化工行業(yè)電氣儀表溫度參數(shù)的自整定方法

申軍祥

（山西省陽煤集團(tuán)平定化工有限責(zé)任公司,山西 陽泉 045000）

引 言

化工行業(yè)是一個比較重要的行業(yè),對我國各方面的發(fā)展都有著非常積極的意義。化工行業(yè)對最終實驗結(jié)果的精確度要求比較高,但化學(xué)實驗往往會受到外界各種各樣因素的干擾,因此,我們必須做好相應(yīng)的控制工作,從而保證最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。在化工行業(yè)領(lǐng)域內(nèi),電氣儀表溫度參數(shù)的測量一直受到廣大工作者的關(guān)注?；ば袠I(yè)所涉及的儀表元件比較復(fù)雜,其溫度參數(shù)會受到外界因素的干擾,存在一些誤差,對電氣儀表溫度參數(shù)的控制和測量必須避免這些誤差,才能達(dá)到最終的實驗效果。從以往的設(shè)計思路看,工作人員對于精確度的認(rèn)識往往是通過自整定反饋進(jìn)行的,在以往傳統(tǒng)的自整定方法中,工作人員對電氣儀表溫度參數(shù)的控制方法大致可以分為三大類。這些方法從本質(zhì)上說都是基于不同的載體而進(jìn)行的參數(shù)自整定反饋模式,從細(xì)節(jié)來看,這些方法的基本原理都是通過構(gòu)建電氣儀表溫度參數(shù)的反饋校正模型,選定一些比較精確的參數(shù),隨之進(jìn)行相應(yīng)的實驗測試,從而得出比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。從以往的研究成果來看,曾有學(xué)者提出采用不確定邊界的自適應(yīng)誤差補(bǔ)償方法,這種方法有其優(yōu)越的一面,它可以極大程度地避免儀器受溫度的影響,測量的精度也會隨之增高,但是這種方法的計算經(jīng)濟(jì)性不高,花費較大,而且時效性不強(qiáng)。針對這一缺點,之后的學(xué)者通過深入的研究,提出了魯棒自適應(yīng)的方法,該方法也有其優(yōu)越的一面,它可以通過建立穩(wěn)態(tài)方程式從而實現(xiàn)參數(shù)自整定性的控制,其精確度非常高,但是這種方法也有著一定的弊端,它容易受到不確定非線性溫度突變的干擾,有一定的不穩(wěn)定性。隨后,又有學(xué)者采用了電阻接地的計算方法,這種方法也有著比較大的缺陷,一旦儀表溫度參數(shù)超限,就會導(dǎo)致測量精度的下降。由于化工行業(yè)對最終實驗結(jié)果的要求比較高,而本行業(yè)的特點卻是充滿了不確定性,極易受到外界不確定因素的干擾,造成一定的實驗誤差,以往學(xué)者對其進(jìn)行了摸索和嘗試,雖然有了很大的進(jìn)步,但是方法的弊端依然存在。鑒于此,本文從理論入手,構(gòu)建出了一種新的模式,吸納以前方法中的優(yōu)點,設(shè)計了PID控制器,希望能夠推動化工行業(yè)的發(fā)展。

1 溫度參數(shù)自整定的構(gòu)建

1.1 構(gòu)建反饋校正模型的相關(guān)思路

在進(jìn)行此項設(shè)計工作之前,首先要規(guī)劃和設(shè)計電氣儀表溫度測量控制模型。從化工行業(yè)的工藝流程來看,化工行業(yè)的溫度測量一般采用的是閉環(huán)串連反饋控制裝置,其調(diào)節(jié)器是一個非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu),可以大致分為比例控制、微分控制和積分控制3種,其PID控制從整體來說是非常模糊不清的［1］。具體工作原理見圖1所示。

圖1 電氣儀表溫度測量的模型

圖1中,r是電氣儀表溫度測量系統(tǒng)的前端輸入口,末端的y則為輸出端,而d則為一些未知條件的干擾因素。在圖1的中部,P（s）為溫度測量過程中的傳遞函數(shù),M（s）為電氣儀表溫度測量過程中一些固定頻率的值,Q（s）等值表示的是測量過程中的容錯系數(shù)。

通過一系列的計算,我們可以得到,在函數(shù)的表達(dá)式中,可以假設(shè)其傳感器采樣的周期為T,通過帶入計算和進(jìn)一步的化簡,可以推導(dǎo)出公式（1）。

式中,E則表示溫度參數(shù)幅頻的函數(shù),其表達(dá)的意思可以描述為根據(jù)振蕩抑制和并聯(lián)校正,這個過程可以完整地實現(xiàn)反饋校正的全過程,而且其精度也是比較高的,可以為進(jìn)一步的工作提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1.2 自整定控制的相關(guān)分析

自整定控制設(shè)計是一個比較復(fù)雜的過程,首先,應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反饋校正傳遞模型的構(gòu)建和計算,接著,研究和分析出具體的自整定控制的約束值。在這樣的整體思路下,可以得出自整定控制的三通模型［2］,見式（2）。

但是,從本質(zhì)上分析,式（2）還存在著一定的模糊性,對其進(jìn)行進(jìn)一步的整理,得式（3）。

在整體設(shè)計的過程中,為了進(jìn)一步保證最終實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,還需設(shè)計誤差補(bǔ)償?shù)倪^程,具體描述為式（4）。

在誤差補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上,對三通道模型進(jìn)行了進(jìn)一步的整合,可以推導(dǎo)出其約束模型,見式（5）。

綜合以上推導(dǎo)公式,可以得到最后的約束模型為式（6）。

在這個公式的引導(dǎo)下,自整定過程可以順利的實現(xiàn),也為化工行業(yè)進(jìn)一步的技術(shù)優(yōu)化提供了現(xiàn)實可能性。

2 自整定方法的設(shè)計和闡述

在PID的設(shè)計過程中,首先假設(shè)控制約束目標(biāo)函數(shù)為M,我們所需要的目標(biāo)函數(shù)包括2個部分［3］,具體可以描述為式（7）、式（8）。

最終根據(jù)這些原理可以設(shè)計出PID控制器的相關(guān)內(nèi)容,具體見圖2所示。

圖2 PID控制器設(shè)計

3 仿真實驗探究

在進(jìn)行電氣儀表溫度參數(shù)的自整定方法設(shè)計后,可以通過一系列的仿真實驗進(jìn)行驗證,從而證實其優(yōu)越性。在仿真實驗中,我們可以借助先進(jìn)的數(shù)學(xué)仿真工具進(jìn)行測驗,并實時記錄結(jié)果［4］。并對PID函數(shù)進(jìn)行歸結(jié),具體見式（9）。

對這個原理首先進(jìn)行了電氣儀表的誤差分析,得出2種不同的結(jié)果,見第88頁圖3所示。

從圖3中可以看出,經(jīng)過參數(shù)的自整定處理之后,電氣儀表測量溫度的準(zhǔn)確性得到了進(jìn)一步的提高,其誤差也比較小,穩(wěn)定性也有了明顯的改善。

仿真實驗結(jié)果也從側(cè)面印證了結(jié)論的正確性。同時,以溫度的輸出參量作為變量進(jìn)行了實驗,通過對比,得到了對比分析圖,如第88頁圖4。通過對比圖,可以清晰地看出,采用本文論述的測量模式可以有效地降低溫度漂移以及穩(wěn)態(tài)誤差對測量結(jié)果的干擾,降低了振蕩的幅度,大大提升了控制的精度,對于化工行業(yè)有著非常積極的意義［5］。

圖3 誤差對比分析圖

圖4 溫度控制器變量輸出的對比

4 結(jié)語

為了優(yōu)化化工行業(yè)電氣儀表穩(wěn)定性和有效性的問題,本文從實際出發(fā),結(jié)合相應(yīng)的理論背景,通過一定的溫度參數(shù)自整定性控制研究,大大降低了外界溫度以及其他條件對最終結(jié)果的振蕩和干擾,提升了最終測量結(jié)果的精確度。在此次實驗中,結(jié)合以往設(shè)計的優(yōu)缺點,進(jìn)行了新的設(shè)計,即設(shè)計了PID控制器,進(jìn)行了一系列的多模穩(wěn)態(tài)自適應(yīng)整定性的控制,從而對傳統(tǒng)方法進(jìn)行了進(jìn)一步的改革和創(chuàng)新。在這樣的方法下,化工行業(yè)電氣儀表溫度測量的精度得到了很大的提升,其抗外界干擾的能力也進(jìn)一步加強(qiáng),能夠很好地避免溫度漂移失真的現(xiàn)象,大大提升了電氣儀器設(shè)備的可靠性。此方法可以進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)：

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