【正文】 glerNichols法是一種基于頻域設(shè)計(jì) PID控制器的方法。此法首先通過實(shí)驗(yàn)獲取控制對象單位階躍響應(yīng)，獲得K、L和T參數(shù)，通過ZieglerNichols 經(jīng)驗(yàn)公式確定PID控制器的參數(shù)。硝酸生產(chǎn)氧化爐溫度控制系統(tǒng)的被控對象為氧化爐的溫度，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為流量調(diào)節(jié)器，通過控制氨氣流量來控制氧化爐溫度。根據(jù)對象的階躍響應(yīng)輸出信號圖，可以得到 K=8，T=360，L=180。建立Simulink 模型，如圖 。 函數(shù)Simulink模型圖中，“Integrator”為積分器， “Derivative”為微分器，“Kp ”為比例系數(shù)，“Ti ”為積分時(shí)間常數(shù)，“Td”為微分時(shí)間常數(shù)。Ziegler Nichols整定的第一步是獲取開環(huán)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，在Simulink中，把反饋連線、微分器的輸出連線、積分器的輸出連線都斷開，“Kp ”的值置為1，得到未校正前系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。?TransportDelay8360s+1Transfer F0TdStepScope1Kp1sIntegratordu/dtDerivativeAdd1 Add01/Ti本科生課程設(shè)計(jì)（論文）17 圖 未校正前系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線根據(jù) Ziegler Nichols 經(jīng)驗(yàn)公式，可知 PID 控制整定時(shí)，比例放大系數(shù)Kp=，“Kp”的值置為 ，如圖 所示。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）18 圖 Kp 參數(shù)設(shè)置積分時(shí)間常數(shù) Ti=396，“1/Ti”的值置為 1/396，如圖 所示。 圖 1/Ti 參數(shù)設(shè)置微分時(shí)間常數(shù) Td=90，“Td”的值置為 90，如圖 所示。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）19 圖 Td 參數(shù)設(shè)置PID 控制器校正后的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線，如圖 所示。 圖 PID 控制器校正后的系統(tǒng)響應(yīng)曲線針對該P(yáng)ID 控制器，我們可以通過外加擾動信號來測試其控制效果。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）20，在t=4000s時(shí)，外加一個幅值為855的擾動信號。 擾動信號曲線將該擾動信號加到系統(tǒng)輸入端。 加擾動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖選定仿真時(shí)間，仿真運(yùn)行，運(yùn)行完畢后，雙擊“Scope”得到結(jié)果如圖 所示。TransportDelay8360s+1Transfer FStepSignal 1Signal BuilderScope1sIntegratorKGain290Gain1Gaindu/dtDerivativeAdd2Add1 Add本科生課程設(shè)計(jì)（論文）21 圖 加擾動系統(tǒng)響應(yīng)曲線由以上響應(yīng)曲線可以看出，PID控制時(shí)，系統(tǒng)會出現(xiàn)超調(diào)，%，小于最大偏差10℃，符合設(shè)計(jì)要求，所以PID參數(shù)計(jì)算正確。系統(tǒng)穩(wěn)定后，若加一個擾動信號，PID控制器可以很快對被控對象的響應(yīng)進(jìn)行校正，使其盡快穩(wěn)定，%。由以上曲線可以看出，該P(yáng)ID控制器效果良好。從系統(tǒng)接入 PID 控制器前后的階躍響應(yīng)曲線中，我們可以明顯地看到系統(tǒng)性能的改善。利用 MATLAB/Simulink 可以實(shí)現(xiàn) PID 控制器的離線設(shè)計(jì)和整定，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室仿真。但是這種常規(guī)的 PID 控制不具有自適應(yīng)性，在長期工作時(shí)對象參數(shù)會產(chǎn)生偏移，系統(tǒng)具有時(shí)變不確定性，也存在非線性，工況點(diǎn)附近小范圍的線性化假設(shè)在整個工作范圍中不能成立時(shí)，就難以達(dá)到理想的控制效果。為此，我們可以考慮自適應(yīng)的 PID 控制算法。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）22第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)氨空比值控制范圍是依據(jù)氧化工藝過程中理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的氨空比值的最佳值，以氨、空流量測量精度符合要求為前提計(jì)算出來的。而實(shí)際上，流量變送器以及一次元件不可避免地會存在誤差，同時(shí)條件惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場也可能給測量帶來誤差，累加誤差將很大，就會造成實(shí)際比值發(fā)生誤差而致使氧化工藝不正常。另外，由于鉑網(wǎng)活性下降，反應(yīng)溫度也會降低，造成氨氣反應(yīng)不完全。對于上述異常情況，本設(shè)計(jì)控制方案可由工藝人員根據(jù)實(shí)時(shí)情況，適當(dāng)改變控制器的給定，修正測量裝置的誤差對反應(yīng)溫度的影響、克服鉑網(wǎng)活性下降的因素。通過技術(shù)改進(jìn)，系統(tǒng)主要控制指標(biāo)—氨空比基本能夠保持穩(wěn)定，串級比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可操作性、實(shí)用性較強(qiáng)，操作人員可以根據(jù)生產(chǎn)及設(shè)備情況，實(shí)時(shí)地變更氨空比值設(shè)定值，操作簡便、有較高的靈活性。氧化爐的控制水平和控制精度都達(dá)到了較高的水平，產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高，設(shè)備安全性得到了保證，延長了設(shè)備運(yùn)行周期，大大提高了硝酸裝置的經(jīng)濟(jì)效益。通過自動和手動靈活切換及自動控制的投運(yùn)，取得了很好的調(diào)節(jié)控制效果。該系統(tǒng)采取了先進(jìn)的控制方案和嚴(yán)密的自保方案，實(shí)施后成效顯著：1)氧化爐溫度控制波動范圍為177。5℃。2)精確比值顯示控制, 解除了以往查看流量值然后計(jì)算比值的過程，確保了及時(shí)調(diào)整比值和及時(shí)控制，使裝置的安全性得到保證。3)比值控制平穩(wěn)，鉑金網(wǎng)的活性得以延長，氧化率得到提高。4)聯(lián)鎖自保水平大大提高，避免了因停機(jī)造成的超溫事故。5)儀表性能可靠，杜絕了儀表設(shè)備事故。6)操作員操作上更靈活方便，只須按按鍵操作即可。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）23參考文獻(xiàn)[1] 陳志紅,呂赤峰,[J].石油化工 自動化,2022,2(2):3841[2] 王驥程,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2022:156158[3] [J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2022,4(14):2123[4] [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2022:3638[5] [J].,24(3):58－60[6] 付寶祥,王桂云,[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2022:5459[7] [J].機(jī)械工程與自動 化,2022,6(6):146－148[8] 沙占友,[J].北京:機(jī)械工業(yè)出版 社,2022,2(4):1417[9] 崔天久,[J].石油儀器的研 ,1(2):710[10] 、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2022:2353[11] [J].,3(11):6467[12] 高慶福,于海生,[J].河南化 ,4(2):3032[13] 袁浩,張憲, PID 算法在過程控制實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù) ,3(5):3035[14] 徐亞飛,劉官敏,高國章, PID 與預(yù)測控制[J].武漢理工大 學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版).2022,8(4):99101[15] [J].,1(12):2527[16] [J].,3(3):2931[17] 馬玲官,張榮福,[J].儀表儀器技術(shù)學(xué) ,5(8):6162[18] 寧遠(yuǎn)濤,[J].貴 ,2(4):4348