张璐

摘 要：现阶段，换热器的温度控制不仅存在很大的滞后性，而且还存在很多扰动因素。通常PID控制在过程控制中总能取得较好的控制效果，但当扰动因素较多时，仅使用PID控制方法往往效果不佳。故本文以不考虑扰动因素的PID控制为基础，分析了构成存在扰动因素时的前馈-反馈系统。该系统不仅有效消除了温度控制存在的纯滞后问题，而且使扰动因素对系统稳定性的影响降到最小，得到较好的控制性能。

关键词：纯滞后;扰动;PID;前馈-反馈

中图分类号：TQ051.5文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）16-0085-03

Abstract： The temperature control of heat exchanger not only has great lag， but also has many disturbance factors. Usually， PID control can always achieve better control effect in process control， but when there are many disturbance factors， only using PID control method is often not good. Therefore， based on the PID control without considering the disturbance factors， the feedforward feedback system with disturbance factors is constructed in this paper. Not only the pure lag problem of temperature control is effectively eliminated， but also the influence of disturbance factors on the stability of the system is minimized， and the better control performance is obtained.

Keywords： pure lag;perturbed;PID;feedforward-feedback

换热器又叫做热交换器，是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

1 系统数学模型

1.1 换热器的特性

图1为换热器的基本换热原理，其中[G1]、[G2]分别为工艺介质及载热体的流量;[T1i]、[T2i]分别为工艺介质及载流体的入口温度;[T1o]、[T2o]分别为及载流体的出口温度;[c1]、[c2]分别为工艺介质及载热体的比热容。

热量平衡方程为[1]：

（1）

式中，[q]为传热速率（单位时间内传递的热量）;[G]为质量流量;[c]为比热容;[T]为温度。

传热过程中的传热速率为：

（2）

式中，[K]为传热系数;[F]为传热面积;[ΔT]为两流体间的平均温差。

其中，平均温差[ΔT]对于逆流、单程的情况为对数平均值表示如下：

（3）

当[13≤T1i-T1oT2o-T2i≤3]时，误差在5%以内，可采用算术平均值来代替，算术平均值表示为：

（4）

整理可得热换器的静态特性方程为：

（5）

流体出口温度为：

（6）

1.2 换热器的动态特性

换热器由于两侧都不发生相变，动态特性为分布参数的非线性方程，但为了说明换热器动态特性的基本规律，可以用近似关系来描述。……