下述技術方案：一種基于模糊PID控制的電加熱純蒸汽發生器，包括蒸發器、可編程控制器PLC、功率調節器、電加熱管、觸摸屏。

其特征在于：所述可編程控制器PLC采集來自于蒸發器的溫度，與溫度設定值進行比較，經過模糊控制運算，得到溫度控制信號；所述觸摸屏能夠進行初始溫度設定，并顯現相應溫度設定、實際蒸發器溫度以及電加熱管運行狀態相關信息；所述功率調節器能夠接收可編程控制器PLC發出的功率調節控制信號，并調節電加熱管加熱功率。

優選的，它還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器與可編程控制器PLC相連，所述的溫度傳感器用于檢測蒸發器的溫度，并將輸出溫度信號到所述可編程控制器PLC，所述可編程控制器PLC基于溫度設定，調節功率調節器，改變蒸發器溫度，隨后飽和純蒸汽進入到分離器中進行汽液分離，最終通過分離器的頂端排出。

優選的，一種基于模糊PID控制的電加熱純蒸汽發生器，它還包括以下步驟：

步驟一：溫度傳感器采集蒸發器溫度，并輸入到可編程控制器PLC中；

步驟二：可編程控制器PLC將采集的蒸發器溫度與溫度設定進行比較，經過模糊控制運算，輸出功率調節信號；

步驟三：功率調節器接收可編程控制器PLC發來的功率控制信號，并調節電加熱管加熱功率。

優選的，在步驟二中，在常規PID控制器的基礎上，將溫度偏差和偏差變化率進行模糊化處理，利用知識庫的控制規則，經過模糊推理和解模糊化處理，通過清晰化接口輸出，對PID參數進行在線自整定，再由PID控制器給出溫度給定信號，送到功率調節器，最終實現對電加熱管的有效控制。

PID計算式如下：

其中，u(x)為PID控制響應輸出信號，K_P為比例系數，K_i為積分系數，K_d為微分系數，e(x)為溫度偏差，ec(x)為溫度變化率。

優選的，所述溫度偏差為溫度設定與溫度反饋的差。

優選的，在步驟二中，所述模糊控制運算，當e(x)絕對值 、ec(x)絕對值大于設定值時，在PID參數設定范圍內調節相應參數，包括調大K_P和設K_i、K_d為0。

優選的，在步驟二中，所述模糊控制運算，當e(x) 絕對值大于設定值、ec(x)絕對值在設定值區間范圍內時，在PID參數設定范圍內調節相應參數，包括調大K_P、調小K_i和設K_d為0。