聚氯乙烯产品最关键的质量指标是聚合度，它与引发剂的用量和转化率无关，但与聚合温度有很大关系。聚合温度几乎是控制PVC分子量的唯一因素。因此，为了获得分子量分布均匀的PVC产品，必须严格控制聚合温度。聚合釜温度波动的一般要求≤ (0.2 ~ 0.5) ℃。

1过程介绍和控制方法研究

反应釜称重采用大流量低温差循环冷却工艺，加热介质为饱和蒸汽，夹套冷却水为工业水。 使聚合反应过程中的釜温保持稳定，直至反应结束。聚合釜的温度控制过程有升温、过渡、恒温和出料四个阶段，聚合釜容量大，温度滞后比较大，由于聚合反应在反应的前期、中期和后期放热不同，且PVC产品价格波动大，生产负荷经常处于震荡状态，因此，在不同时期调整主回路的参数Kp、Ki和Kd是较好的改进措施

在总结优秀的操作技术人员和仪表控制技术人员的知识和经验的基础上，总结出一套操作变量与过程描述状态之间的对应关系，通过进行状态检测、转换和推理，构成一种串行+分区+模糊PID自适应控制算法。在该控制方案中，主调节器采用PID参数在线自整定控制，子调节器采用变比例控制，在反应器的前、中、后三个阶段转换比例参数， 并且主要用于扰动的粗调，采用分程调节，用两个调节器作为一个调节器，大大扩展了调节器的调节范围，提高了过程控制的调节品质。该控制方案结合了常规控制和控制的优点，省去了建立数学调试的繁琐过程，同时避免了常规PID控制的一些缺陷，可以很好地克服各种扰动，聚合釜温度可以实现精确控制，保证了生产过程所需的控制精度

2串行+分程+模糊PID自适应控制策略

2.1主调节器PID参数自适应控制

通过称重模块、称重仪表和控制系统的组合，实现对反应罐体的称重和计量工作，从而控制系统。主要由多个计量模块、多路接线盒(含放大器)、称重仪表组成，输出多量程控制信号。该系统可应用于各种配料设备等..用户可以直接访问PLC系统、终端控制系统，实现多量程控制和自动化控制。该系统将称重模块输出的微弱重量信号数字化，获得高精度的称重数据。软件中设置了丰富的数字滤波技术，以及防止干扰系统失控的应急软件。

主调节器PID参数自适应控制能够检测和分析控制过程中的不确定条件、参数、时滞和扰动，通过推理方法实现PID参数Kp、Ki和Kd的在线自整定，既保持了常规PID投加控制系统原理简单、使用方便、鲁棒性强等优点。，而且具有更大的灵活性和适应性，以及更好的控制精度。是目前较为先进的剂量控制系统。

在称重控制系统中，主调节器被设计成控制器。考虑到配料控制系统实现的简单性和快速性，采用了二维控制结构。本设计以温度偏差e及其变化率ec为输入变量，采用二维控制结构，通过推理实时调整主调节器PID的三个参数，完成聚合釜的温度控制。由于增量式PID算法具有计算误差小、无冲击切换、可靠性高的特点，因此本系统采用该算法。

应用集合论建立参数Kp、Ki和Kd与系统误差lel的绝对值和误差变化率lecl的绝对值之间的二元连续函数关系，利用控制器根据不同的lel和lecl在线自整定PID参数，是本投加控制系统设计的核心。根据作者多年的实践经验和相关专业文献，总结出系统在被控过程中针对不同的误差绝对值lel和误差变化率绝对值lecl，参数Kp，Ki和Kd的调整原则:

1)当误差lel较大时，为了使系统具有更好的快速跟踪性能，不考虑误差的趋势，应取较大的kp和较小的kd，同时，为了避免系统响应的大超调，应限于积分作用，取较小的ki值，通常取Ki = 0。当lecl的值较小时，Kd取较大值。

2)当误差iel在中等大小时，为了使系统响应有小的超调，kp要做得小一些，同时要保证系统响应速度，ki和kd大小要适中。当lecl的值较大时，Kd取较小的值。

3)当误差lel较小时，为了保证系统有较好的稳态性能，kp和ki应取较大值，同时，为了避免系统在设定值附近振荡，并考虑系统的抗干扰性能，当lecl较小时，kd可取较大值，当lecl较大时，kd应取较小值。

2.2子调节器可变比例和分程控制

在总结优秀的操作技术人员和仪表控制技术人员的知识和经验的基础上，总结出一套操作变量与过程描述状态之间的对应关系，通过进行状态检测、转换和推理，构成一种串行+分区+模糊PID自适应控制算法。在该控制方案中，主调节器采用PID参数在线自整定控制，配料机采用变比例控制，在反应器的前、中、后三个阶段转换比例参数， 主要用于扰动的粗调。采用分程调节，将两个调节器作为一个调节器，大大扩展了调节器的调节范围，提高了过程控制的调节品质。该控制方案结合了常规控制和控制的优点，省去了建立数学调试的繁琐过程，同时避免了常规PID控制的一些缺陷，能很好地克服各种扰动， 聚合釜的温度可以实施精确控制，以保证生产工艺所要求的控制精度。在聚合釜的早、中、后期，聚合反应的激烈程度是不一样的，反应的初期，釜内物料刚刚开始引发聚合反应，此时聚合反应还很不稳定，反应的放热量也比较小，而且放热量不均匀

在反应釜的初期、中期和后期，聚合反应的激烈程度是不一样的，反应初期，釜内物料刚刚开始引发聚合反应，此时聚合反应还很不稳定，反应的放热量也比较小，而且反应中期放热量不均匀，聚合反应放热强烈，放热量大， 且升温快，因此，加药控制系统存在逐级非线性因素，针对这些逐级特性，采用比例参数分调节器在不同阶段自适应控制夹套温度，而采用分程控制，反应较温和时，由小控制阀调节，当反应激烈时，由大、小控制阀同时控制反应， 不仅可以避免夹套温度下降过快而造成釜温下降，而且还可以将夹套温度快速降至合适的温度，保证釜温

在具体实施中，夹套温度调节器的比值是根据一些实际的工艺参数和设定的参数来计算的

3PID控制器设计

在本设计方案中，PID参数自整定的思路是首先找出PID控制器的三个参数Kp、Ki、Kd与误差lel的绝对值和误差变化率lecl的绝对值之间的关系。在运行中，通过不断检测lel和lecl，根据控制规则在线修正三个参数，以满足不同lel和lecl对控制器参数的不同要求，从而使被控对象具有良好的动静态性能。

(1)输入和输出变量的建立

基于对系统的上述分析，我们将误差E和误差变化率ec作为控制器的输入，将主调节器的PID参数Kp、Ki和Kd作为输出。

(2)输入和输出变量的语言描述

将输入变量lel和lecl的语言值子集设为{负大，负中，负小，零，正小，中，正大}并缩写为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，将误差e和误差变化率ec量化到(-3.3)的区域内。类似地，设计输出Kp、Ki和Kd的子集是{ZO、PS、PM、PB}，并且它被量化到区域(0.3)中。

4应用效果

实践表明，串级+分割+模糊PID自适应控制方案不仅具有控制灵活、响应速度快、鲁棒性强的优点，而且具有经典PID控制精度高的特点。整个聚合工艺时间缩短，既满足了工艺生产的控制要求，又提高了优等品率。在过渡过程时间和最大超调量方面优于传统的串级PID控制算法。