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摘 要： 在分析自校正PID控制方法的基础上，本文对加弹机温控器的设计和实现问题展开了分析。从温控器性能验证结果来看，采用自校正PID控制算法的温度控制偏差不超出±1%。
关键词： 自校正PID；加弹机；温控器
引言：在纺织机械中，加弹机用于进行纤维材料处理，具有较高的精度控制要求。但是加弹机的温度会受到材料吸热能力、环境温度等多种因素的影响，所以采用传统控制算法难以满足生产要求。而目前在工业过程控制中，自校正PID控制方法得到了较好的应用。因此，还应加强对自校正PID在加弹机温控器中的应用分析，以便更好的满足加弹机温控需求。
1自校正PID控制分析
自校正PID控制为自适应控制方式的一种，可用于解决非线性、时变过程。该种控制方法对自适应和PID控制的优点进行了集成，可以划分为模拟控制和数字控制两种。相较于模拟控制，数字控制可以利用计算机实现，不仅性能可靠，同时灵活性较高，成本较低，可以达到较高的温度控制精度，并体现智能化特点。采用自校正PID控制方式，需要对少量参数进行整定，结合系统参数变化对控制器参数进行在线调整。完成适当极点配置，则能以最小方差实现控制，使系统动态特性得到改善。由于计算量较小，所以能够实现实时控制。从原理上来看，自校正控制器由两个控制回路构成，外环由数控制器和控制器设计计算两部分构成，内环由常规控制器和被控对象构成。采用递推算法，可以完成参数估计。为简化计算过程，还要采用极点配置法，结合被控对象特征完成自校正最小相位系统设计，使系统具有闭环特性。而将参数估计递推算法与各种控制算法结合在一起，则能实现系统参数的实时自动校正。
2自校正PID在加弹机温控器中的应用
2.1加弹机温控需求
加弹机为拉伸涤纶长丝的变形机，可以在纤维处理上得到应用，以获得高弹力纤维。在加弹机工作的过程中，需要实现对恒温箱温度的精确控制，才能满足设备应用要求。分析恒温箱的结构和力学原理可以发现，其利用电热丝通电实现加热管加热，促使整个恒温箱空气温度上升[1]。与此同时，保温层温度也将提升，伴随着保温层散热加大，散热功率将逐步提升，直至与加热功率相等。由于恒温箱温度控制为单输入、单输出，所以可以建立相应的差分模型，如式（1）所示。式中，y（k）为系统温度输出，u（k）为系统输入热功率，d指的是系统滞后采用周期，a、b、k等为系数，t为时间。
y（k）+a1y（k-1）+a2y（k-2）=b0u（k-d）+b1u（k-d-1）+e（t） （1）
完成被控对象控制模型建立后，需要完成相关系数的辨识，利用最小二乘法对模型参数估计值进行获取，即结合实际观测值与计算值累计误差平法和最小值确定模型输出结果。采取该种系数辨识方法，能够使计算机运算负荷得到减轻。结合控制对象特征，则能通过递推辨识得到系统闭环辨识控制函数。
2.2温控器的设计
在实际进行温控器设计时，需要认识到PID控制为二阶控制，阶数相当于温控对象阶数，可以使系统闭环辨识条件得到满足。采用极点配置的自校正算法，需要利用以常规控制策略为基础的自校正器实现控制。首先，需对期望系统闭环极点位置进行确认，然后完成系统参数的在线估计和识别。在此基础上，需要依次完成控制器参数和控制率的计算。数字PID控制器的传递函数Z如式（2）所示，式中g1=-[Kp+2KpTD/T]，g2=KpTD/T，g0=Kp+KpT/T1+KpTD/T。
G（z）=（g0+g1z-1+g2z-2）/（1-z-1） （2）
在根平面左半面，存在函数零点，所以可知系统为最小相位系统，能够使g2′=a2，g1′=a1，f1′=b1/b0，得到式（3）。对系统参数进行在线辨识，则能使控制器的控制参数随控制对象参数变化发生改变。
u（k）=u（k-1）+g0e（k）+g0a1^e（k-1）+g0a2^e（k-2）+b1^[u（k-2）+u（k-1）]/b0（3）
2.3温控器的实现
在加弹机的温控器设计上，需要完成较多控制点的设置。所以在温控器实现过程中，需要完成多路数字输出和多路选择的实现。在电路通道选择上，应采用多个模拟开关芯片，以构成120路通道。数字输出功能的实现，可利用5片8255扩展得到120路输出。在温度计算、通道切换、按键中断处理等方面，可以采用MPU实现各项功能。从系统硬件组成上来看，包含中央控制处理模块、输入模块、放大模块、模数转换模块、液晶显示模块、键盘输入模块等。从控制器工作流程上来看，系统一开机，会先对计数位和标志位进行清零，确认有上电标志后，建立标志，完成系统初始化[2]。初始化完成后，确定是否产生定时器中断或A/D中断，如果有中断产生，执行相应的中断操作。无中断，需要确定标记为是否有效，有效需进行温度计算或PID数据处理，在计数值加1后重新返回到是否存在中断的判定程序中。
2.4温控器性能验证
为确定控制器的性能，需要利用实验室电加热装置对自校正PID算法和普通PID算法的控制效果进行比较，采用盛有水的电热杯进行温度控制。从实验结果来看，在85℃的恒温控制过程中，采用普通控制算法温度在83-87℃范围内浮动，采用自校正PID控制算法温度在84-86℃内浮动，因此温度控制偏差不超出±1%，能够获得更高的温度控制精度。
结论：通过分析可以发现，在加弹机温控器设计中，采用自校正PID控制方法，能够利用温控系统模型动态变化控制能力对温度进行实时在线控制，使温度控制偏差不超出±1%，所以能够更好的满足恒温箱的温度控制要求。因此相信在加弹机溫度控制方面，该种温控器可以获得较好的应用前景。
参考文献
[1]马其明，樊亚娟.基于车间联网的化纤加弹机嵌入式控制系统[J].科技创新与生产力，2015（06）：62-64.
[2]张叶兴，汤祝忠，郭茂明等.加弹机高温短热箱的清洁方式对DTY生产的影响[J].聚酯工业，2014，27（05）：32-34.
关键词： 自校正PID；加弹机；温控器
引言：在纺织机械中，加弹机用于进行纤维材料处理，具有较高的精度控制要求。但是加弹机的温度会受到材料吸热能力、环境温度等多种因素的影响，所以采用传统控制算法难以满足生产要求。而目前在工业过程控制中，自校正PID控制方法得到了较好的应用。因此，还应加强对自校正PID在加弹机温控器中的应用分析，以便更好的满足加弹机温控需求。
1自校正PID控制分析
自校正PID控制为自适应控制方式的一种，可用于解决非线性、时变过程。该种控制方法对自适应和PID控制的优点进行了集成，可以划分为模拟控制和数字控制两种。相较于模拟控制，数字控制可以利用计算机实现，不仅性能可靠，同时灵活性较高，成本较低，可以达到较高的温度控制精度，并体现智能化特点。采用自校正PID控制方式，需要对少量参数进行整定，结合系统参数变化对控制器参数进行在线调整。完成适当极点配置，则能以最小方差实现控制，使系统动态特性得到改善。由于计算量较小，所以能够实现实时控制。从原理上来看，自校正控制器由两个控制回路构成，外环由数控制器和控制器设计计算两部分构成，内环由常规控制器和被控对象构成。采用递推算法，可以完成参数估计。为简化计算过程，还要采用极点配置法，结合被控对象特征完成自校正最小相位系统设计，使系统具有闭环特性。而将参数估计递推算法与各种控制算法结合在一起，则能实现系统参数的实时自动校正。
2自校正PID在加弹机温控器中的应用
2.1加弹机温控需求
加弹机为拉伸涤纶长丝的变形机，可以在纤维处理上得到应用，以获得高弹力纤维。在加弹机工作的过程中，需要实现对恒温箱温度的精确控制，才能满足设备应用要求。分析恒温箱的结构和力学原理可以发现，其利用电热丝通电实现加热管加热，促使整个恒温箱空气温度上升[1]。与此同时，保温层温度也将提升，伴随着保温层散热加大，散热功率将逐步提升，直至与加热功率相等。由于恒温箱温度控制为单输入、单输出，所以可以建立相应的差分模型，如式（1）所示。式中，y（k）为系统温度输出，u（k）为系统输入热功率，d指的是系统滞后采用周期，a、b、k等为系数，t为时间。
y（k）+a1y（k-1）+a2y（k-2）=b0u（k-d）+b1u（k-d-1）+e（t） （1）
完成被控对象控制模型建立后，需要完成相关系数的辨识，利用最小二乘法对模型参数估计值进行获取，即结合实际观测值与计算值累计误差平法和最小值确定模型输出结果。采取该种系数辨识方法，能够使计算机运算负荷得到减轻。结合控制对象特征，则能通过递推辨识得到系统闭环辨识控制函数。
2.2温控器的设计
在实际进行温控器设计时，需要认识到PID控制为二阶控制，阶数相当于温控对象阶数，可以使系统闭环辨识条件得到满足。采用极点配置的自校正算法，需要利用以常规控制策略为基础的自校正器实现控制。首先，需对期望系统闭环极点位置进行确认，然后完成系统参数的在线估计和识别。在此基础上，需要依次完成控制器参数和控制率的计算。数字PID控制器的传递函数Z如式（2）所示，式中g1=-[Kp+2KpTD/T]，g2=KpTD/T，g0=Kp+KpT/T1+KpTD/T。
G（z）=（g0+g1z-1+g2z-2）/（1-z-1） （2）
在根平面左半面，存在函数零点，所以可知系统为最小相位系统，能够使g2′=a2，g1′=a1，f1′=b1/b0，得到式（3）。对系统参数进行在线辨识，则能使控制器的控制参数随控制对象参数变化发生改变。
u（k）=u（k-1）+g0e（k）+g0a1^e（k-1）+g0a2^e（k-2）+b1^[u（k-2）+u（k-1）]/b0（3）
2.3温控器的实现
在加弹机的温控器设计上，需要完成较多控制点的设置。所以在温控器实现过程中，需要完成多路数字输出和多路选择的实现。在电路通道选择上，应采用多个模拟开关芯片，以构成120路通道。数字输出功能的实现，可利用5片8255扩展得到120路输出。在温度计算、通道切换、按键中断处理等方面，可以采用MPU实现各项功能。从系统硬件组成上来看，包含中央控制处理模块、输入模块、放大模块、模数转换模块、液晶显示模块、键盘输入模块等。从控制器工作流程上来看，系统一开机，会先对计数位和标志位进行清零，确认有上电标志后，建立标志，完成系统初始化[2]。初始化完成后，确定是否产生定时器中断或A/D中断，如果有中断产生，执行相应的中断操作。无中断，需要确定标记为是否有效，有效需进行温度计算或PID数据处理，在计数值加1后重新返回到是否存在中断的判定程序中。
2.4温控器性能验证
为确定控制器的性能，需要利用实验室电加热装置对自校正PID算法和普通PID算法的控制效果进行比较，采用盛有水的电热杯进行温度控制。从实验结果来看，在85℃的恒温控制过程中，采用普通控制算法温度在83-87℃范围内浮动，采用自校正PID控制算法温度在84-86℃内浮动，因此温度控制偏差不超出±1%，能够获得更高的温度控制精度。
结论：通过分析可以发现，在加弹机温控器设计中，采用自校正PID控制方法，能够利用温控系统模型动态变化控制能力对温度进行实时在线控制，使温度控制偏差不超出±1%，所以能够更好的满足恒温箱的温度控制要求。因此相信在加弹机溫度控制方面，该种温控器可以获得较好的应用前景。
参考文献
[1]马其明，樊亚娟.基于车间联网的化纤加弹机嵌入式控制系统[J].科技创新与生产力，2015（06）：62-64.
[2]张叶兴，汤祝忠，郭茂明等.加弹机高温短热箱的清洁方式对DTY生产的影响[J].聚酯工业，2014，27（05）：32-34.