一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法技术

本发明专利技术属于产烟设备控制技术领域，具体涉及一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法。所述方法包括误差计算：计算设定的CO浓度值和实际输出浓度值两者间差值；比例项补偿：控制陶瓷盘实现比例项进行浓度误差补偿；积分项补偿：调节激光实现积分项对相邻浓度误差进行补偿；微分项补偿：利用控制质量流量计的流速实现微分项对浓度误差进行补偿；同时利用试验确定Kp、Ki、Kd系数的初值作为系统输入。本发明专利技术对发烟设备输出CO气体进行在线监测，并实时采取措施进行增量式PID调节，可实现CO持续稳定输出，从而提高了发烟设备的稳定性和可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法


[0001]本专利技术属于产烟设备控制
，具体涉及一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法。

技术介绍

[0002]PID控制是目前应用于装备控制和自动化生产中一种比较成熟的控制方法，其具有算法相对简单、稳定性高和鲁棒性好的优点。但上述传统PID调节算法与整个过去的状态有关，用到了偏差的累加值，容易产生累积偏差，同时其输出直接对应对象的输出，对系统的影响比较大。增量式PID算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次偏差值有关，计算偏差的影响较小，增量型PID算法得出的是控制量的增量，对系统的影响相对较小。故在环境对系统影响不大的情况下，选择增量型PID算法能大大提高系统的输出稳定性。
[0003]传统的产烟设备大部分都只是依靠单一方式进行产烟输出，并且都是直接的开环控制，其对系统输出影响不大。近些年出现了PID方法进行系统控制，但利用单一的输出调节方式也不能够及时有效的反馈给系统输出端。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法，实现了对CO输出实时监控，并采取对应措施对增量式PID算法相应项进行浓度误差补偿，提高了发烟设备产烟的安全性与稳定性。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法，所述发烟设备包括陶瓷盘主发烟区、激光辅助发烟区和质量流量计，方法包括如下步骤：
[0006]步骤(1)：构建增量式PID控制公式：
[0007]ΔU(k)＝Kp(err(k)
‑
err(k
‑
1))+Ki*err(k)+Kd(err(k)
‑
2err(k
‑
1)
[0008]+err(k
‑
2))
[0009]步骤(2)：将步骤(1)中的比例项、积分项和微分项分别和发烟设备各单元结合：
[0010]ΔU(k)＝Kp*pError+Ki*iError+Kd*dError
[0011]pError＝err(k)
‑
err(k
‑
1)＝thisError
‑
lastError
[0012]iError＝err(k)＝thisError
[0013]dError＝err(k)
‑
2err(k
‑
1)+err(k
‑
2)
[0014]＝thisError
‑
2*lastError+preError
[0015]其中，k代表当前采样点，k
‑
1代表上一个采样点，k+1代表下一个采样点，得到ΔU(k)；
[0016]步骤(3)：依据pError、iError、dError计算值对P、I、D三项分别进行调节，将前后几次采样点的CO浓度波动在阈值T以下，公式表示如下：
[0017]ΔU(k)<T、pError<T1、iError<T2、dError<T3
[0018]T＝T1+T2+T3
[0019]式中对P、I、D三项依次进行判断，若其误差值小于相应的阈值，则不调整；反之，则通过不同的方式对CO浓度进行调节。
[0020]进一步的，步骤(1)中根据多次的标定实验来确定初始Kp、Ki、Kd三项的系数。
[0021]进一步的，步骤(3)中“通过不同的方式对CO浓度进行调节”具体为：
[0022]利用对陶瓷盘的温度进行控制，从而对陶瓷盘主发烟区所产生的CO浓度进行调节，从而实现对比例项进行补偿；
[0023]利用激光辅助发烟区的激光烧结物料实现辅助产烟，从而补偿系统CO浓度和设定浓度值之间的累计偏差，实现对积分项进行补偿；
[0024]调节质量流量计的流速，调节CO的输出量，实现对微分项的补偿。
[0025]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0026]利用增量式PID算法对发烟设备各个环节分开调节控制，通过利用陶瓷盘温度控制、激光烧结产烟量控制以及质量流量计(MFC)控制系统输出烟量分别对应比例项、积分项以及微分项浓度误差调节，同时利用初始化控制系统对增量式PID算法各项系数进行初始化，从而调控系统稳定持续输出高浓度的CO气体，并保持输出曲线符合系统要求；实现对产烟设备的CO输出实时检测，保障产烟设备运行的安全性与稳定性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术增量式PID系统控制整体框架图。
[0028]图2为实验物料稻杆的CO浓度输出曲线图。
[0029]图3为实验物料芦苇杆的CO浓度输出曲线图。
[0030]图4为比例项(P项)方案控制流程图。
[0031]图5为积分项(I项)方案控制流程图。
[0032]图6为微分项(D项)方案控制流程图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0034]一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法，方法包括以下步骤：
[0035]步骤一：构建对比例项的浓度误差补偿方案；
[0036]先说明整体系统增量式PID控制方法：
[0037]增量式PID控制算法是在传统PID算法的基础上进行进行改进的，比例就是用来对系统的偏差进行反应，所以只要存在偏差，比例就会起作用。积分主要是用来消除静差，所谓静差就是指系统稳定后输入输出之间依然存在的差值，而积分就是通过偏差的累计来抵消系统的静差。而微分则是对偏差的变化趋势做出反应，根据偏差的变化趋势实现超前调节，提高反应速度。
[0038]传统PID算法主要由系统输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)＝rin(t)
‑
rout(t)。于是PID的基本控制规律就可以表示为如下公式：
[0039][0040]其中Kp为比例带，T1为积分时间，T2为微分时间，U(t)为输出。
[0041]上述公式为传统的连续PID控制算法，但在实际的应用中都是将连续数据离散化，再运用离散的PID算法进行系统调节整定。离散后的PID算法公式如下：
[0042][0043]通常为了方便计算，以积分项系数Ki来代替以微分项系数Kd来代替故简化公式后如下：
[0044]U(k)＝Kp(err(k)+Ki∑err(k)+Kd(err(k)
‑
err(k
‑
1)))
[0045]但是针对对于本系统的而言，为防止CO的累计误差影响过大，所以现以增量式PID来进行控制，公式如下：
[0046]ΔU(k)＝Kp(err(k)
‑
err(k
‑
1))+Ki*err(k)+Kd(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制发烟设备输出稳定CO浓度的增量式PID方法，其特征在于，所述发烟设备包括陶瓷盘主发烟区、激光辅助发烟区和质量流量计，方法包括如下步骤：步骤(1)：构建增量式PID控制公式：ΔU(k)＝Kp(err(k)
‑
err(k
‑
1))+Ki*err(k)+Kd(err(k)
‑
2err(k
‑
1)+err(k
‑
2))步骤(2)：将步骤(1)中的比例项、积分项和微分项分别和发烟设备各单元结合：ΔU(k)＝Kp*pError+Ki*iError+Kd*dErrorpError＝err(k)
‑
err(k
‑
1)＝thisError
‑
lastErroriError＝err(k)＝thisErrordError＝err(k)
‑
2err(k
‑
1)+err(k
‑
2)＝thisError
‑
2*lastError+p...

【专利技术属性】
技术研发人员：于纪言，陈艺，于洪森，冯斌，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：