PID 控制技術(shù)在煙草行業(yè)中的應(yīng)用

1 PID 控制的原理和特點(diǎn)

　　PID 控制， 又稱(chēng)PID 調(diào)節(jié)。當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID 控制， 實(shí)際中也有PI 和PD控制。PID 是一種線(xiàn)性控制器， 它根據(jù)給定值rin(t) 與實(shí)際輸出值yout(t) 構(gòu)成控制方案：

　　PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用是：比例環(huán)節(jié)，成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減小偏差；積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)T,T 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)；微分環(huán)節(jié)，反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。

圖（1）PID 控制的結(jié)構(gòu)

　　在過(guò)程控制中，絕大部分都采用 PID 控制。例外的情況有兩種。一種是被控對(duì)象易于控制而控制要求又不高的，可以采用更簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制方式。另一種是被控對(duì)象特別難以控制而控制要求又特別高的情況，這時(shí)如果 PID 控制難以達(dá)到生產(chǎn)要求就要考慮采用更先進(jìn)的控制方法。

2 P /I/ D 參數(shù)的預(yù)置研究

　　比例增益 。變頻器的 PID 功能是利用目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)的差值來(lái)調(diào)節(jié)輸出頻率的，一方面，我們希望目標(biāo)信號(hào)和反饋信號(hào)無(wú)限接近，即差值很小，從而滿(mǎn)足調(diào)節(jié)的精度：另一方面，我們又希望調(diào)節(jié)信號(hào)具有一定的幅度，以保證調(diào)節(jié)的靈敏度。解決這一矛盾的方法就是事先將差值信號(hào)進(jìn)行放大。比例增益 P 就是用來(lái)設(shè)置差值信號(hào)的放大系數(shù)的。任何一種變頻器的參數(shù)P 都給出一個(gè)可設(shè)置的數(shù)值范圍，一般在初次調(diào)試時(shí)，P可按中間偏大值預(yù)置．或者暫時(shí)默認(rèn)出廠(chǎng)值，待設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再按實(shí)際情況細(xì)調(diào)。

　　積分時(shí)間。比例增益 P 越大，調(diào)節(jié)靈敏度越高，但由于傳動(dòng)系統(tǒng)和控制電路都有慣性，調(diào)節(jié)結(jié)果達(dá)到最佳值時(shí)不能立即停止，導(dǎo)致“超調(diào)”，然后反過(guò)來(lái)調(diào)整，再次超調(diào)，形成振蕩。為此引入積分環(huán)節(jié)I，其效果是，使經(jīng)過(guò)比例增益P 放大后的差值信號(hào)在積分時(shí)間內(nèi)逐漸增大 或減小，從而減緩其變化速度，防止振蕩。但積分時(shí)間I 太長(zhǎng)，又會(huì)當(dāng)反饋信號(hào)急劇變化時(shí)，被控物理量難以迅速恢復(fù)。因此，I 的取值與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較小時(shí)，積分時(shí)間應(yīng)短些；拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，積分時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。

　　微分時(shí)間。微分時(shí)間D 是根據(jù)差值信號(hào)變化的速率，提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，克服因積分時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而使恢復(fù)滯后的缺陷。D 的取值也與拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)：拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較小時(shí)，微分時(shí)間應(yīng)短些；反之，拖動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)較大時(shí)， 微分時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)些。P/I/D 參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行如下細(xì)調(diào)：被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間 I，如仍有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復(fù)，首先加大比例增益 P，如果恢復(fù)仍較緩慢，可適當(dāng)減小積分時(shí)間 I，還可加大微分時(shí)間 D。

3 PID 控制在煙草生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　現(xiàn)在的PID 控制在煙草行業(yè)的應(yīng)用大部分是多閉環(huán)控制，解決了料頭料尾及生產(chǎn)過(guò)程中內(nèi)在質(zhì)量的不穩(wěn)定現(xiàn)象，把外界干擾因素對(duì)生產(chǎn)所造成的影響降到最低。在生產(chǎn)過(guò)程中，由于來(lái)自外界的各種擾動(dòng)不斷產(chǎn)生，要想達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值保持恒定的目的，控制作用就必須不斷的進(jìn)行。若擾動(dòng)出現(xiàn)使得現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值發(fā)生變化，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件就會(huì)將這種變化記錄并傳送給PID 控制器，改變過(guò)程變量值，經(jīng)變送器送至PID 控制器的輸入端，并與其給定值進(jìn)行比較得到偏差值，調(diào)節(jié)器按此偏差并以我們預(yù)先設(shè)定的整定參數(shù)控制規(guī)律發(fā)出控制信號(hào)，去改變調(diào)節(jié)器的開(kāi)度，使調(diào)節(jié)器的開(kāi)度增加或減少，從而使現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象值發(fā)生改變，并趨向于給定值，以達(dá)到控制目的。這里主要以制絲生產(chǎn)線(xiàn)RCC 回潮機(jī)為例，著重介紹現(xiàn)在PID 控制在煙草行業(yè)中的應(yīng)用。RCC 的出口水份如何控制呢，RCC 的功能是在一定的溫度下，根據(jù)要求對(duì)煙絲進(jìn)行再回潮，回潮后的煙絲水份就是烘絲系統(tǒng)HXD 入口煙絲的水份，這個(gè)水份的穩(wěn)定性如何將直接影響HXD 的出口水份，所以控制好RCC 出口水份，是HXD 出口水份穩(wěn)定的前提。

　　RCC 的加水PID 控制是先根據(jù)公式算出初始的加水量L0, 其公式是：L0= 煙絲流量*[（100-入料水份設(shè)定值）/（100 - 出口水份設(shè)定值 +噴射蒸汽含水率）]- 煙絲流量

　　當(dāng)RCC 出口的水分儀檢測(cè)到煙絲實(shí)際水份與出口水份設(shè)定值有偏差時(shí)，控制器輸入端對(duì)偏差值經(jīng)過(guò)對(duì)L0 進(jìn)行修正，修正值為L(zhǎng)1, 即過(guò)程加水量的設(shè)定值為L(zhǎng)=L0+L1。而PID 控制器根據(jù)由流量變送器傳來(lái)的實(shí)際流量值，發(fā)出控制信號(hào)去調(diào)節(jié)氣動(dòng)閥的開(kāi)度，解決了現(xiàn)場(chǎng)擾動(dòng)因素，保證實(shí)際加水量趨向于過(guò)程加水量的設(shè)定值，從而確保了煙絲出口水分的穩(wěn)定性。

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)煙草質(zhì)量的要求越來(lái)越高，需求量也是越來(lái)越大，社會(huì)對(duì)煙草企業(yè)的發(fā)展要求也是越來(lái)越高。控制卷煙產(chǎn)品感官質(zhì)量的穩(wěn)定性，不僅要在原料上保證配方的準(zhǔn)確性，而且要保證加工過(guò)程工藝參數(shù)的穩(wěn)定。煙草生產(chǎn)線(xiàn)上采用了大量的PID 參與控制，在安全、節(jié)能、環(huán)保、穩(wěn)定生產(chǎn)、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品的產(chǎn)、質(zhì)量等方面都有非常重要的作用。