PID加热炉温度控制器设计+仿真图+回路图(5)
图4 PID结构图
采用PID调节器组成的PID自动控制系统调节炉温。PID调节器的比例调节, 可产生强大的稳定作用;积分调节可消除静差; 微分调节可加速过滤过程,克服因积分作用而引起的滞后。控制系统通过温度检测元件不断的读取物料出口温度，经过温度变送器转换后接入调节器，调节器将给定温度与测得的温度进行比较得出偏差值，然后经PID算法给出输出信号，执行器接收调节器发来的信号后，根据信号调节阀门开度，进而控制燃料流量，改变物料出口温度，实现对物料出口温度的控制。
加热炉的单回路控制系统主要是以出口温度为控制变量。由于加热炉出口温度控制要求非常严格，允许误差范围很小，要求控制精度高，同时在控制过程中还可能有干扰因素的介入，为了保证控制系统的稳定，有时对于扰动因素必须加以必要的措施。
2.3 串级控制系统
串级控制系统就是再引入一个控制量，本文是引入炉膛温度形成控制回路构成的，加热炉出口温度控制器的输出作为次级PID控制器的设定值，次级PID控制器的输出作为燃气或者进料口的给定值，再去控制燃料或者燃气的调节阀。提高温度控制系统的精度，减小超调量，加强系统的稳定性。
2.3.1 串级控制系统在工业控制系统中应用：
(1)用于克服被控过程较大的容量滞后
在过程控制系统中，被控过程的容量滞后较大，特别是一些被控量是温度等参数时，控制要求较高，若果采用单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。利用串级控制系统存在二次回路的改善过程动态特性，特别提高系统的工作频率，合理构造二次回路，减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度。在构造二次回路时，应该选择一个滞后较小的副回路，保证快速动作的副回路。
(2)用于克服被控过程的纯滞后
被控过程中存在纯滞后会严重影响控制系统的动态特性，使控制系统不能满足生产工艺的要求。使用串级控制系统，在距离调节阀较近、纯滞后较小的位置构成副回路，把主要扰动包含在副回路中，提高副回路对系统的控制能力，可以减小纯滞后对主被控量的影响。改善控制系统的控制质量。
(3)用于抑制变化剧烈幅度较大的扰动
串级控制系统的副回路对于回炉内的扰动具有很强的抑制能力。只要把变化剧烈幅度大的扰动包含在副回路中，即可以大大消弱其主被控量的影响。
(4)用于克服被控过程的非线性
在过程控制中，一般的被控过程都存在一定的非线性。这会导致当负载变化时整个系统的特性发生变化，影响控制系统的动态特性。单回路系统往往不能满足生产工艺的要求，由于串级控制系统的副回路是随动控制系统，具有一定的自适应性，在一定程度上可以补偿非线性对系统动态特性的影响[8]。
2.4 控制对象的模型及函数抽取
在控制系统的分析和设计中首先要建立数学模型，而建立数学模型的方法主要有两种：机理分析法和实验辨析法。机理分析法就是通过对系统内部运动机理的分析，根据系统中的物理和化学变化规律，在合理的近似后推导出系统的特性方程。实验辨识法一般是根据经验假定模型的结构，然后对实际系统施加典型的测试信号，通过对系统的输出数据的处理来确定模型参数。本论文主要根据机理分析法来建立数学模型，如图5所示。
被加热原料 T
出口温度
调节阀 燃料