自動化儀表與過程控制 第十二講

1、第十二講第十二講 單回路調節(jié)系統(tǒng)的設計及控制算法參數(shù)整定單回路調節(jié)系統(tǒng)的設計及控制算法參數(shù)整定 2、如缺少必要的檢測手段或檢測儀表性/價比難以滿足要求時，可選間接參數(shù)。 但要求與直接參數(shù)單值對應、靈敏度高、可測可控。 例：精餾塔頂溫度3、考慮工藝上的合理性問題。二二、控制（操縱）變量（mv）的選擇 1、最好選擇直接參數(shù)，能直接反映工藝上最終控制需要的參數(shù)。 例：酸堿中和反應的PH值一一、被控變量（pv）的選擇執(zhí)行器)( sG)(1sG)(2sG檢測儀表)( sG)( sGmv干擾fpv 2、操縱變量控制通道的放大系數(shù)K0要適當大，時間常數(shù)T0要適當小，滯后 盡量小，使控制變量的作用比干擾對被控

2、變量的影響更加靈敏。4、考慮工藝上的合理性，經濟性。1、首先控制變量在工藝上應是可調的，對被控變量影響較為顯著，工藝上合理。 3、干擾通道的放大系數(shù)Kf盡可能小，時間常數(shù)Tf盡可能大，干擾作用應靠近調節(jié) 閥，使干擾對被控變量的影響盡量小。01)(0000sTeKsGs1)(sTeKsGfsfff干擾干擾fpvmv示例：噴霧式干燥設備生產過程控制方案生產流程工藝要求：已濃縮的乳液由高位槽流下，經過濾器（兩個輪換使用，以保證連續(xù)操作）去掉凝結塊，然后到干燥器。乳液從噴嘴噴出，空氣則由鼓風機送至加熱器加熱（用蒸汽間接加熱），熱空氣經風管至干燥器，乳液中水分即被蒸發(fā)，而乳粉則隨濕空氣一道送出再行分離。

3、干燥后成品質量要求高，含水量不能波動大。 AB高位槽過濾器V1V2V3空氣熱交換器干燥器噴霧式干燥設備生產過程及調節(jié)系統(tǒng)示意圖噴霧式干燥設備生產過程及調節(jié)系統(tǒng)示意圖蒸汽示例：噴霧式干燥設備生產過程控制方案（續(xù)）參數(shù)選擇分析：干燥器出口的氣體溫度和產品質量有密切關系，要求維持在一定值上，因此就選作被調量。至于調節(jié)量，則需先對干擾進行分析。在這里影響出口溫度的因素有乳液量的變化、空氣流量及蒸汽流量變化等。因此可以選擇三種調節(jié)參數(shù)，組成以下三個調節(jié)方案： 方案：取乳液流量為調節(jié)參量，來達到調節(jié)溫度的（目的調節(jié)閥1） 方案：取旁通的冷風為調節(jié)參量（調節(jié)閥2） 方案：取蒸汽為調節(jié)參量（調節(jié)閥3）0G0G

4、cGcG31f2f3f1f2f3f方案方案方案方案2x1xyy0GcG1f2f3f100T100T3方案方案1x3x2xy示例：噴霧式干燥設備生產過程控制方案（續(xù)） 表示干燥器， 為調節(jié)器； 為乳液流量或噴霧口熱風溫度的變化； 為熱交換器后熱風溫度的變化； 為送入熱交換器的蒸汽流量的變化。 0GcG1x2x在本例中存在著下列三種干擾： ） 干擾 - 乳液流量的變化； ）干擾 -熱交換器散熱及溫度變化； ）干擾 -蒸汽壓力的變化。 1f2f3f3x根據(jù)對象動特性對調節(jié)質量影響的分析： 方案的干擾作用點與對象的輸入重合，因而其控制性能最佳； 方案次之； 方案最差。 因此從控制的品質這方面考慮，應該

5、選擇方案，即選擇乳液作為調節(jié)量。從工藝角度來考慮： 方案并不是最有利的。因為若以乳液流量作為調節(jié)參數(shù)，則它就不能始終在 最大值上工作，也就限制了該裝置的生產能力。另外在乳液管線上裝了調節(jié)閥 ，容易使?jié)饪s乳液結塊，降低產量和質量。因此，綜合上述分析比較，選擇方案是比較好的。方案選擇： 1、P控制： 干擾變化較小，自衡能力強， /T0 較小，工藝允許有誤差，控制 質量要求不高的場合。如塔釜液位控制等。三三、控制算法的選擇0 4、PID控制：靜、動態(tài)品質均好。適用于負荷變化大，T0 或 較大，工藝要 求無靜差，控制質量要求較高的場合。 3、PI控制：無靜差，動態(tài)品質較差。適用于負荷變化較穩(wěn)定， 較小

6、，自衡 能力強，工藝上不允許有靜差的場合。 2、PD控制：動態(tài)品質好。適用于 T0 、 較大及負載變化較大場合。對于 很小，干擾嚴重等場合不適宜。00001)(sTeKsGfsfffmv)(sGcf)(tesvpvGc ： P，PI，PD，PID1)(000sTeKsGso廣義對象比較示例：111sT)(sGc110sTKf)(tesvpvGc ： P，PI，PD，PIDT1=20S階躍干擾作用下，選取不同控制算法在)( 1)(ttf)(sGc，將其參數(shù)整定到，比較其過濾過程，可以看出PID最佳。如下圖示：衰減率9 . 0 003020107 . 06 . 05 . 04 . 03 . 02

7、. 01 . 01 . 0405060708090100110120IPIPIDPDP（秒）被調參數(shù)在階躍干擾作用下，各種調節(jié)的過渡過程比較在階躍干擾作用下，各種調節(jié)的過渡過程比較5、一般情況下：T0很大時，取PD時，取P或PI2 . 000T0 . 12 . 000T時，取PI或PID0 . 100T時，往往用簡單單回路PID不能達到要求，要考慮采用復雜控制系統(tǒng)。四四、控制算法的參數(shù)整定前提下，盡量滿足準確性和快速性要求，使 * 最佳調節(jié)過程：在階躍擾動下的系統(tǒng)調節(jié)過程中被控變量的過渡過程在具有* 最佳整定：整定后控制系統(tǒng)的過渡過程是一種典型的最佳調節(jié)過程。衰減率75. 0min)(0tdt

8、te，其中)11 (1)(sTdsTiPsGc)(sGc)(sGv)(sGc)(sGf)(tesvpv)(sGp在 作用下1、穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）(1)、使 ， ， Ti0TdpKc1取較小，將PID調節(jié)系統(tǒng)投運。(2)、在閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)上施加給定階躍作用( )，觀察 過渡過程及衰減率 。(3)、如 ，則增大Kc，重復(2)。0(4)、如 ，即閉環(huán)系統(tǒng)處于臨界振蕩狀態(tài)，這時0PmKmKc1令，測得臨界振蕩周期 （臨界振蕩頻率 ）mmT(5)、根據(jù)選擇的調節(jié)算法，按下表計算調節(jié)算法參數(shù) ， ， 。PTiTd(6)、將整定參數(shù)后 投運，再加給定階躍作用( )，觀察 過渡過程，看 是否為0.75

9、。若是，整定完畢可正式投運。)(sGcsvpvsvpv整定步驟： 調節(jié)規(guī)律 P（%） Ti Td P PI PID2 Pm2.2 Pm1.7 Pm0.85 Tm0.5 Tm0.13 Tm表表6-2 穩(wěn)定邊界法的調節(jié)器整定數(shù)據(jù)穩(wěn)定邊界法的調節(jié)器整定數(shù)據(jù)說明： (1)、 過小時，不宜使用。因為對于 較大， 較大的系統(tǒng)，此時調節(jié)閥易00TmP0T于處于全開或全關狀態(tài)，對正常工藝生產不利或不允許。如燃油加熱的爐子。(2)、工藝上約束條件嚴格時，等幅振蕩影響安全，不適合使用。(3)、對于單容或雙容對象，且 很小時，無論 多么大，都不可能達到00TKc臨界振蕩狀態(tài)，故無法使用。(3)、投運。對于PI調節(jié)器

10、：對于P調節(jié)器：(2)、根據(jù)選擇的控制算法，用以下經驗公式求 ， ， 。PTiTd%100TKP3 . 3%1001 . 1iTTKP對于PID調節(jié)器：5 . 02%10085. 0TdTTKPi說明：(1)、對于某些工藝生產過程，要求嚴格，不允許做飛升曲線。(2)、某些工藝生產過程，干擾因素多且頻繁，測試飛升曲線較難。(3)、該法原理簡單，易于操作，但實驗不容易進行。整定步驟：2、反應曲線法（飛升曲線法）(1)、用飛升曲線求對象特性1)(0sTeKsGs(6)、投運。先將P放在較大值上（相對計算值而言），然后投入積分，再投入微分作用。（即Td從0增加到計算值），最后再將P調到計算值。說明：(1)、該法較安全，但費時，有時不易觀察。(2)、必須允許給定變化。(3)、如 ，則改變 ，重復(2)。75. 0(4)、直到 ，記下此時的比例度 ，過渡過程振蕩周期 。75. 01sT(5)、根據(jù)選擇的調節(jié)算法，按下表計算調節(jié)算法參數(shù)