参数自整定PID控制器在锅炉汽温控制上的应用——由于受到锅炉负荷和燃烧工况的影响，锅炉汽温采用传统的PID控制，其效果不是很理想。为此，和隆优化引入了一种参数自整定PID控制器到控制系统，本文介绍了自整定PID控制器的过程特性辨识与参数自校正算法描述及实现方法。通过测试表明，系统的动态性能较好，适应能力较强，能够达到良好的控制效果。

参数自整定PID控制

针对主汽温度控制的特性，选择波形分析法来辨识系统的在线参数，同时选择人工智能专家知识库作为PID控制器的参数，以优化算法。其计算量小，容易在生产过程中实现。

特性辨识与参数自校正方法

自整定PID将波形分析法与人工智能相结合，当回路的给定值或扰动值发生变化时，能调节偏差对时间的响应特性并做出调节品质的性能指标，判断是否需要修改现行PID调节器参数。图1为存在阶跃扰动时调节差值的响应特性，e(t)按一定周期作衰减振荡。

图1 外界阶跃扰动时对象的响应特性

自整定过程中的超调量、阻尼系数和振荡周期Tc可从以上波形图中得出：

(2)利用上述这些参数，模仿人整定参数时的思维活动，再根据阶跃响应或过程对干扰的响应，测出有关信息，由此判断并修改PID控制器的参数。如表1。

(3)当系统受到外部干扰或对象特性发生变化时，专家系统智能自整定调节器能自动修改PID参数而适应对象特性的变化，使系统始终保持品质最佳。

图2 波形分析辨识操作框图

技术实现

上述算法实现的关键在于准确检测出峰值并得到相应的超调量、阻尼系数及振荡时间的数值。具体设计操作参见框图，如图2。

自整定算法峰值检测说明

在正常情况下，给定值与测量值相接近，自整定算法处于就绪状态，不进行数据处理。当过程出现扰动、偏差超过噪声频带两倍预设阈值的时候，使用数据采集系统及工业计算机开始运行自整定算法，检测被控过程输出信号的变化，并等待峰值的出现。等待第一个峰值出现的过程为寻找E1的过程，一旦E1出现，自整定算法程序就储，保存好该峰值的大小，并启动计时程序开始记录振荡周期Tc。被控过程输出信号的第一个峰值出现后到第二个峰值出现前的过程为检验峰值1。在检验峰值1过程中，进一步验证第一个峰值是否为真正的峰值E1，若结果是，则存储该峰值，并立即寻找峰值2。若结果为否，即这个过程中会有更大的极值出现，则用新的极值代替第一个峰值，然后再进入寻找峰值2的过程，其步骤与寻找峰值1相同。接着进入检验峰值2的过程，并寻找峰值3，再检验峰值3。这些峰值即代表了超调量、阻尼系数和振荡周期的大小。把这些参数引入到自整定专家算法，按照预置程序进行运算，则可得出PID控制器新的整定参数，从而完成了一次自整定过程。

图3 波形峰值检测分析辨识程序框

此处存在一个须单独处理的情况。当寻找到峰值1(E1)后，在寻找峰值2过程中，若在设定的最大等待时间之后第二个峰值仍未出现，则说明系统为过阻尼状态，该算法会确认为过阻尼状态后，于是立即停止寻找峰值2和峰值3，从而转向处理程序，计算出过阻尼状态下的新参数。

专家系统智能自整定策略可按照用户对过程控制系统品质的要求，省去对被控对象做阶跃扰动实验来确定传递函数的步骤，这样既节省了系统投入时间，又提高了运行的经济性和可靠性。

在主汽温度控制系统上的应用

主汽温度对象具有大时延、大惯性、时变性等特点。影响主汽温度调节的主要因素有：锅炉负荷的影响、燃烧工况的影响、两级过热器的热交换特性的影响、减温水温度和压力变化的影响。这些因素使得主汽温度成为非线性的复杂热工控制对象，控制起来比较困难。

和隆优化参数自整定PID控制器响应曲线：和隆优化在某厂主汽温度控制系统上采用上述参数自整定PID控制器，并选用专家系统实施了智能自整定策略，由此得到了控制系统的响应曲线，从而实现了对PID参数的修正。其主汽温度在不同锅炉负荷下的响应曲线如图4、5、6所示。

不同负荷状态下的主汽温度控制结果：参数自整定PID将主汽温度控制点从445℃设置到450℃，以适应锅炉不同负荷状态下的需求。对比主汽温度响应曲线图4、图5和图6，可以看出，使用参数自整定PID控制器能够适应多种负荷变化下的对象特性，并具有良好的设定值跟踪和抗干扰能力。

应用效果

参数自整定PID控制器技术方法保留了常规PID控制器结构简单、物理意义明确、经济实用等优点，同时也实现了对PID参数进行在线的自整定、自校正。

图4  100%负荷下主汽温度响应曲线 

图5 75%负荷下主汽温度响应曲线

图6  50%负荷主汽温度响应曲线

常规PID控制器不能实现参数实时在线调整，难以适应多种工况的需求，参数自整定PID控制器能够根据控制过程中的系统特性变化选择相应的策略并自行修改PID参数，具有灵活性、适用性等特点。随着负荷的升降、工艺条件的变更以及环境参数的变化等因素，主蒸汽温度表现出一定程度的非线性特征。参数自整定PID控制器响应曲线的应用证明，该系统的控制品质较常规PID控制器有明显提高，性能也更优越。