蔡駿馳

摘要：介紹了PID控制的基本原理，利用PID控制實現(xiàn)頁巖氣田遠程調產功能。在PID參數整定的基礎上，指出傳統(tǒng)PID參數整定具有物理意義明確、易于掌握的優(yōu)點以及其參數優(yōu)化不夠的缺點，進而引入智能化發(fā)展趨勢，將模糊控制和神經網絡控制等智能控制方法與PID控制方法有機地結合起來，使PID參數的整定更加完善化，以適應實際生產過程中對各種對象的控制要求，為氣田的智能化建設添磚加瓦。

關鍵詞：PID控制；智能控制；智能化

一、引言

在工業(yè)生產過程控制中，經常用到閉環(huán)控制方式來實現(xiàn)溫度、液位、壓力、流量等模擬量控制，當今的閉環(huán)自動控制技術都是基于反饋的概念以減少不確定性。在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制[1]。本文就涪陵頁巖氣田遠程調產功能引入PID控制系統(tǒng)的應用，并針對PID控制器及其相關智能化技術作一探討。

二、PID控制技術在頁巖氣流量中的應用

2.1 系統(tǒng)描述

目前涪陵頁巖氣田試驗井組部分集氣站完成遠程調產功能的應用，系統(tǒng)利用控制器之間的MODBUS協(xié)議通訊，間接完成對閥門開度的控制，實現(xiàn)遠程調產功能。本文設計通過利用PID模塊完成定流量采氣，從而實現(xiàn)遠程調產能。

2.2 系統(tǒng)組成

頁巖氣流量通過水套加熱爐前電動閥門控制，由閥門定位器（4-20mA）控制閥門的開度。分離器出口采集溫度、壓力、差壓信號，送PLC進行產量計算。最后由PLC通過一定的算法處理完后輸出4-20mA的閥門控制信號。

以PLC 為控制核心構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，檢測單元將被控對象實際的測量值PV 轉換為1～5V的電壓信號，該模擬信號通過PLC的AI 模塊，進行A/D 轉換。把定標后所得的數值作為PID 模塊的輸入，來執(zhí)行PID運算，將測量值PV與給定值SP進行比較，根據二者的偏差e（t）進行PID算法的運算，得到輸出操作信號u（t）。再經過PLC的AO模塊進行D/A轉換，轉換后的信號作用于驅動執(zhí)行機構，實現(xiàn)對被控對象的控制。

2.3 PID控制方程

對連續(xù)時間類型，PID 控制方程的標準形式為：

u（t）=Kp[e（t）++] （1）

（1）式中：

u（t） ——PID控制器的輸出，與執(zhí)行機構的開度相對應；

t ——采樣時間；

Kp——PID控制器比例增益；

e（t） ——PID控制器的偏差輸入；

TI ——PID控制器的積分時間常數；

公式（1）中等號右邊的3項分別是比例、積分和微分部分，它們分別與輸入量偏差e（t）、偏差的積分和偏差的微分de（t））/dt成正比。

三、智能化控制技術的探討

3.1 常規(guī)PID控制器的不足

基于采用PID 算法的控制系統(tǒng)其控制品質的優(yōu)劣在很大程度上取決于對PID上述3 個參數的整定，而其整定方法都是根據對象特性離線進行的[2]。實際上大多數工業(yè)對象都不同程度地存在非線性、時變、干擾等特性，隨著環(huán)境的變化對象的參數甚至結構都會發(fā)生變化，用原先整定好的PID參數實施控制很難達到理想的控制效果。

3.2 智能控制器的介紹

近年來，人們將常規(guī)PID控制技術與智能控制技術有機地結合起來，形成了許多形式的智能PID控制器，通過PID參數自整定方案解決傳統(tǒng)PID參數整定的不足。

3.2.1 模糊PID控制器

模糊控制是基于專家經驗和領域知識總結出若干條模糊控制規(guī)則，構成描述具有不確定性復雜對象的模糊關系，通過被控系統(tǒng)輸出誤差及誤差變化和模糊關系的推理合成獲得控制量，從而對系統(tǒng)進行控制[3]。

模糊PID控制器由參數可變的PID控制器及一個模糊控制器共同構成。模糊控制器完成PID控制器三參數的在線整定，而控制信號則由PID控制器生成。這種也被稱為“PID參數自調整模糊控制器”[3]。文獻[4]提出由三個二維的子模糊控制器分別在線調整PID三參數，時間t作為三個子模糊控制器共同的輸人，能根據PID三參數在不同時刻所起的作用進行在線整定。

3.2.2 神經網絡PID控制

神經網絡控制方法是基于人腦控制行為的生理學研究而發(fā)展起來的一種智能控制方法。建立人工控制器的正向模型，經過訓練，神經網絡將記憶該控制器的動態(tài)特性，并且接受輸入信息，最后輸出與人工控制器相似的控制作用[5]。

為此，人們將其與常規(guī)PID控制器結合起來，構成神經網絡PID控制器。此時，神經網絡控制器實際上是一個前饋控制器，它建立的是對被控對象的一種求逆過程。其通過向傳統(tǒng)調節(jié)器的輸出進行學習，在線調整自己，使反饋誤差趨向于零，以使自己逐漸在控制作用中占據主導地位，最終取消反饋調節(jié)器的作用[6]。

四、結語

涪陵頁巖氣田通過PID控制系統(tǒng)實現(xiàn)對頁巖氣流量的遠程調產功能具有可行性，PID系統(tǒng)的建立提高了涪陵頁巖氣田的自動化水平。同時因為傳統(tǒng)PID控制器的自身不足，引入智能化發(fā)展趨勢，將模糊控制、神經網絡控制等智能控制方法與PID控制方法有機地結合起來，以適應實際生產過程中對各種對象的控制要求，為氣田的智能化建設添磚加瓦。

參考文獻：

[1]百度百科.PID控制[EB/OL].[2016-6-5].

[2]宋運忠.PID參數整定發(fā)展的趨勢[J].焦作工學院學報，1999，18（5）：369-371.

[3]夏紅，宋建成.模糊PID控制器的發(fā)展[J].化工時刊，2013，17（1）：1-4.

[4]諸靜等.模糊控制原理與應用[M].北京：機械工業(yè)出版社.1995.

[5]葉定春.PID調節(jié)器及其智能化控制技術的探討[J].煤氣與熱力，2013，24（5）：256-259.

[6]趙望達，魯五等.PID控制器及其智能化方法探討[J].化工自動化及儀表，2010，26（6）：45-48.