第五章數(shù)字調(diào)節(jié)器原理PPT課件

1、xian jiaotong universityxian jiaotong university 2021-10-301第二部分：第二部分：數(shù)字調(diào)節(jié)器與集散控制系統(tǒng)數(shù)字調(diào)節(jié)器與集散控制系統(tǒng)鄭輯光鄭輯光電信學(xué)院、自動控制研究所2021年10月30日星期六11:45:242綜合自動化系統(tǒng)cims/cips11:45:243第五章：單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器第五章：單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器基本教學(xué)要求基本教學(xué)要求 掌握單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器slpc的基本硬件組成、工作原理，系統(tǒng)軟件設(shè)計思想，以及常用控制功能的編程、實現(xiàn)方法等。11:45:244單回路數(shù)字可編程調(diào)節(jié)器slpc11:45:245slpc正面板布置圖11:45:

2、246slpc側(cè)面板布置圖11:45:247調(diào)節(jié)器、編程器的連接11:45:248編程器sprg的內(nèi)部結(jié)構(gòu)11:45:249數(shù)字調(diào)節(jié)器的發(fā)展n日本橫河公司（yokogawa）dcs發(fā)展歷史：代 1975年，大規(guī)模centum,32回路/站，可掛32站； 1979年，中小規(guī)模yewpack,8回路/站，可掛8單元； 1980年，ys-80*a 單回路調(diào)節(jié)儀表。 代 1983年，new model centum, 冗余、備用； 1984年，yewpack mark，彩顯。 1986年，ys-80*e型。 代 1988年，centum-xl，控制功能增強，控制站為雙屏； 1988年，xl中小型集散控

3、制系統(tǒng)； 1991年，ys-100ys-100液晶顯示畫面。代 1994年，centum-cs；1997年，cs3000cs3000大規(guī)模系統(tǒng)； 1997年，centum cs1000cs1000,中小規(guī)模系統(tǒng)，通用pc機， window nt 4.0。 1996年，現(xiàn)場總線儀表。11:45:2410單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器n單回路調(diào)節(jié)器單回路調(diào)節(jié)器： 只有一路采取420ma直流電流信號輸出，即原則上只能控制一個執(zhí)行器。特性特性：單回路控制器具有豐富和靈活可變的運算控制功能；即具有連續(xù)控制功能，也具有一定的順序控制及處理批量生產(chǎn)過程的能力。具有通信功能，能與集中監(jiān)視操作站及上位計算機交互信息，構(gòu)成集散

4、控制系統(tǒng)。1. 具有自診斷功能，有助于系統(tǒng)維護。11:45:241111:45:2412 一、一、slpcslpc硬件組成及通信模式硬件組成及通信模式n輸入輸入aiai電路：電路：11:45:2413數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件組成數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件組成n輸出輸出aoao電路：電路：11:45:2414數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件組成數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件組成n“看門狗看門狗”電路：電路：11:45:2415數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件組成數(shù)字調(diào)節(jié)器的硬件組成n模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：11:45:2416數(shù)字調(diào)節(jié)器的數(shù)字調(diào)節(jié)器的dcsdcs通信模式通信模式nys80(slpc)/100采用20ma電流環(huán)通信原理圖通信接口電路：11:45:2417

5、通通 信信 編編 碼碼n異步、串行、半雙工通信：異步、串行、半雙工通信：lcslcs發(fā)送、發(fā)送、slpcslpc接收接收11:45:2418slpcslpc通信處理（通信處理（不作要求不作要求）n異步、串行、電流環(huán)通信方式。通信周期480ms，波特率15.625kb/s，每個周期由上位機通信卡lcs發(fā)起通信，屬于1對1、主從式通信，與控制周期無關(guān)獨立進行。通信內(nèi)容：見下頁。11:45:2419通信數(shù)據(jù)內(nèi)容11:45:2420slpcslpc與上位機的通信與上位機的通信11:45:2421其它數(shù)據(jù)傳輸方式nrs232 不平衡式數(shù)據(jù)傳輸：11:45:2422其它數(shù)據(jù)傳輸方式nrs485 平衡式數(shù)據(jù)

6、傳輸：11:45:2423數(shù)字調(diào)節(jié)器的數(shù)字調(diào)節(jié)器的rs485rs485通信模式通信模式nys100采用rs485構(gòu)成的多機通信原理圖：11:45:2424二、二、slpcslpc管理程序及工作時序管理程序及工作時序11:45:2425slpcslpc定周期工作時間圖定周期工作時間圖圖圖4-144-1411:45:2426slpcslpc的過程控制運算的過程控制運算輸入處理(ai)、控制運算(pid)、輸出處理(ao)11:45:2427輸入通道自檢及相關(guān)處理輸入通道自檢及相關(guān)處理n輸入通道自檢輸入通道自檢、數(shù)據(jù)規(guī)范化處理、數(shù)據(jù)規(guī)范化處理、抗溫度漂移抗溫度漂移：11:45:2428過程報警與系統(tǒng)

7、報警11:45:2429三、控制功能實現(xiàn)及用戶程序編制三、控制功能實現(xiàn)及用戶程序編制 11:45:2430slpc slpc 常用寄存器常用寄存器11:45:2431slpcslpc寄存器結(jié)構(gòu)及信息流程寄存器結(jié)構(gòu)及信息流程11:45:2432slpcslpc的用戶程序編制的用戶程序編制n程序編制舉例：11:45:2433slpcslpc的用戶程序編制的用戶程序編制1. 基本運算模塊：+，-，等等。2. 帶編號的運算模塊帶編號的運算模塊：lagn, dedn,等。 為何要帶編號？3. 控制模塊：bsc, ssc, csc11:45:2434slpc的指令表（1）11:45:2435slpc的指令

8、表（2）11:45:2436slpcslpc的用戶程序編制的用戶程序編制n一階慣性環(huán)節(jié)運算模塊：lag18)(11)(sxstsyp)()()(ktxttttktytttktyppp,11:45:2437slpcslpc的用戶程序編制的用戶程序編制n純滯后環(huán)節(jié)運算模塊：ded13)()(sxesyls11:45:2438slpcslpc的用戶程序編制的用戶程序編制n十段折線函數(shù)： fx1、fx2n任意折線函數(shù) fx3、fx411:45:2439控制模塊及其編程 slpc內(nèi)的控制模塊有三種功能結(jié)構(gòu)，可用來組成不同類型的控制回路： 基本控制模塊bsc，內(nèi)含1個調(diào)節(jié)單元cnt1，相當(dāng)于模擬儀表中的l

9、臺pid調(diào)節(jié)器，可用來組成各種單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 串級控制模塊csc，內(nèi)含2個互相串聯(lián)的調(diào)節(jié)單元cntl、cnt2，可組成串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 選擇控制模塊ssc，內(nèi)含2個并聯(lián)的調(diào)節(jié)單元cntl、cnt2和1個單刀三擲切換開關(guān)cnt3，可組成選擇控制系統(tǒng)。11:45:2440控制模塊及其編程 以下三種控制模塊在使用時，每臺slpc只能選用其中的1種，而且在編程時只能使用一次。11:45:2441控制模塊及其編程11:45:2442基本控制模塊基本控制模塊bscbsc的功能框圖的功能框圖11:45:2443擴展功能寄存器的應(yīng)用輸入處理擴展功能寄存器的初始化設(shè)定擴展寄存器（a,fl等）設(shè)定擴展寄存器（a,

10、fl等）控制運算控制運算擴展功能寄存器輸出擴展功能寄存器輸出輸出顯示控制周期：控制周期：0.2秒0.2秒用用戶戶程程序序11:45:2444模塊模塊bscbsc的回路連接的回路連接輸入寄存器理處入輸 nxx1 ld輸出寄存器ny1a12a/dd/a 理處出輸 算運制控 y1 st系統(tǒng)管理程序執(zhí)行系統(tǒng)管理程序執(zhí)行用戶程序執(zhí)行/autcasmanmv1spv1scnt1csvsvpvmv3svagsetbsc 模塊slpcslpc控制回路連接及控制策略控制回路連接及控制策略 11:45:244511:45:2446設(shè)定值濾波器nsvf的運算式：sttsttdidi)(1)(1其中：0 , 10 ,

11、 10ditt.:微分時間常數(shù)積分時間常數(shù)ditt，. 00dt時，svf式中的無微分動作及11:45:2447三、三、slpcslpc的用戶程序編制的用戶程序編制n采用面向問題的pol語言： 預(yù)先按照一般控制、運算要求編制好各種標(biāo)準(zhǔn)功能程序模塊，由用戶根據(jù)特定控制應(yīng)用要求從中選取，并通過編程用戶程序進行模塊連接，組成完整的控制系統(tǒng)，完成“組態(tài)”任務(wù)。11:45:2448slpcslpc編程舉例編程舉例n例一例一：slpcslpc編程實現(xiàn)最基本的編程實現(xiàn)最基本的pidpid控制算法控制算法11:45:2449slpcslpc編程舉例編程舉例n例二例二：slpcslpc編程實現(xiàn)一階慣性加純滯后對

12、象模型編程實現(xiàn)一階慣性加純滯后對象模型11:45:2450slpcslpc編程舉例編程舉例n例三例三：反應(yīng)罐溫度控制系統(tǒng)反應(yīng)罐溫度控制系統(tǒng)變增益控制變增益控制11:45:2451增益自適應(yīng)控制增益自適應(yīng)控制n為保持同樣的增益欲度（相對穩(wěn)定性），對象的靜態(tài)增益增大，控制器中的比例增益需要相應(yīng)降低。11:45:2452反應(yīng)罐溫度控制系統(tǒng)反應(yīng)罐溫度控制系統(tǒng)變增益控制變增益控制11:45:2453slpcslpc編程舉例編程舉例11:45:2454帶批量開關(guān)的帶批量開關(guān)的pidpid控制算法控制算法npid-bsw( cnt1=3 )控制應(yīng)用于批量控制：開關(guān)控制與連續(xù)控制相結(jié)合。11:45:2455采

13、樣采樣pipi控制控制npi-hld( cnt1= 2)控制器：類似手動控制；適用于大純滯后對象，或?qū)Τ{(diào)要求嚴(yán)格的場合。11:45:2456smithsmith補償控制算法補償控制算法smith補償控制器的預(yù)測控制器結(jié)構(gòu) 11:45:2457smithsmith補償控制算法補償控制算法+-)1 (1lsetskp.i.dsteksl0010pvsvmv-+數(shù)字調(diào)節(jié)器算法數(shù)字調(diào)節(jié)器算法dm(a2)s1標(biāo)準(zhǔn)smith補償控制器的數(shù)字調(diào)節(jié)器實現(xiàn) 11:45:2458smithsmith補償控制算法補償控制算法11:45:2459smithsmith補償算法的編程實現(xiàn)補償算法的編程實現(xiàn) 1. ld

14、y1 8. ld p1 2. ld y1 9. * 3. ld p2 10. st a2 4. ded 1 11. ld x1 5. - 12. bsc 6. ld p3 13. st y1 7. lag 1 14. end其中，p1、p2、 p3分別存放k、l、t。11:45:2460對象仿真程序 1. ld y1 5. lag 2 2. ld p04 6. ld p05 3. * 7. ded 2 4. ld p06 8. st y2 其中，p4、p5、 p6分別存放k0、l0、t0，同時檢查接線：輸出y1要短路；y2輸出要反饋給輸入x1。 另外，當(dāng)p4、p5、 p6與p1、p2、 p3不同時，可做smith補償算法的魯棒性