PID加热炉温度控制器设计+仿真图+回路图(7)
以加热炉温度为主变量夹套温度为副变量构成加热炉出口温度与夹套温度的串级控制系统。被加热物料流过排列炉膛四周的夹套后加热到炉出口工艺所要求的温度。在加热用的装有一个调节阀用以控制夹套温度控制以达到控制出口温度的目的。为了提高控制质量采用串级控制系统运用副回路的快速作用有效地提高控制质量满足生产要求。 利用Simulink实现单回路系统仿真和串级系统仿真得出系统输出响应曲线串级控制系统的优缺是能够提高控制的精度，降低超调量。本设计是加热炉利用MATLAB中的Simulink进行系统仿真采用衰减曲线法进行参数的整定，来实现加热炉的温度控制的优化。
3.3 PID参数的设定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。一类就是调试法，固定一个量，调试其他两个环节。另一类，就是专家经验，很多优秀的工程师在有着丰富的工作经验，对于简单的工艺流程用PID控制，已经有了他们独特的处理方法。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，常用还有两种方法：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。
3.3.1 PID整定方法
PID控制器参数的工程整定方法，是PID控制器的主要内容。整定方法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。
临界比例法，利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
衰减曲线法是在系统闭环情况下，将比例放大倍数设定为1，控制器积分时间放大，微分时间调到最小。然后，有小到大调节放大倍数。如果衰减比大于4:1，则继续增大。如果衰减比小于4:1则减小，知道呈现4:1衰减。根据上述实验找到放大倍数和振荡周期。根据专家经验公式，可以算出呈现4:1振荡控制器参数值，在对各环节进行一步步的整定。
如表1所示，按照经验公式算出控制参数，将控制器参数设置好，一般定积分、微分之前先将比例系数的值调到一个稍小的值，等积分、微分参数定下后在将比例环节调整到整定值，做进一步的调试，直到达到理想状态。最后，根据以上方法得出控制器各环节参数，按照“先副回路，后主回路”的顺序，将整定的PID参数值设置到PID调节器上，再进行系统的调试，看系统仿真是否达到控制要求。如果，整定参数值不能达到使系统达到期望的控制要求，需要在对PID参数进行整定调试。
表1 4:1衰减曲线法整定控制器参数经验公式
控制器类型 控制器参数
P I/min D/min
P Ks － －
PI 0.83Ks 0.5Ts －