流量、液位回路PID抗積分飽和

流量、液位回路

PID抗積分飽和1課堂測試控制器TC25的正反作用？并說明過程。選擇哪種控制作用？圖示為針對反應器采用繼電器型PID自整定方法得到的曲線，試確定PID控制器的參數(shù)。2雙液位對象特性

物料平衡方程：

流體運動方程：3

物料平衡方程：

流體運動方程：雙液位對象特性4雙液位對象特性無振蕩的自衡過程5控制系統(tǒng)“廣義對象”的概念“廣義對象”包括控制回路中除控制器外的每一部分。它反映了控制器輸出對CV測量輸出的影響。特點：（1）使控制系統(tǒng)的設計與分析簡化；（2）廣義對象的輸入輸出通常可測量，以便于 測試其動態(tài)特性；（3）只關心某些特定的輸入輸出變量。6廣義對象的描述可用一階加純滯后模型來描述廣義對象：7階躍響應測試法1對象的近似模型：對應參數(shù)見左圖，而增益為：8階躍響應測試法2對象的近似模型：9PID參數(shù)整定經(jīng)驗法具體整定參數(shù)原則見p.58表3-2閉環(huán)整定法（在線整定，Z-N法）由純比例控制下的等幅振蕩曲線，獲得臨界控制器增益

Kcu與臨界振蕩周期Tu，并按p.58表3-3得到正常工作下的控制器參數(shù)。開環(huán)整定法（離線整定法）根據(jù)單位階躍響應曲線求取“廣義對象”的近似模型與模型參數(shù)，再按p.60表3-4或表3-5計算；Z-N法（表3-4）Lambda法（表3-5）10開環(huán)整定法(Ziegler-Nichols

法)注意：上述整定規(guī)則僅限于11開環(huán)整定法(Lambda法)注意：上述整定規(guī)則不受τ/T取值的限制12雙液位系統(tǒng)的串級控制13串級PID參數(shù)的整定方法#1設置主控制器至“手動”方式，參照單回路整定方式整定副控制器PID參數(shù)。具體步驟討論？14串級PID參數(shù)的整定方法#2將副控制器切換至“自動”，并以階躍方式手動改變主控制器的輸出（即副控制器的設定值），記錄主回路“廣義對象”的輸出輸出數(shù)據(jù)；并獲取主對象對應的動態(tài)特性參數(shù)。15串級PID參數(shù)的整定方法#3參照單回路動態(tài)響應方法整定主控制器PID參數(shù)，并將主控制器切換至“自動”。結(jié)合主控制器給定值階躍響應，適當調(diào)整主控制器增益，直至滿意。16內(nèi)容流量控制回路的PID參數(shù)整定方法液位均勻控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定

積分飽和與防止

串級控制系統(tǒng)的防積分飽和措施17流量回路的動態(tài)特性動態(tài)響應的快速性純滯后時間接近零，即從理論上講控制器增益可無限大測量噪聲大為減少控制閥的頻繁波動，宜采用PI控制器，而且控制增益應小、而積分作用應大（即接近純積分控制器）（為什么？）18流量回路的控制參數(shù)選擇Ti

整定原則：

Ti=0.10min或Ti=0.05minKc

整定原則：

控制增益可人工調(diào)整，但對于設定值的階躍變化，實際流量不應出現(xiàn)超調(diào)。.19流量回路整定仿真舉例請比較控制器的比例增益與積分增益20分析下列液位控制問題的不同點21液位回路的動態(tài)特性不少液位對象為非自衡的積分過程，無法進行階躍響應測試。當進料流量變化為主要擾動時，對于液位控制回路，可能存在兩種不同的控制目標

(1)常規(guī)液位控制，也稱“緊液位控制”； (2)液位均勻控制，也稱“平均液位控制”22常規(guī)液位控制控制目標是使液位與其設定值的偏差盡可能小，而對MV（如輸出流量）的波動無限制。假設該液位過程為自衡過程，則可采用階躍響應獲取K、T、τ，并可采用常規(guī)的參數(shù)整定法假設該液位過程為非自衡過程，常采用PI控制器，而且控制增益大、積分作用弱（即接近純比例控制器）（為什么？）23液位控制仿真舉例24液位均勻控制控制目標是使操作變量（如儲罐輸出流量）盡可能平緩，以減少對下游裝置的干擾，而允許貯罐液位在上下限之間波動。液位均勻控制常采用比例控制器（在實際應用中，可采用PI控制器，并選擇積分時間足夠大，以減少積分作用）。比例增益的整定原則：比例增益應盡可能小，只要液位的波動幅度不超過允許的上下限（對于可能的大幅度輸入流量干擾）。25液位均勻控制系統(tǒng)的分析假設被控過程的動態(tài)方程為其中

A

為儲罐的截面積。假設液位變送器LT41與控制閥滿足26液位均勻控制系統(tǒng)的分析（續(xù)）對于某一純比例控制器,Gc=－Kc,試分析上述模型參數(shù)對動態(tài)特性的響應27純比例液位均勻控制的仿真28積分飽和問題的由來若工藝介質(zhì)溫度過低，或工藝介質(zhì)流量過大，或蒸汽量供應不足，導致控制閥即使全開，也難以保證換熱溫度達到其設定值。此時，分析PID控制器輸出信號的變化情況。29PID控制器的積分飽和問題積分飽和的實質(zhì)當調(diào)節(jié)能力不足時，控制器內(nèi)部狀態(tài)超出正常工作范圍。而當主要干擾消除后，控制器內(nèi)部狀態(tài)首先需要返回至正常工作范圍，然后控制器才真正開始起調(diào)節(jié)作用。30單回路PID控制器的

積分飽和現(xiàn)象討論以下現(xiàn)象：（1）控制器的積分飽和現(xiàn)象（2）控制閥全開或全關31單回路控制的抗積分飽和原理原理：當控制器輸出超出正常操作范圍時，將積分作用切除。32抗積分飽和仿真舉例33單回路系統(tǒng)的防積分飽和可以嗎？34工業(yè)單回路PID控制器PID1PID235串級PID系統(tǒng)的積分飽和問題問題：當主副控制器均采用單回路抗積分飽和方法時，在限位參數(shù)不一致的情形下，同樣存在發(fā)生“積分飽和”的可能性。Why?How?36加熱爐出口溫度串級控制方案串級控制方案單回路控制方案37爐出口溫度串級控制系統(tǒng)38爐出口溫度

串級控制系統(tǒng)仿真模型1建立相應的SimuLink模型，并討論參數(shù)整定問題39爐出口溫度串級與單回路控制

仿真結(jié)果比較40爐出口溫度

串級控制系統(tǒng)仿真模型2為揭示串級控制的積分飽和現(xiàn)象，待加熱的工藝介質(zhì)進料溫度發(fā)生了較大的變化41僅采用單回路抗積分飽和措施

的仿真結(jié)果42串級控制系統(tǒng)的防積分飽和43爐出口溫度

串級控制系統(tǒng)仿真模型344采用串級控制的抗積分飽和措施

的仿真結(jié)果45小結(jié)流量控制回路的PID參數(shù)整定方法液位均勻控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定

單回路控制的積分飽和現(xiàn)象及其防止串級控制系統(tǒng)的防積分飽和措施46問題討論對于某一動態(tài)特性未知但開環(huán)穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)如何整定PID控制器參數(shù)（離線或在線方式）？試用Simulink仿真模型，