王志甄,邹志云

(军事科学院防化研究院，北京 102205)

由于过程对象具有非线性、大滞后、控制精度要求高等特点，传统的PID控制等通常难以达到预期目的。以预测控制和实时优化为代表的先进控制得到了越来越多的应用，从而增强了系统的稳定性，保证了产品质量。伴随着过程系统生产装置向大型化、集成化、复杂化发展，对生产过程的控制和优化等提出了越来越多的要求，单一的控制手段有时候已无能为力，串级控制在过程控制系统中的应用有助于提升系统精度，具有重要的现实意义。

在化工工艺过程控制中，对反应釜的温度控制是其中的重点之一，可通过夹套介质调节反应釜内温度，本文利用电热水浴装置对反应釜内温度进行仿真控制，研究了MPC-PID串级控制方法的控制效果。

1 MPC-PID串级控制

1.1 PID控制

20世纪20年代，Minorsky在船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的PID控制器的设计方法。自20世纪40年代起，PID控制器已在过程控制中得到了广泛的应用，据统计90%以上的控制工程至今仍然采用PID及其改进形式的控制器[1]。PID控制对系统偏差进行比例调节，通过引入积分环节、微分环节提高了控制系统的性能和品质，常规的PID控制原理如图1所示。

图1 PID控制工作原理示意

其数学描述为

(1)

式中：KP——比例系数；TI——积分时间常数；TD——微分时间常数。

PID控制器具有原理简单、使用方便、抗高频干扰强、适应性强的优点，但随着工程系统的日益复杂化和对控制要求的精确化，传统的PID控制器的弊端逐渐暴露，如用于非线性和不确定性系统的鲁棒性不够强；……