常規(guī)過程控制策略

3第5章常規(guī)過程控制策略?

開關控制的基本工作原理及特點?

PLC控制工業(yè)過程的一般設計方法?

PID控制的基本工作原理及特點?

改進型PID控制算法主要內容?

各種PID控制器參數(shù)整定方法?

控制器的控制規(guī)律選擇?

過程控制系統(tǒng)的投運與維護控制器是硬件和軟件的結合體從硬件上來說，過程控制中最常用控制器有：可編程控制器（PLC）數(shù)字調節(jié)器（DigitalRegulator)工控機（IPC）集散控制系統(tǒng)（DCS）從軟件上體現(xiàn)的是各種過程控制策略第5章常規(guī)過程控制策略過程控制策略開關控制PID控制智能控制控制器接受了輸入的偏差信號后，控制器的輸出隨輸入變化的規(guī)律，用數(shù)學式來表示，即為：控制器+－exzp第5章常規(guī)過程控制策略5.1開關控制1.開關控制基本規(guī)律動作規(guī)律為：

開關控制只有兩個輸出值（pmax，pmin），相應的控制機構也只有兩個極限位置，不是開就是關。開關量啟停、切換、聯(lián)鎖……5.1開關控制VH<H0：H>H0：流體與電極未接觸，繼電器斷路，電磁閥全開，流體流入貯槽，液位上升。流體與電極相接觸，繼電器通路，電磁閥全關，流體不再流入貯槽，液位下降。EX1:電極式開關控制液位計結構電極、繼電器、電磁閥工作過程5.1開關控制2.開關控制局限性調節(jié)機構的動作過于頻繁，會使運動部件損壞，從而很難保證雙位控制系統(tǒng)安全、可靠地工作。實際生產中給定值也總是有一定允許偏差的，某些情況下，只要求被控變量維持在某一個比較大的范圍內就可以了。eminemax被控變量下降時e>emax

閥門關開被控變量上升時e<emin

閥門開關其他情況下，閥門不動作5.1開關控制5.1.1PLC簡介開關量模擬量其他量調節(jié)閥接觸器執(zhí)行裝置5.1開關控制5.1開關控制5.1.2PLC在過程控制中的應用1.PLC控制系統(tǒng)設計步驟1）功能設計2）結構設計3）梯形圖設計4）編程設計5）調試運行5.1開關控制2.PLC梯形圖設計EX2:PLC用于水泵控制接通啟動開關，允許A泵、B泵供水。1）功能設計當A泵工作時P＜PL，則啟動B泵。當A、B泵同時工作時P＞PH，則關閉B泵。首次啟動時，A泵啟動10s后，B泵才能啟動關斷啟動開關，關停A泵、B泵。5.1開關控制2）結構設計輸入裝置元件號啟動開關I0.0水壓下限開關I0.1水壓上限開關I0.2定時裝置定時時間T3710s輸出裝置元件號A泵Q0.0B泵Q0.15.1開關控制3）梯形圖設計計EX3:PLC用于啤酒發(fā)酵酵過程的控制制5.2PID控制比例作用(Proportional)積分作用(Integral)微分作用(Derivative)PID控制本質上是一種種連續(xù)的負反饋控制，特別適用于于過程的動態(tài)性能良好好而且控制性能要求求不太高的情況。5.2PID控制比例控制規(guī)律律表達式：KCΔpe(t)z(t)+_x(t)e(t)ΔpAKc*A1.比例控制規(guī)律律及特點一、比例控制制控制器的輸出出變化量與輸輸入偏差信號號的大小成比比例5.2PID控制根據(jù)響應曲線線，能否發(fā)現(xiàn)現(xiàn)比例控制器器的顯著特點點？屬于有差調節(jié)節(jié)e(t)ΔpAKc*A特點1（1）只要偏差e不為零，控制制器就會有輸輸出。利用偏差實現(xiàn)現(xiàn)控制（2）只能使系統(tǒng)統(tǒng)被控量輸出出近似跟蹤給給定值。產生余差思考5.2PID控制比例增益KC的變化對過渡渡過程的影響響是如何？思考特點2KC大：余差小，穩(wěn)穩(wěn)定性差KC?。河嗖畲?，穩(wěn)穩(wěn)定性好余差和穩(wěn)定性是一對矛盾要統(tǒng)籌兼顧5.2PID控制2.比例控制的適適用性跟蹤誤差會隨隨時間的增大大而增大。適用于控制通通道滯后小，，負荷變化不不大，控制要要求不高，被控參數(shù)在一定范圍內內允許有余差的定值控制場合。定值控制系統(tǒng)統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)被被控控量量對對給給定定值值的的有有差差跟跟蹤蹤。。5.2PID控制制KI———積分分速速度度積分p(t)e(t)z(t)+_x(t)二、、積積分分控控制制1.積分分控控制制規(guī)規(guī)律律及及特特點點積分分控控制制規(guī)規(guī)律律表表達達式式：：TI———積分分時時間間控制制器器的的輸輸出出變變化化量量與與輸輸入入偏偏差差信信號號的的積積分分成成比比例例5.2PID控制AKIA微分積分控控制器器輸出出的變化速速度與偏差成正比比偏差存存在，，輸出出就會會變化化，控控制機機構就就要動動作；；偏差消消除，，輸出出不再再變化化，控控制機機構停停止動動作。。在達到到穩(wěn)定時，偏偏差必必然等于零零。特點1屬于無無差調調節(jié)能夠消消除余余差5.2PID控制積分控控制輸出信信號的的大小小偏差信信號的的大小小偏差存存在的的時間間長短短積分控控制的的輸出出取決決于哪哪些因因素？？思考AKIA特點2控制作作用不及時時，系統(tǒng)的的動態(tài)品品質變變差，過渡過過程比比較緩緩慢。犧牲了了動態(tài)態(tài)品質質來換換取穩(wěn)穩(wěn)態(tài)性性能的的改善善5.2PID控制2.比例積積分控控制規(guī)規(guī)律及及特點點比例積積分控控制比例控控制規(guī)規(guī)律：控制制作用用快，，有余差差

結合積分控控制規(guī)規(guī)律：控制制作用用慢，，消除余余差（PI)比例積積分控控制規(guī)規(guī)律表表達式式：5.2PID控制特點1PI控制結結合P控制的的快速速反應應與I控制的的消除除穩(wěn)態(tài)態(tài)誤差差。粗調：：偏差出出現(xiàn)時時，比比例作作用迅迅速反反應輸輸入的的變化化；細調：：積分作作用使使輸出出逐漸漸增加加，最最終消消除穩(wěn)穩(wěn)態(tài)誤誤差。。5.2PID控制積分時時間TI的變化化對過過渡過過程的的影響響是如如何？？思考特點2TI大：余差差消除除慢，，穩(wěn)定性性好TI小：余差差消除除快穩(wěn)定性性差壓力、、流量量對象象等：：TI可小一一點溫度對對象：：TI可大一一些5.2PID控制PI控制制器器輸輸入入一一個個如如圖圖所所示示幅幅值值為為A方波波信信號號，，畫出出控控制制器器的的輸輸出出的的波波形形。。（（KC＝1，Ti＝1min）e(t)A2431minA03A2A2Ap(t)min1234EX4:PI控制制器器的的輸輸出出計計算算5.2PID控制制三、、微微分分控控制制1.微分分控控制制規(guī)規(guī)律律及及特特點點微分分控控制制規(guī)規(guī)律律表表達達式式：：控制器器的輸輸出變變化量量與輸輸入偏偏差信信號的的變化化速度度成比比例5.2PID控制tOe△e=AtOpOtptOe△e=At△p=TDA下面兩兩種輸輸入情情況下下，PI控制輸輸出如如何變變化？？思考特點（1）偏差差e出現(xiàn)變變化的的瞬間間，產產生劇劇烈調調節(jié)作作用。。超前控控制。（2）偏差差存在在但不不變化化時，，控制制器輸輸出為為0。對靜態(tài)偏差差毫無控制制能力。5.2PID控制2.比例微分控控制規(guī)律及及特點比例微分控控制規(guī)律表表達式：AAKDAettptp△e=AKDA通常取1微分放大倍倍數(shù)，一般是確定定數(shù)值。衰減函數(shù)，，TD決定衰減快快慢理想實際5.2PID控制微分控制的的輸出取決決于哪些因因素？思考1)起始跳變幅幅度，用微微分增益KD來衡量，2)衰減時間長長短，用微微分時間TD來衡量。特點1（1）偏差輸出出跳得越高高，或降得得越慢，微微分作用越越強。KD通常常固固定定，，TD越大大微微分分作作用用越越強強。（2）穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)時時微微分分部部分分不不起起作作用用，，PD控制制變變成成P控制制。。有差差調調節(jié)節(jié)5.2PID控制制微分分時時間間TD的變變化化對對過過渡渡過過程程的的影影響響是是如如何何？？思考特點2TD適當：提高系系統(tǒng)穩(wěn)定定性，減少振幅幅，降低低余差TD太大：微分作用過過強，輸出劇烈變化化，引起振蕩蕩微分作用力圖圖阻止被控變變量的任何變化。5.2PID控制四、比例積分分微分控制1.PID控制規(guī)律及特特點PID控制規(guī)律表達達式：微分作用比例作用積分作用PID控制作用中，，P是基礎控制；I用于消除靜差；D用于加快系統(tǒng)控制制速度。5.2PID控制ettp隨著時間的積積累，逐漸占占據(jù)主導。只要有余差，，積分作用不不斷增加。干擾作用下，，PID調節(jié)時P、I、D控制規(guī)律如何何作用的？思考自始至終與偏偏差相對應，，貫穿于整個個控制過程中中。初期就有較大大控制作用，，然后逐漸消失失。比例PP+DP+I積分I微分D5.2PID控制與PI相比，PID多了一個零點點，為動態(tài)性性能的改善提提供了可能。。對P、PI、PD、PID控制規(guī)律下過過渡過程進行行分析與對比比？思考特點與PD相比，PID提高了系統(tǒng)的的無差度；PID兼顧顧了了靜態(tài)態(tài)和動態(tài)態(tài)控制制要要求求。。5.2PID控制制2.控制制規(guī)規(guī)律律的的選選擇擇1）廣廣義義過過程程控控制制通通道道時間間常常數(shù)數(shù)較較大大或容積積遲遲延延較較大大時，，若工工藝藝容容許許有有靜靜差差，，若工工藝藝要要求求無無靜靜差差，，2）廣廣義義過過程程控控制制通通道道時間間常常數(shù)數(shù)較較小小、負荷荷變變化化不不大大、且工工藝藝要要求求允允許許有有靜靜差差，，且工工藝藝要要求求允允許許無無靜靜差差，，3）廣廣義義過過程程控控制制通通道道時間間常常數(shù)數(shù)很很大大、且且純時時延延較較大大、負荷荷變變化化劇劇烈烈時。。P高級級控控制制規(guī)規(guī)律律DPIPDPID5.2PID控制制注意意1)根據(jù)據(jù)對對象象實實際際情情況況，，選選擇擇適適用用的的控控制制規(guī)規(guī)律律2)實際際的的PID控制制器器，，對對參參數(shù)數(shù)進進行行設設置置，，變變成成P、PI、PD控制制器器3）要要得得到到良良好好的的控控制制質質量量，，需需要要進進行行控控制制器器參參數(shù)數(shù)整整定定5.2PID控制制模擬擬式式PID調節(jié)節(jié)器器數(shù)字字式式PID調節(jié)節(jié)器器改進進的的PID算法法通過過運運算算放放大大器器電電路路、、電電阻阻和和電電容容實實現(xiàn)現(xiàn)。。參數(shù)數(shù)通通過過電電位位器器進進行行調調節(jié)節(jié)和和整整定定。。采樣樣控控制制：：根據(jù)采樣樣時刻的的偏差值值計算控控制量，，一系列的的采樣時時刻點kT代表連續(xù)續(xù)時間t。積分：累加和和式；微分：增量或或差分；；5.3PID參數(shù)的整整定確定調節(jié)節(jié)器的比例度δ、積分時間間TI和微分時間間TD通過改變變調節(jié)器器的參數(shù)數(shù)，使其其特性和和過程特特性相匹匹配，以以改變系系統(tǒng)的動態(tài)和靜靜態(tài)指標標，爭取最最佳控制效果果?？刂浦笜藰耍核p比比n=4:1-10:1一階慣性性純滯后后過程與KC成反比整定的實實質5.3PID參數(shù)的整整定參數(shù)整定定原則則可根據(jù)據(jù)τ0/T0的比值值來選擇擇調節(jié)節(jié)規(guī)律律。τ0/T0<0.2，選用用P或PI調節(jié)規(guī)規(guī)律。。0.2<ττ0/T0<1.0，選用用PD或PID調節(jié)規(guī)規(guī)律。。τ0/T0>1.0，PID不能滿滿足控控制要要求。。5.3PID參數(shù)的的整定定對數(shù)頻率特性法

根軌跡法理論計算整定方法經驗法

衰減曲線法

臨界比例度法響應曲線法工程整定法需要知知道數(shù)數(shù)學模模型可直接接在系系統(tǒng)中中進行行現(xiàn)場場整定定，比比較簡簡單參數(shù)整整定方方法5.3PID參數(shù)的的整定定1.經驗整整定方方法參數(shù)時滯容量數(shù)周期噪聲比例帶積分作用微分作用流量、液體壓力無多容量1～10s有100～500%50～200%重要不用氣體壓力無單容量0無0～5%不必要不必要液位無單容量1～10s有5～50%少用不用溫度蒸汽壓力變動3～6min～h無10～100%用重要成分恒定1～100min～h存在100～1000%重要可用關鍵是是“看曲線線，調調參數(shù)數(shù)”5.3PID參數(shù)的的整定定2.臨界比比例度度法

控制器純比例作用

系統(tǒng)產生

等幅振蕩臨界比例度臨界振蕩周期

各參數(shù)

整定數(shù)值

由大到小改變比例度臨界振蕩過程δKTk使用局局限性性：①臨界比比例度度很小小的過程程不適適用②工藝上上不允許許產生生等幅幅振蕩蕩的過程程5.3PID參數(shù)的的整定定控制作用比例度%積分時間(min)微分時間(min)比例2δK

比例＋積分2.2δK

0.85Tk

比例＋微分1.8δK

0.85Tk

比例＋積分＋微分1.7δK

0.5Tk

0.125Tk

臨界比比例度度法參參數(shù)計計算公公式表表EX5:用臨界界比例例度法法整定定參數(shù)數(shù)已測得得δK=30%，TK=3min。試確確定PI作用和PID作用時控制制器的的參數(shù)數(shù)？

還不把我記下來？5.4PID調節(jié)器器控制制規(guī)律律的選選擇根據(jù)過過程特特性選選擇控控制規(guī)規(guī)律要點五種控控制規(guī)規(guī)律的的特點點五種控控制規(guī)規(guī)律的的適用用場合合單回路路控制制系統(tǒng)統(tǒng)廣義對對象根據(jù)τ0/T0的比值值選擇擇調節(jié)節(jié)器的的控制制規(guī)律律控制器正/反作用選擇1.什么是正/反作用所謂作用方向向，就是指輸入變化后，輸出的變化方方向。5.4PID調節(jié)器控制規(guī)規(guī)律的選擇正作用反作用輸入增加，輸輸出增加；輸輸入減少，輸輸出減少。輸入增加，輸輸出較少；輸輸入減少，輸輸出增加。2.為什么要選擇擇正/反作用3.如何確定過控控系統(tǒng)各個環(huán)環(huán)節(jié)的正反作作用5.4PID調節(jié)器控制規(guī)規(guī)律的選擇2.為什么要選擇擇正/反作用保證控制系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定運行，，要使整個控控制系統(tǒng)形成成負反饋。在控制系統(tǒng)中中，控制制器器、、被被控控過過程程、、測測量量元元件件及執(zhí)行行器器都有有各各自自的的作作用用方方向向，，要要使使整整個個系系統(tǒng)統(tǒng)呈呈現(xiàn)現(xiàn)反作作用用。被控控變變量量偏偏高高，，控控制制作作用用應應使使之之降降低低。。被控控變變量量偏偏低低，，控控制制作作用用應應使使之之增增加加。。5.4PID調節(jié)節(jié)器器控控制制規(guī)規(guī)律律的的選選擇擇3.如何何確確定定過過控控系系統(tǒng)統(tǒng)各各個個環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)的的正正反反作作用用輸入：操縱變量輸出：被控變量由工藝機理決定輸入：控制信號輸出：閥門開度由工藝安全條件決定正作用:氣開式反作用:氣關式一般為正作用輸入：偏差信號輸出：控制信號由前三者決定廣義對象5.4PID調節(jié)節(jié)器器控控制制規(guī)規(guī)律律的的選選擇擇EX6:控制制器器正正/反作作用用選選擇擇I輸入：燃料氣流量輸出：出口溫度被控過程：加熱爐燃料氣TC加熱爐出口溫度控制原料油執(zhí)行器：調節(jié)閥避免氣源中斷，閥門大開燒壞爐子，選則氣開閥?？刂破鲝V義對象為正作用，控制器選擇反作用。廣義對象EX7:控制制器器正正/反作作用用選選擇擇II水槽液位控制系統(tǒng)輸入：出口流量輸出：水槽液位被控過程：水槽執(zhí)行器：調節(jié)閥信號中斷，閥門自動關閉，以免物料流失，選則氣開閥?？刂破鲝V義對象為反作用，控制器選擇正作用。廣義對象5.5過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的投投運運與與維維護護單回回路路控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的設設計計5.5過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的投投運運與與維維護護EX8:球磨磨給給礦礦過過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的設設計計一、、生生產產過過程程的的分分析析工作作過過程程存在在問問題題二、、控控制制方方案案的的設設計計被控控過過程程給礦礦皮皮帶帶被控控變變量量礦石石重重量量操縱縱變變量量礦石石流流量量5.5過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的投投運運與與維維護護過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)方方塊塊圖圖三、、選選型型和和安安裝裝電子子式式？？核輻輻射射式式？？5.5過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的投投運運與與維維護護5.5過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的投投運運與與維維護護西門門子子S7-300PLC施耐耐德德變變頻頻器器四、、系系統(tǒng)統(tǒng)的的投投運運1.電子子皮皮帶帶秤秤標定定及投投入入使使用用；；2.手動動調節(jié)節(jié)變變頻頻器器頻頻率率，，觀觀察察手手動動控控制制效效果果；；3.在穩(wěn)穩(wěn)定定運運行行一一段段時時間間后后投投入入到到自動動；4.記錄錄運運行行數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，整定定控控制制器器參參數(shù)數(shù)，直直至至滿滿意意。。5.5過程程控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的投投運運與與維維護護9、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業(yè)業(yè)貧。。1月-231月-23Sunday,January1,202310、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。20:36:3620:36:3620:361/1/20238:36:36PM11、以我我獨沈沈久，，愧君君相見見頻。。。1月-2320:36:3620:36Jan-2301-Jan-2312、故人江江海別，，幾度隔隔山川。。。20:36:3620:36:3620:36Sunday,January1,202313、乍見翻疑夢夢，相悲各問問年。。1月-231月-2320:36:3620:36:36January1,202314、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國國見青青山。。。01一一月月20238:36:36下下午20:36:361月-2315、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。。一月238:36下午午1月-2320:36January1,202316、行動出出成果，，工作出出財富。。。2023/1/120:36:3620:36:3601January202317、做前，能夠夠環(huán)視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。8:36:36下午8:36下下午20:36:361月-239、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功??！。1月-231月-23Sunday,January1,202310、很多多事情情努力力了未未必有有結果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。20:36:3620:36:3620:361/1/20238:36:36PM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。1月-2320:36:3620:36Jan-2301-Jan-2312、世世間間成成事事，，不不求求其其絕絕對對圓圓滿滿，，留留一一份份不不足足，，可可得得無無限限完完美美。。。。20:36:3620:36:3620:36Sunday,January1,202313、不不知知香香積積寺寺，，數(shù)數(shù)里里入入云云峰峰。。。。1月月-231月月-2320:36:3620:36:36January1,202314、意志志堅強強的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥塊一一樣任任意揉揉捏。。01一一月月20238:36:36下下午20:36:361