熱工自動(dòng)化概述-華北電力大學(xué)ppt課件

1、第一章 熱工自動(dòng)化概述1.1 熱工自動(dòng)化概略 1.2 常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)1.3 熱工控制系統(tǒng)的組成1.4 常規(guī)PID調(diào)理器1.5 熱工控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)評(píng)價(jià)1.6 SAMA圖.1-1 熱工自動(dòng)化概略. 一、自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化 芯片技術(shù)：促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)由“模擬向“數(shù)字時(shí)代 的飛躍；網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)：分布式工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)DCS: Distributed Control System為實(shí)現(xiàn)先 進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的硬 件、軟件平臺(tái)。.自動(dòng)控制實(shí)際：自動(dòng)化技術(shù)由基于微分方程、傳送函 數(shù)的古典實(shí)際階段進(jìn)入基于形狀空間 法和最優(yōu)化方法的現(xiàn)代實(shí)際階段，進(jìn) 而，逐漸開展到基于專家系統(tǒng)、模糊

2、控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能時(shí)代。 信息處置技術(shù)：數(shù)據(jù)高速傳輸、數(shù)據(jù)緊縮存儲(chǔ)、數(shù)據(jù) 交融、數(shù)據(jù)發(fā)掘等技術(shù)的開展，為實(shí) 現(xiàn)基于信息集成的消費(fèi)過程的控制與 管理現(xiàn)代化奠定了根底。. 二、電力的開展趨勢(shì) 1. 國民經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)，添加了對(duì)能源的需求量，電力工業(yè)逐漸開展為大電網(wǎng)、大機(jī)組、高參數(shù)、高度自動(dòng)化。 2. 由于高參數(shù)、大容量機(jī)組開展迅速，裝機(jī)數(shù)量日益增多，因此對(duì)機(jī)組自動(dòng)化的要求也日益提高，以“4C計(jì)算機(jī)、控制、通訊、CRT技術(shù)為根底的現(xiàn)代火電機(jī)組熱工自動(dòng)化技術(shù)也相應(yīng)得到了迅速開展。其中，具有代表性的是80年代微機(jī)分散控制系統(tǒng)DCS的問世和日益完善，并廣泛運(yùn)用于大機(jī)組的自動(dòng)控制。. 3. “廠網(wǎng)分開

3、，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的電力改革根本完成，構(gòu)成了“五大發(fā)電集團(tuán)：中國電力投資集團(tuán)公司、中國華能集團(tuán)公司、中國大唐集團(tuán)公司、中國國電集團(tuán)公司、中國華電集團(tuán)公司；“兩大電網(wǎng)：國家電網(wǎng)公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司。 4. “七五、“八五期間，我國電力工業(yè)所建主力機(jī)組大多還是300MW機(jī)組，但也開場(chǎng)建立600MW級(jí)機(jī)組。 5. “九五期間，我國電力建立的機(jī)組主力將逐漸轉(zhuǎn)為以600MW機(jī)組為主。. 四、大型火電機(jī)組的特點(diǎn) 1. 監(jiān)視點(diǎn)多600MW機(jī)組IO點(diǎn)多達(dá)30005000個(gè)，隨著發(fā)電機(jī)-變壓器組和廠用電源等電氣部分監(jiān)視納人DCS之后，IO點(diǎn)已超越7000個(gè); 2. 參數(shù)變化速度快和控制對(duì)象數(shù)量大600W機(jī)組超

4、越1300個(gè); 3. 各個(gè)控制對(duì)象特性時(shí)變、時(shí)滯、相互間關(guān)聯(lián)耦合、環(huán)境強(qiáng)干擾； 4. 由高度計(jì)算機(jī)化的單元機(jī)組集控取代傳統(tǒng)的機(jī)、爐、電分他人工監(jiān)控。自動(dòng)化系統(tǒng)的功能也已從單臺(tái)輔機(jī)和部分熱力系統(tǒng)開展到整個(gè)單元機(jī)組的檢測(cè)與控制。 . 5. 隨著整個(gè)單元機(jī)組自動(dòng)化的不斷完善以及電網(wǎng)開展的需求，火電廠熱工自動(dòng)化的功能必然會(huì)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)automatic dispatch system，ADS相協(xié)調(diào)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)發(fā)電控制AGC。 6.廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)Supervisory Information System in Plant Level，簡(jiǎn)稱SIS，是集過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制及消費(fèi)過程管理為

5、一體的廠級(jí)自動(dòng)化信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)組的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的有效手段。. 五、熱工自動(dòng)化的意義 1. 在機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，自動(dòng)化系統(tǒng)能根據(jù)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)要求，自動(dòng)將運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)維持在要求值，以期獲得較高的效率如熱效率和較低的耗費(fèi)如煤耗、廠用電率等。 . 2. 在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)工況出現(xiàn)異常，如參數(shù)越限、輔機(jī)跳閘時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備除及時(shí)報(bào)警外，還能迅速、及時(shí)地按預(yù)定的規(guī)律進(jìn)展處置。這樣，既能保證機(jī)組設(shè)備的平安，又能保證機(jī)組盡快恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，減少機(jī)組的停運(yùn)次數(shù)。 例如，RUN BACK自動(dòng)快速減負(fù)荷、RUN UP強(qiáng)增負(fù)荷，RUN DOWN強(qiáng)減負(fù)荷、FAST CUT BACKFCB，負(fù)荷快速切回或稱快速甩負(fù)荷等功能。 . 3.

6、當(dāng)機(jī)組從運(yùn)轉(zhuǎn)異常開展到能夠危及設(shè)備平安或人身平安時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備能適時(shí)采取果斷措施進(jìn)展處置，以保證設(shè)備及人身的平安。如鍋爐主燃料跳閘master fuel trip，MFT、汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TSI和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)ETS等。 4. 在機(jī)組啟停過程中，自動(dòng)化設(shè)備又能根據(jù)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的熱形狀進(jìn)展相應(yīng)的控制，以防止機(jī)組產(chǎn)生不允許的熱應(yīng)力而影響機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命，即延伸機(jī)組的服役期。如汽輪機(jī)的計(jì)算機(jī)應(yīng)力估算和壽命管理系統(tǒng)，汽輪機(jī)自啟停系統(tǒng)(turbine automatic system，TAS)。 . 5. 隨著電網(wǎng)的開展，對(duì)自動(dòng)發(fā)電控制automatic generation control，AGC的要求

7、日趨嚴(yán)厲。AGC是現(xiàn)代電網(wǎng)控制中心的一項(xiàng)根本和重要的功能，是電網(wǎng)現(xiàn)代化管理的需求，也是電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的需求。而要實(shí)現(xiàn)AGC，單元機(jī)組必需有較高的自動(dòng)化程度，單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必需能投入穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于提高機(jī)組的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)程度是行之有效的，大型火電機(jī)組分開了高度的自動(dòng)化，就不能夠做到平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)。.1-2 常見的熱工自動(dòng)化系統(tǒng). 1. 自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng) automatic generation control System，AGC 由于調(diào)速器為有差調(diào)理，因此對(duì)于變化幅度較大、周期較長(zhǎng)的變動(dòng)負(fù)荷分量，需求經(jīng)過改動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組的同步器來實(shí)現(xiàn)，即經(jīng)過平移調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)理靜態(tài)特性，從而改動(dòng)汽

8、輪發(fā)電機(jī)組的出力來到達(dá)調(diào)頻的目的，稱為二次調(diào)整。 當(dāng)二次調(diào)整由由電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)控制時(shí)，那么稱為自動(dòng)發(fā)電控制AGC。. 2. 廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng) Supervisory Information System in Plant Level，簡(jiǎn)稱SIS SIS是發(fā)電廠的消費(fèi)過程自動(dòng)化和電力市場(chǎng)買賣信息網(wǎng)絡(luò)化的中間環(huán)節(jié)，是發(fā)電企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電消費(fèi)到市場(chǎng)買賣的中間控制層，是實(shí)現(xiàn)消費(fèi)過程控制和消費(fèi)信息管理一體化的中心，是承上啟下實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的控制樞紐。實(shí)現(xiàn)全廠消費(fèi)過程監(jiān)控實(shí)時(shí)處置全廠經(jīng)濟(jì)信息和本錢核算競(jìng)價(jià)上網(wǎng)處置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及運(yùn)轉(zhuǎn)操作指點(diǎn). 3.

9、單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) coordination control system，CCS 協(xié)調(diào)控制是基于機(jī)、爐的動(dòng)態(tài)特性，運(yùn)用多變量控制實(shí)際構(gòu)成假設(shè)干不同方式的控制戰(zhàn)略，在機(jī)、爐控制系統(tǒng)根底上組織的高一級(jí)機(jī)、爐主控系統(tǒng)。它是單元機(jī)組自動(dòng)控制的中心內(nèi)容。 4. 鍋爐爐膛平安監(jiān)控系統(tǒng) furnace safeguard supervisory system，F(xiàn)SSS或稱熄滅器管理系統(tǒng)burner management system，BMS 爐膛平安監(jiān)視系統(tǒng)包括爐膛火焰監(jiān)視，爐膛壓力監(jiān)視，爐膛吹掃，自動(dòng)點(diǎn)火，熄滅器自動(dòng)切換，緊急情況下的主燃料跳閘等。. 5. 順序控制系統(tǒng) sequence contro

10、l system，SCS 按照消費(fèi)過程工藝要求預(yù)先擬定的順序，有方案、有步驟、自動(dòng)地對(duì)消費(fèi)過程進(jìn)展一系列操作的系統(tǒng)，稱之為順序控制系統(tǒng)。 順序控制也稱程序控制，在發(fā)電廠中主要用于主機(jī)或輔機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制，以及輔助系統(tǒng)的程序控制。如汽輪機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制、磨煤機(jī)自動(dòng)啟停程序控制、定期排污和定期吹灰的程序控制等。. 6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) data acquisition system，DAS 又稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其根本功能是對(duì)機(jī)組整個(gè)消費(fèi)過程參數(shù)進(jìn)展在線檢測(cè)，經(jīng)處置運(yùn)算后以CRT畫面方式提供應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)人員。該系統(tǒng)可進(jìn)展自動(dòng)報(bào)警，制表打印，性能目的計(jì)算，事件順序記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及操作指點(diǎn)等。.

11、 7. 汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng) digital electric hydraulic system，DEH 汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，除完成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率及機(jī)前壓力的控制外，還可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過程及缺點(diǎn)時(shí)的控制和維護(hù)。 8.給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng) machine electric hydraulic system，MEH. 9. 旁路控制系統(tǒng) bypass control system，BPS 大型中間再熱式機(jī)組普通都設(shè)置旁路熱力系統(tǒng)，其目的是在機(jī)組啟、停過程中協(xié)調(diào)機(jī)、爐的動(dòng)作，回收工質(zhì)，維護(hù)再熱器等。完備的旁路控制系統(tǒng)是充分發(fā)揚(yáng)旁路系統(tǒng)功能的前提。 10. 汽輪機(jī)

12、自啟動(dòng)系統(tǒng)TAS. 11.汽輪機(jī)監(jiān)視儀表TSI和汽輪機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)ETS 汽輪發(fā)電機(jī)屬高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大型機(jī)械設(shè)備，對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的要求非常嚴(yán)厲。大軸的振動(dòng)、位移、熱膨脹等參數(shù)直接影響到汽機(jī)的平安運(yùn)轉(zhuǎn)，必需準(zhǔn)確丈量并加以監(jiān)視。以微處置器為中心的汽輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可有效地處理參數(shù)檢測(cè)與處置方面的困難。 12.輔助系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng).1-3 熱工控制系統(tǒng)的組成.圖 汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)表示圖 用自動(dòng)化安裝替代上述人工操作來完成控制義務(wù)，就構(gòu)成了自動(dòng)控制系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成.圖 汽包水位自動(dòng)控制原理框圖. 1、變送器 用來丈量被調(diào)量，并把被調(diào)量轉(zhuǎn)換為與之成比例的某種便于傳送和綜合的信號(hào)。 2、執(zhí) 行

13、 器 根據(jù)調(diào)理器送來的控制指令去推進(jìn)調(diào)理機(jī)構(gòu)，改動(dòng)調(diào)理量。 3、調(diào) 節(jié) 器 接受被調(diào)量信號(hào)和給定值比較后的偏向信號(hào)，輸出一定規(guī)律的控制指令給執(zhí)行器。 4、控制對(duì)象 被控制的熱工消費(fèi)過程或設(shè)備。.5、有關(guān)變量給定值：被調(diào)量的給定值或與該給定值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。被 調(diào) 量：表征熱工過程能否符合規(guī)定工況的物理量。擾 動(dòng)： 消費(fèi)過程中引起被調(diào)量偏離給定值的各種要素。調(diào) 節(jié) 量：由控制造用來改動(dòng)并去控制被調(diào)量變化的物 理量。調(diào)理機(jī)構(gòu)：接受控制造用去改動(dòng)調(diào)理量變化的詳細(xì)設(shè)備。.二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 1按控制方式分類 閉環(huán)控制系統(tǒng)也稱反響控制系統(tǒng) 被控量信號(hào)反響到控制設(shè)備的輸入端，成為控制設(shè)備消費(fèi)控制造用的根

14、據(jù)。有閉合回路，只需被控量與給定量之間有偏向，控制設(shè)備就要對(duì)控制對(duì)象施加作用，直到被控量符合要求為止。 特點(diǎn)：基于偏向，消除偏向，可抑制各種擾動(dòng)對(duì)被控量的影響，有較高精度，但控制不及時(shí)。 . 開環(huán)控制系統(tǒng)也稱前饋控制系統(tǒng) 控制設(shè)備和控制對(duì)象在信號(hào)關(guān)系上沒有構(gòu)成閉合回路的控制系統(tǒng)，其被控量沒有反響到控制設(shè)備的輸入端。 特點(diǎn)：按擾動(dòng)進(jìn)展控制，構(gòu)造簡(jiǎn)單，精度差，只能抑制單一擾動(dòng)。 復(fù)合控制系統(tǒng)：它是開環(huán)控制和閉環(huán)控制組合的一種控制系統(tǒng)。.2按閉合回路的數(shù)目分類 單回路控制系統(tǒng)：只需一個(gè)被控量信號(hào)反響到控制器的輸入端。構(gòu)成一個(gè)閉合回路。. 多回路控制系統(tǒng)：具有一個(gè)以上的閉合回路，控制器(調(diào)理器)除接受

15、被控量反響信號(hào)外，還有另外的輸出信號(hào)直接或間接地反響到控制器的輸入端。.3按給定值分類 定值控制系統(tǒng)：給定值堅(jiān)持不變，從而被控量也相應(yīng)堅(jiān)持不變，主要矛盾是抑制擾動(dòng)對(duì)被控量的影響，最終使被控量與給定值相等。 主要的熱工控制系統(tǒng)，如：給水控制系統(tǒng)、再熱汽溫控制系統(tǒng)等。 .隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值按預(yù)先不能確定的一些隨機(jī)要素而變化。因此被調(diào)量也跟隨給定值而隨機(jī)變化。 如：?jiǎn)卧獧C(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)；軍事上的火炮跟蹤系統(tǒng)；導(dǎo)彈預(yù)測(cè)攔截系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)：給定值按知的時(shí)間函數(shù)變化?？刂频牧x務(wù)是使被控量盡快與給定值相等。 例如：汽輪機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)TAS：汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，要求汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定程序升降等；爐膛吹灰系

16、統(tǒng)等。.三、熱工對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性1有自平衡才干2無自平衡才干. 熱工對(duì)象具有以下特點(diǎn)： 1被調(diào)量的變化大多是不振蕩的。 2被調(diào)量在干擾發(fā)生的開場(chǎng)階段有遲延和慣性。 3在呼應(yīng)曲線的最后階段，被調(diào)量能夠到達(dá)一個(gè)新的平衡形狀對(duì)象有自平衡才干，也能夠不斷變化而無法進(jìn)入平衡形狀對(duì)象無自平衡才干。 4描畫對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特征參數(shù)有：放大系數(shù) 、時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間。 .1-4 常規(guī)PID調(diào)理器.一、常規(guī)PID控制規(guī)律 接受被調(diào)量信號(hào)和給定值比較后的偏向信號(hào)，按比例-積分-微分控制規(guī)律輸出控制指令給執(zhí)行器。. 1、比例調(diào)理規(guī)律 指調(diào)理器輸出的控制造用ut與其偏向輸入信號(hào)e(t)之間成比例關(guān)系，即比例增益 工程中，

17、常用比例帶來描畫其控制造用的強(qiáng)弱，即物理意義：在調(diào)理機(jī)構(gòu)的位移改動(dòng)時(shí)，被調(diào)量應(yīng)有的改動(dòng)量。 .比例調(diào)理器的階躍呼應(yīng)曲線如下:對(duì)控制過程的影響 .結(jié)論： 比例帶大，那么調(diào)理閥動(dòng)作幅度小，被調(diào)量變化平穩(wěn)，超調(diào)量小，但殘差較大，靜態(tài)偏向隨比例帶的加大而加大； 減小比例帶導(dǎo)致系統(tǒng)猛烈振蕩甚至不穩(wěn)定，比例帶設(shè)置必需有一定的穩(wěn)定裕度。比例調(diào)理規(guī)律的特點(diǎn)： 1動(dòng)作快，調(diào)理及時(shí)、迅速； 2對(duì)干擾有很強(qiáng)的抑制造用；2調(diào)理過程終了，被調(diào)量偏向仍存在，存在靜態(tài)偏向，稱為有差調(diào)理。 . 2、積分調(diào)理規(guī)律 積分調(diào)理規(guī)律是調(diào)理器輸出控制造用ut與其偏向輸入信號(hào)et隨時(shí)間的積累值成正比，即積分時(shí)間 積分作用曲線特點(diǎn)： 只需

18、偏向存在，積分控制造用不斷添加；消除穩(wěn)態(tài)偏向，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)理，其控制造用表達(dá)在調(diào)理過程的后期。 .Ti對(duì)控制過程的影響 積分調(diào)理器的積分時(shí)間對(duì)控制過程的影響 非周期過程衰減振蕩過程 等幅振蕩過程 . 結(jié)論： 積分時(shí)間越小，積分速度越快，調(diào)理閥動(dòng)作愈快，容易引起和加劇振蕩。 積分調(diào)理作用是隨時(shí)間而逐漸加強(qiáng)的，與比例調(diào)理作用相比過于緩慢，惡化了動(dòng)態(tài)質(zhì)量，使過渡過程的振蕩加劇，甚至呵斥系統(tǒng)的不穩(wěn)定。. 3、微分調(diào)理規(guī)律 微分調(diào)理規(guī)律是調(diào)理器輸出的控制造用與其偏向輸入信號(hào)的變化速度成正比。對(duì)于定值控制系統(tǒng)，偏向信號(hào)的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即 微分時(shí)間 參與微分調(diào)理作用實(shí)現(xiàn)超前調(diào)理，有利于抑制動(dòng)態(tài)

19、偏向，將大大改善調(diào)理過程。微分調(diào)理作用的大小僅與偏向信號(hào)的變化速度有關(guān)，而與偏向值大小無關(guān)。.實(shí)踐的微分調(diào)理規(guī)律具有慣性，傳送函數(shù)為下式：微分增益 實(shí)踐微分調(diào)理的階躍呼應(yīng) . 結(jié)論： 微分作用的引入使系統(tǒng)控制過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都得以提高，可適當(dāng)減小靜態(tài)偏向，但它不能像積分作用那樣消除穩(wěn)態(tài)偏向。 調(diào)理過程開場(chǎng)時(shí)，被調(diào)量偏向小，但其變化速度卻較大，可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的位移。 但當(dāng)調(diào)理過程終了，執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置最后總是回復(fù)到原來的數(shù)值。. 綜上所述: 比例調(diào)理作用是最根本的調(diào)理作用，使“長(zhǎng)勁，比例作用貫徹于整個(gè)調(diào)理過程之中； 積分和微分作用為輔助調(diào)理作用。積分作用那么表達(dá)在調(diào)理過節(jié)過程的后期，用以消

20、除靜態(tài)偏向，使“后勁； 微分作用那么表達(dá)在調(diào)理過程的初期，使“前勁 。 . 4. PID(比例-積分-微分)控制特點(diǎn) (1) 缺陷 不適用于有大時(shí)間滯后的控制對(duì)象，參數(shù)變化較大甚至構(gòu)造也變化的控制對(duì)象，以及系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境復(fù)雜、控制性能要求高的場(chǎng)所。 (2) 優(yōu)點(diǎn): PID算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過程中過去、如今和未來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。. 比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏向的作用，使過程反響迅速。 微分(D)在信號(hào)變化時(shí)有超前控制造用，代表了未來的信息。在過程開場(chǎng)時(shí)強(qiáng)迫過程進(jìn)展，過程終了時(shí)減小超調(diào)，抑制振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。 積分(I)代表了過去積累的信息，它能

21、消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性。 此三作用配合得當(dāng)，可使動(dòng)態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。. PID控制順應(yīng)性好，有較強(qiáng)魯棒性。 PID算法簡(jiǎn)單明了，構(gòu)成了完好的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法,很容易為工程技術(shù)人員所掌握。 許多工業(yè)控制回路比較簡(jiǎn)單，控制的快速性和精度要求不是很高，特別是對(duì)于那些l2階的系統(tǒng)，PID控制已能得到稱心的結(jié)果。 PID控制根據(jù)不同的要求，針對(duì)本身的缺陷進(jìn)展了不少改良，構(gòu)成了一系列改良的PID算法。 例如，為抑制微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制，為抑制大偏向時(shí)出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分別控制，為補(bǔ)償控制對(duì)象非線性要素的可變?cè)鲆鍼ID控制等等。這些改良算法，在一些運(yùn)用場(chǎng)所得到

22、了很好的效果。 .比例帶積分時(shí)間微分時(shí)間性能目的整定參數(shù)衰減率超調(diào)量靜態(tài)偏向振蕩頻率設(shè)定值擾動(dòng)下整定參數(shù)對(duì)調(diào)理過程的影響5、PID參數(shù)對(duì)調(diào)理過程的影響分析.二、數(shù)字PID控制算法的改良 1. 積分項(xiàng)的改良 在實(shí)踐運(yùn)用中，這種根本的 PID控制算法往往還存在著一些缺陷。其中對(duì)控制系統(tǒng)影響比較大的一個(gè)問題就是積分器的飽和問題。 (1) 積分器的飽和景象 積分運(yùn)算是經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)偏向的不斷累加而實(shí)現(xiàn)的，積分器的積分值代表著系統(tǒng)偏向的面積。由于計(jì)算機(jī)輸出接口DA轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)是有限的，當(dāng)系統(tǒng)在剛啟動(dòng)的一段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的偏向較大，積分器經(jīng)過假設(shè)干個(gè)采樣周期的積分運(yùn)算以后，其積分結(jié)果就會(huì)超越計(jì)算機(jī)輸出接口所能表

23、示的最大值，從而使調(diào)理器從線性任務(wù)區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)。. 進(jìn)入飽和區(qū)以后，調(diào)理器便失去了調(diào)理才干，系統(tǒng)在調(diào)理器飽和輸出值的作用下，以最大的加速度運(yùn)動(dòng)，不斷到系統(tǒng)出現(xiàn)較大幅度的，并且繼續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的超調(diào)以后，在較大的負(fù)偏向的作用下，才干將積分器從飽和區(qū)拉到線性區(qū)，這就是積分飽和問題。 被控對(duì)象的慣性越大，這種積分飽和景象就越嚴(yán)重。 抑制積分飽和景象的方法主要有積分分別與變速積分兩種控制方法. (2) 積分分別PID控制算法 為使數(shù)字調(diào)理器盡能夠任務(wù)在線性區(qū)，可以采用積分分別的方法，即在系統(tǒng)的給定值附近畫出一條帶域，其寬度為2，0，為積分器投入或切除的切換點(diǎn)，如以下圖所示。圖. 積分分別PID切換原理圖

24、. 在系統(tǒng)啟動(dòng)的初期，系統(tǒng)的偏向較大時(shí)，暫時(shí)切除積分作用將積分系數(shù)置0；當(dāng)系統(tǒng)的輸出接近給定值進(jìn)入到帶域之內(nèi)時(shí)，再將積分器投入，即 為積分器分別值，為積分分別PID調(diào)理器的一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，算法程序?qū)⑾到y(tǒng)的偏向ek的絕對(duì)值與進(jìn)展比較，然后，作出運(yùn)用PID調(diào)理器還是運(yùn)用PD調(diào)理器的決策。 . (3)變速積分PID控制算法 在普通PID控制算法中，由于積分系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，所以，在整個(gè)控制過程中，積分增量不變。而系統(tǒng)對(duì)積分項(xiàng)的要求是，系統(tǒng)偏向大時(shí)積分作用減弱以致全無，而在小偏向時(shí)那么應(yīng)加強(qiáng)，否那么，積分系數(shù)取大了會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，甚至積分飽和，取小了又遲遲不能消除靜差。因此，根據(jù)系統(tǒng)的偏向大小改動(dòng)積分的速度，

25、這對(duì)于提高伐節(jié)質(zhì)量是有益的。 變速積分PID的根本思想是設(shè)法改動(dòng)積分項(xiàng)的累加速度，使其與偏向的大小相對(duì)應(yīng)：偏向越大，積分越慢，反之那么越快。 . 2. 微分項(xiàng)的改良 在數(shù)字PID算式中，其位置式的微分項(xiàng)特別是增量式的微分項(xiàng)中的二階差分項(xiàng)，對(duì)數(shù)據(jù)誤差和干擾特別敏感，因此在數(shù)字PID中，干擾主要是經(jīng)過微分項(xiàng)起作用的。 但是由于微分作用在PID調(diào)理中往往是必要的它可以近似補(bǔ)償對(duì)象的一個(gè)極點(diǎn)，擴(kuò)展穩(wěn)定域，改善動(dòng)態(tài)性能，因此不能簡(jiǎn)單地將微分項(xiàng)棄去，應(yīng)設(shè)法減小數(shù)據(jù)誤差和干擾在微分項(xiàng)中的影響。下面引見兩種方法：四點(diǎn)中值差分法和不完全微分PID控制算法。 . (1) 四點(diǎn)中值差分法 本這種方法中一方面將 獲得

26、略小于理想情況，另一方面，在組成差分時(shí)，不直接運(yùn)用前后兩次偏向，而是用平均差作基準(zhǔn)，再用加權(quán)求和構(gòu)成近似微分項(xiàng)。如以下圖所示。圖.插值法表示圖 .在圖上取相鄰幾個(gè)采樣周期的四個(gè)點(diǎn)e(k)至e(k-3)，設(shè) 特點(diǎn)：在算式中添加的計(jì)算量是最少的，但要求存儲(chǔ)器存儲(chǔ)e變量的幾個(gè)過去的數(shù)值。. (2) 不完全微分PID控制算法 微分的引入改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但也容易引入高頻干擾。假設(shè)在控制算法中參與低通濾波，那么性能可得到顯著地改善。不完全微分PID的構(gòu)造如以下圖所示。不僅可以抑制干擾，還可抑制完全微分的大幅度沖擊的缺陷與實(shí)踐PID控制效果一樣。. 3.帶死區(qū)間隙的PID控制算法 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，

27、某些系統(tǒng)為了防止控制動(dòng)作過于頻繁，以消除由于頻繁動(dòng)作所引起的振蕩，有時(shí)采用所謂帶有死區(qū)的PID控制系統(tǒng)，如以下圖所示。 圖.帶死區(qū)的PID控制系統(tǒng).1-5 熱工控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)評(píng)價(jià).一、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的概念 靜態(tài)：被控參數(shù)不隨時(shí)間而變化的平衡形狀叫靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。 動(dòng)態(tài)：被控參數(shù)隨時(shí)間而變化的不平衡形狀叫動(dòng)態(tài)。.二、控制系統(tǒng)在遭到干擾作用時(shí)的過渡過程.圖. 典型過渡過程曲線三、控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià) 穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性 1. 穩(wěn)定性 指控制系統(tǒng)在遭到干擾作用后，系統(tǒng)的平衡被破壞，在控制設(shè)備的控制造用下，控制系統(tǒng)能恢復(fù)到一個(gè)新的平衡形狀，稱為穩(wěn)定性。穩(wěn)定的控制系統(tǒng)的被控參數(shù)和控制參數(shù)的過渡過程曲線最后趨于平衡；不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)過渡過程曲線那么是漸擴(kuò)的，無法恢復(fù)平衡。 .穩(wěn)定程度可以用衰減率這個(gè)目的來衡量 衰減率和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系過渡過程為非周期過程過渡過程為等幅振蕩過程過渡過程為衰減振蕩過程 過渡過程為漸擴(kuò)振蕩過程. 2、準(zhǔn)確性 指被控參數(shù)的實(shí)踐值與給定值之間的動(dòng)態(tài)偏向和靜態(tài)偏向。最大動(dòng)態(tài)偏向是指整個(gè)過渡過程中被控參數(shù)偏離給定值的最大差值；靜態(tài)偏向是過渡過程終了后被控參數(shù)與給定值之間的差值。 現(xiàn)場(chǎng)中希望兩個(gè)偏向越小越好。 3、快速性 指過渡過程的繼續(xù)時(shí)間，即從干擾發(fā)生起至被控參數(shù)又建立新的平衡形狀為止的過渡時(shí)間。普通以為被控參數(shù)進(jìn)入偏離給定值范圍內(nèi)就根本穩(wěn)定了。當(dāng)然，過