总线智能仪表温度控制系统的设计

　　系统的加热过程分为三部分：第一，升温起始阶段或温差大时，采取全功率加热，使加热元件快速升温；第二，温度变化剧烈时，采取关断输出，让温度在惯性作用下向下一阶段过渡。因为电热元件滞后严重，当温度上升过快时，会导致下一阶段控制失效或严重超调；第三，温度偏差和温度变化在一定范围内时，根据专家智能在线调整PID参数，达到快速精确控制。

　　3.2 专家PID控制器的原理

　　温度控制系统具有非线性、强耦合、时变、时滞等特性，采用常规PID控制难以兼顾高精度与快速性的双重要求。本文提出专家式智能与PID相结合的复合控制方法，将专家经验和PID控制定量调节特性充分运用于控制过程中。该总线智能氧量分析仪要求系统控温范围为680～760℃，稳定后温度波动不超过1℃。为了实现快速精确的温度控制，根据被控对象的特性建立专家系统PID控制方式，如图2所示。

　　图2 专家智能PID复合控制器的原理框图

　　本专家控制器的推理结构采用数据驱动的正向推理策略。产生式规则采用IFe（n）ANDe（n）TNout（n）形式。专家系统的关键是专家知识的建立、确定。知识获取，有些来自工艺人员的长期总结，有些借助于控制领域的知识和分析。

　　把专家系统和PID控制器结合，利用专家系统知识库输出修正PID参数，改变PID控制方式以达到最佳PID控制效果。根据对象特性及设计要求，设计了99条控制规则，并预先将规则下的调整方法及调整参数存储于控制器中。专家控制规则根据当前偏差e（n）及其变化率△e（n）的大小，决定控制方式和是否需修改比例系数K P、积分增益KI和微分增益KD。控制过程中，控制器不需按系统辨识结果或某一目标函数整定PID参数，而是按当前状态对基本PID参数进行调整即：

　　Kj＝aTjKOj，J=P，I，D

　　式中KP，KI和KD分别为基本比例、改进积分和微分增益； aTP，aTI和aTD分别为当前调整状态下的比例、积分和微分项修正系数。

　　3.3 软件流程

　　系统软件采用C51语言，在Silicon Laboratories集成开发环境下进行编译连接。

　　该仪表的温度量程为0～1000℃，温度控制为700℃±1℃，温控定值为680～760℃，并且连续可调，当温度大于800℃时，启动断偶保护功能。数据的采集用多次测量求平均值的方法来避免测量误差。

　　4 结 论

　　本文设计的基于现场总线智能氧化锆氧量分析仪具有自动化水平高、结构简单等优点。对于电站锅炉及煤焦炉等热力设备生产效率的提高具有显著的作用。试验表明该温度控制系统具有测量范围宽、使用温度高、运行可靠、测量及时准确等优点，同时克服了以往仪表不稳定、易损坏等缺点。该方法加以适当修改，也可应用于其它温度控制系统中。