PID 控制在工業控制中應用廣泛，但在實際的工業生產中PID 參數需要人工在線多次整定，耗時長、能耗高、效率低；整定過程影響產品質量、甚至不出產品。在用階躍響應曲線法研究真空冶煉爐溫度模型的基礎上，設計了一種高精度參數模糊自整定PID 控制器。經一次整定可獲得較理想的PID 參數。從2009 年投入使用至今，結果表明：上升時間由原系統的80 縮短到45 min；最大偏差減少了3/4；穩態誤差由原系統的1.5% ～ 2%降低到0.5%以下。PID 參數整定克服了人為因素影響；參數整定及控制時間大為縮短；降低了能耗，提高了生產效率，提高了控制精度，保證了產品質量。

　　各種工業控制對象如發電廠的鍋爐、冶煉廠的真空爐和化工廠的精餾塔等都有溫度控制，這些對象都具有時變性、非線性和一階慣性純滯后的特性。通常采用常規PID 控制，不同對象PID參數需要人工在線反復多次整定；參數整定過程耗時長、能耗高；整定過程中影響生產效率、產品質量甚至不出產品；且PID 參數人工整定，受人為因素的影響，同一對象不同人整定出的參數有差異，雖然都可能滿足工藝控制要求，但并非是最佳的控制參數。

　　本文以真空冶煉爐為研究對象，在用階躍響應曲線法研究真空爐溫度對象特性的基礎上，設計了一種基于參數模糊自整定PID 控制算法的高精度控制器。通過一次整定就能得到較理想的控制參數，克服人為因素影響，降低能耗，提高生產效率，提高控制精度，保證產品質量。

　　1、對象特性研究

　　利用階躍響應曲線法研究真空爐溫度控制對象的動態特性。如階躍輸入u(t) 變化幅值為：Δu =50，得到的階躍響應曲線如圖1 所示。

圖1 溫度對象的階躍響應曲線

　　由圖可見，它是典型的一階慣性環節。因此，真空爐溫度變化可近似表示為一階慣性環節純滯后環節，通常用增益K、滯后時間τ、時間常數T 三個參數來描述。增益K 可按式(1) 求得

　　其中，y(0) 和y(∞) 分別為輸出y(t) 的溫度起始值和溫度穩態值。滯后時間τ 以及時間常數T 可以用作圖法確定。在圖1 中階躍響應曲線的拐點P 處作切線，切線與時間軸相交于點B，與階躍響應曲線穩態值的漸近線相交于點A，則B 點的坐標即為滯后時間τ，AB 在時間軸上的投影即為時間常數T。

　　在工業控制上，PID控制廣泛應用于一階慣性純滯后的對象，只要PID參數整定合理，可獲得較理想的控制效果。但PID 參數的整定過程耗時長、能耗高；整定過程中影響產品質量、甚至不出產品。因此，采用參數模糊離線自整定方法，僅一次整定就能得到較理想的控制參數。

　　4、結束語

　　對具有時變性、非線性、一階慣性純滯后環節控制對象，如鍋爐、冶煉爐、真空爐等。引入模糊PID控制思想，設計的參數模糊自整定PID控制算法的高精度控制器，成功應用到昆明理工大學真空冶金及材料研究所。克服了人工整定PID參數耗時長、能耗高、效率低及人為因素的影響，通過一次整定就能獲得較理想的控制參數；與常規PID溫控系統相比，該控制系統縮短了上升時間，減小了最大偏差，降低了穩態誤差，降低了能耗，提高了生產效率，提高了控制精度，保證了產品質量，具有較大的推廣意義。