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摘要：PID控制器是一種結構簡單，操作方便，魯棒性較強的溫度控制器，因而被廣泛地應用在了現代化工業生產智能溫度控制領域中，本文將主要針對基于PID的電熱爐溫度智能控制系統展開設計，進一步了解PID控制器的重要地位以及所發揮的重要作用，旨在能夠找到一種最佳的PID溫度控制方案，提高系統運行的穩定性，縮短調節時間，有效改善系統超調性能。

關鍵詞：PID；電熱爐；溫度智能控制系統

1.什么是PID

PID即portID，通常指的是在生成樹協議STP中，如果在端口位置處所收到的BID同pathcost相同，就需要通過比較PID來進行阻塞端口的選擇。在現代化工廠生產及工程控制中，PID主要是由8位端口的優先激加端口構成，端口號占據低位，默認優先級為128。在工業自動化領域發展中，PID控制水平是一項重要的參照標準指標，PID控制以及相應的控制器，智能PID儀表產品有很多，而且這些PID產品都在現代化工業工程項目中的得到了非常廣泛的應用，一些公司創新開發了擁有PID參數自我調整和整定功能的智能調節器。PID參數控制器擁有自動調整功能，可以開展智能化調整以及通過自校正、自適應算法來實現，充分利用PID參數控制的方式來完成對工業化生產環節中的壓力控制、溫度調節、流量控制以及液位控制等作業，從而可以實現具有PID參數控制功能的可編程控制器PLC控制調節，完成對PC系統的自動化操作與控制。

2.電熱爐溫度智能控制系統的工作原理

基于PID基礎上設計而成的電熱爐，主要被應用在我國工業自動化生產中，對工業產品的有效加熱與烘干，一般在實際加熱的時候，會使用封閉式的方式進行工業產品的工藝加熱，而對電熱爐文溫度的自動控制與調控，需要使用PID參數控制器來完成，從而完成對電熱爐溫度系統的有效控制。為了能夠滿足電熱爐溫度控制系統的升溫要求，首先需要對單片機進行科學選擇，可以美國ATM公司生產的AT89C52型號的單片機，AT89C52型號的單片機能夠和51系列的單片機進行兼容與合并，從而滿足C語言可編程序控制軟件的PID控制啊要求，提高電熱爐的整體溫度控制水平，同時也可以提高溫度控制系統的運行速度，保證系統運行的穩定性。在真正的溫度測量過程中，需要考慮測量溫度的準確性以及溫度測量的可靠性，一般可以采用四路采樣的電路形式展開檢測，也就是對四路采樣中不同的點展開檢測，然后計算得出四個測量點的平均溫度值，平均值就是溫度測量的結果，針對單片機的最小化優化系統設計，就是要對控制系統的內部存儲水平進行拓展。在溫度控制系統的顯示模塊中，主要有溫度加熱的預約時間以及電熱爐系統溫度的實時變化情況，可以使得系統的溫度控制操作更加人性化，技術操作人員只需要在計算機鍵盤上控制就能夠完成對電熱爐的溫度控制操作，與此同時，電熱爐的PID參數控制還具備警報功能，如果加熱溫度或功率超過了電熱爐自身的承載要求，警報裝置就會發生預警。

3.PID的溫度控制原理

電熱爐本身在運行過程中，對于溫度的變化控制會有一定的滯后性以及隨時間發生改變的特點，電熱爐自身在運行的時候需要升溫和保溫，那么實際上，電熱爐的升溫和保溫會由發熱管來完成，如果想要降溫，則是需要通過電熱爐同周圍環境的相互作用來達到降溫的目的，當溫度過高的時候，就沒有辦法進行自然降溫，甚至燒壞設備，這時候就需要通過人工的方式來進行PID溫度控制，還原一切感官信息，來對溫度進行控制操作，一般有經驗工廠操作技術人員都能夠通過手動控制電熱爐的方式控制爐溫，進而提高控制品質。

3.1比例控制

在進行PID加熱爐溫度智能控制系統的比例控制時，我們需要先假設好用熱電偶來檢測電熱爐的爐溫，同時用數字儀表來顯示溫度，在對溫度進行控制的時候，需要由操作者讀取爐溫，然后根據實際爐溫來和給定值進行比較，獲得爐溫溫度的誤差值，用手對電位器核準器進行操作，能夠對加熱電流進行調節，有效地保證電熱爐的爐溫能夠始終保持在給定值左右。當操作者控制電熱爐的爐溫在電位器給定值L的特定位置時，我們需要根據目前的溫度誤差值來控制并且調整電流在加熱電位器中的轉角值，需要明確的是，當電熱爐的爐溫<給定值，那么誤差值是正數，此時需要在L位置處順時針來加大電位器的轉角度數，從而加大加熱電流。當電熱爐的爐溫>給定值，那么誤差是負數，此時就需要在L位置處反時針來縮小電位器的轉角讀書，使得轉角可以和L位置的做差所得值與誤差形成正比關系，這就是比例控制，也就是控制電熱爐PID控制器當中的輸出比例同誤差成正比關系。在電熱路加熱的閉合環路中，經常性地會存在著一些延遲作用，像是在調整了電位器的轉角度數以后，等待電熱爐溫度上升到一個新的轉角度數對應的溫度穩態會有一個很長的時間延遲，所以在對電位器轉角調節以后，無法立刻看到調節效果。倘若比例控制操作中的比例系數太小，即轉角同L位置間的差距過小，就意味提調節力度低，系統輸出緩慢，調節時間延長，如果比例系數太大，調節后轉角同L位置差距太大，調節力度強，就會導致調整過頭，溫度忽高忽低，震蕩不定。可知，增大比例控制中的比例系數，可以使電熱爐的溫度控制系統反應速度加快，改善調整速度，減小穩態誤差，注意比例系數不要太大，否則會出現超調增大，增加振蕩，損壞電位器的動態性能，影響閉合環路的穩定性，總體來說，單一的比例控制并不能很好地消除誤差。

3.2積分控制

在PID電熱爐的積分控制中，PID控制器的輸出和輸入誤差信號的積之間可以成正比關系。那么對于電熱爐自動控制系統來說，當溫度控制系統進入到穩態以后，往往會出現穩態誤差，也叫作穩態誤差系統。通過積分控制的方式，為了能夠更好地消除穩態誤差，我們需要智能溫度PID控制器中引入“積分”項，一般來說積分項的誤差主要取決于對時間的積分，時間增加，積分項也會變大，即使最初的誤差很大，伴隨著時間的推進，積分項也會慢慢增大，積分項會慢慢推動PID控制器輸出值變大，從而使得穩態的誤差值減小，一直到無限趨近于零，使用比例控制和積分控制，能夠很好地控制電熱爐的溫度控制系統在進入到穩態以后減少穩態誤差的出現。為電熱爐智能溫度控制系統的積分控制運算圖，當進行每一次的PID運算時，會在原來的積分值基礎上，重新增加一個同當前誤差值ev（n）成正比的微小部分，當誤差為負數時，積分增量也是負數，并且在積分時間TI內的積分項分母中，TI值越小，積分項的變化速度就越快，積分作用越明顯。

3.3PID微分控制

在電熱爐智能溫度控制系統的PID微分控制中，因為溫度控制器的輸出值會與輸入誤差信號之間的微分值成正比的關系。另外，電熱爐溫度的自動控制系統會自我克服誤差調節時出現振蕩或者失穩問題，主要是因為存在著比較大的慣性組件環節以及滯后組件，產生了誤差抑制的作用，使得微分控制變化總是滯后于誤差的變化。通過微分控制的方式，可以很好地反映出電熱爐智能溫度控制系統中的偏差信號的變化率，具有一定的預見性功能，可以預見偏差變化的趨勢，從而產生超前控制作用，在溫度偏差信號沒有形成以前，就能夠被PID中的微分調節作用所消除掉，以微分控制的方式，能夠更好地改善系統的動態運行性能，這樣如果微分控制的時間選擇合理的話，能夠很好地減少超調，縮短微分控制的調節時間，不過需要注意的是，微分控制針對噪聲干擾會有一定的放大作用，過度的微分調節，將會對電熱爐溫度智能控制系統產生很強的干擾性，而且微分控制反應主要控制的是變化率，如果系統的輸入狀態不發生變化，那們微分控制作用的輸出效果等于為零。

4結論

綜上所述，基于PID的電熱爐溫度智能控制系統設計，就是要通過比例控制，積分控制和微分控制的方式，確定好PID控制器的控制參數，從而提高智能溫度控制系統的動態性能以及穩態性能，并且根據PID控制器的參數同控制系統性能之間的關系，反復調節PID的具體參數，使得電熱爐的智能溫度控制系統可以達到最佳的工作狀態。

作者：康莉莎 單位：寧夏大學新華學院