像自然循环锅炉这类具有非线性大滞后等特性的过程控制系统，难以建立精确的数学模型，应用常规的PID控制算法比较难获得理想的控制结果。此外，常规PID控制器需要整定的参数多、整定方法复杂，在工业现场中，常规PID控制器会出现整定不好、性能欠佳的状况，控制器的参数一旦被确定下来，对工况的变化适应性较差。因此对于复杂的工业过程，在确定了控制方案的基础上，现场调试仍需耗费很大的精力。论文网

因此，运用先进的过程控制算法，对减轻现场的调试复杂度，提高控制器自适应能力，提高生产效率，具有重要的意义。

1.2 研究现状和趋势

1.3 课题任务

在过程控制中，控制算法是自动控制系统的灵魂，控制算法的优劣对控制系统的性能起着重要的作用；提高控制算法的质量是提高控制系统的重要手段，研究控制算法及其工程实现是提高理论联系实际的重要途径，这正是研究本课题的目的。

本论文以工业领域常用的自然循环锅炉为背景，学习先进的控制算法，如模糊算法、神经算法等，同时要求设计出相应的工程控制方案。最后，以PCS7为硬件平台，与MPCE-1000构成完整的系统，验证先进算法的合理性与实用性。文献综述

2 先进算法的学习与研究

虽然PID控制算法自20世纪30年代诞生至今，经历了近百年历史。其间，控制系统的体系结构也在发生巨大的变化，到如今发展到集散控制系统以及现场总线控制系统，但系统的核心算法依然停留在PID类算法上，PID控制器作为工业控制中的主导控制器结构，其获得成功的关键在于，大多数被控过程可由低阶动态环节近似逼近，而针对此类过程，PID控制器确实代表了一个实用而廉价的解[4]。

但对于复杂工业设备，测量参数、控制参数和扰动参数都比较多，往往一个参数的变化会对其它参数产生较大影响，传统的PID控制器因为参数整定的局限性，对于非线性、大滞后系统的控制难以令人满意。因此，我们可以考虑先进PID算法，它是将先进控制算法和普通PID控制器相结合的方法。

2.1 模糊PID算法学习研究

模糊PID控制器的结构如图2.1所示。

 模糊PID控制系统结构

模糊PID控制器由模糊控制器和PID控制器两部分组成，模糊控制器有两个输入和三个输出，输入误差和误差变化率，采用模糊推理方法对PID三个参数进行在线整定，使被控对象有令人满意的动静态性能。

1 PID控制器参数自整定原则

通过分析，PID控制器三个参数KP，KI，KD和偏差  、偏差变化率 的关系如下：

(1)当偏差很大时，为了加快系统响应速度，应取较大的KP，为避免开始时候控制超出范围，取较小的KD。为避免响应出现超调，取KI=0；

(2)当偏差和变化率处于中等大小时，为使系统响应的超调减小，KP应取小一些。此时KD的取值对系统有影响，应取小一些，KI的取值要适当；

(3)当偏差较小时，为了使系统具有较好的稳态性能，应增大KP，KI值，同时为避免被控量在平衡值附近振荡，应适当选取KD，其原则是：当偏差变化率较小时，KD取大一些；当偏差变化率较大时，KD取较小的值，通常KD为中等大小[7]。