PID控制在冶金及热处理中的应用

　　冶金及热处理是现代机械工业的重要组成部分，是提高产品质量、节约能源和成本、提高产品性能的有效途径，得到了世界各个工业发达国家的高度重视。工业技术的水平提高、市场需求的多样性，必然需要提高金属材料及其制品的现有性能，并开发其潜在的性能，而这一切的实现有赖于人们对冶金及热处理的深入研究。冶金及热处理工艺及其温度测量过程要求精确、迅速、恒温等，而冶金及热处理所用的各种炉都是具有纯滞后的大惯性系统，升降温调节困难，加热材料、电网电压和环境温度等因素都会影响工艺和测量过程，因此冶金及热处理工艺过程的控制就成为极其关键性的技术。

　　PID控制是实际生产中最常用的一种二阶线性工业控制方法，又称为PID控制器，是比例P(Proportion)控制、积分I(Integrate)控制、微分D(Differential)控制的统称;在系统控制过程中，将控制参数与设定值之间的偏差分别进行比例运算、积分运算和微分运算，系统通过对这三个运算值进行调整、控制，以达到工业控制的目的。 简单的结构、优越的可靠性、良好的稳定性、容易掌握、和无需精准数学模型等是PID控制的优点。

　　1 传统PID控制的应用

　　早期的冶金及热处理控制系统大多是建立在某种数学模型的基础上，然而冶金及热处理是极其复杂的工艺过程，其模型参数难以精确确定，因此很难保证工艺控制和测试要求，进而难以实现高品质、低能耗的生产需要。

　　经历了几十年的发展后，在Coon-Cohen响应曲线法[1]、Ziegler-Nichols连续响应法[2]等技术基础的发展后，在工业生产领域，大量的使用着这种性能可靠、实施方便的传统PID控制器。特别是在我们面对的被控制对象因为不具有完全确定的控制参数和结构特征而无法找出相应的数学模型，需要通过现场调试和以往经验来确定，或者采用其他技术又达不到控制要求时。冶金及热处理的系统控制正符合上述特征，因此PID控制在冶金及热处理中得到了广泛的应用。传统PID控制器是基于对被控体系偏差的比例运算、积分运算和微分运算所产生三种控制而完成的，这三种控制的作用分别为：P(比例)控制的主要作用是当被控制参数产生偏差时，为了减小偏差，将偏差成比例的反映给控制器以启动控制作用;I(积分)控制的主要作用是将体系的静态误差除去，提高控制系统的无差度，但它可能给系统带来不稳定、摇摆等风险;D(微分)控制的主要作用是将被控制参数偏差变化的可能趋势以第一时间反映给控制器，使控制器能在偏差剧烈变化之前尽早地给予纠正，以加快控制速度，将调节控制在最短的时间内。