常規(guī)過程控制策略課件

3第5章常規(guī)過程控制策略?

開關(guān)控制的基本工作原理及特點(diǎn)?

PLC控制工業(yè)過程的一般設(shè)計(jì)方法?

PID控制的基本工作原理及特點(diǎn)?

改進(jìn)型PID控制算法主要內(nèi)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(yùn)與維護(hù)控制器是硬件和軟件的結(jié)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(diào)節(jié)器（DigitalRegulator)工控機(jī)（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(guān)控制PID控制智能控制控制器接受了輸入的偏差信號(hào)后，控制器的輸出隨輸入變化的規(guī)律，用數(shù)學(xué)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(guān)控制1.開關(guān)控制基本規(guī)律動(dòng)作規(guī)律為：

開關(guān)控制只有兩個(gè)輸出值（pmax，pmin），相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)也只有兩個(gè)極限位置，不是開就是關(guān)。開關(guān)量啟停、切換、聯(lián)鎖……5.1開關(guān)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(guān)，流體不再流入貯槽，液位下降。EX1:電極式開關(guān)控制液位計(jì)結(jié)構(gòu)電極、繼電器、電磁閥工作過程5.1開關(guān)控制2.開關(guān)控制局限性調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過于頻繁，會(huì)使運(yùn)動(dòng)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(shí)際生產(chǎn)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(gè)比較大的范圍內(nèi)就可以了。eminemax被控變量下降時(shí)e>emax

閥門關(guān)開被控變量上升時(shí)e<emin

閥門開關(guān)其他情況下，閥門不動(dòng)作5.1開關(guān)控制5.1.1PLC簡介開關(guān)量模擬量其他量調(diào)節(jié)閥接觸器執(zhí)行裝置5.1開關(guān)控制5.1開關(guān)控制5.1.2PLC在過程控制中的應(yīng)用1.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟1）功能設(shè)計(jì)2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3）梯形圖設(shè)計(jì)4）編程設(shè)計(jì)5）調(diào)試運(yùn)行5.1開關(guān)控制2.PLC梯形圖設(shè)計(jì)EX2:PLC用于水泵控制接通啟動(dòng)開關(guān)，允許A泵、B泵供水。1）功能設(shè)計(jì)當(dāng)A泵工作時(shí)P＜PL，則啟動(dòng)B泵。當(dāng)A、B泵同時(shí)工作時(shí)P＞PH，則關(guān)閉B泵。首次啟動(dòng)時(shí)，A泵啟動(dòng)10s后，B泵才能啟動(dòng)關(guān)斷啟動(dòng)開關(guān)，關(guān)停A泵、B泵。5.1開關(guān)關(guān)控控制制2）結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)輸入裝置元件號(hào)啟動(dòng)開關(guān)I0.0水壓下限開關(guān)I0.1水壓上限開關(guān)I0.2定時(shí)裝置定時(shí)時(shí)間T3710s輸出裝置元件號(hào)A泵Q0.0B泵Q0.15.1開關(guān)關(guān)控控制制3）梯形圖圖設(shè)計(jì)EX3:PLC用于啤酒酒發(fā)酵過過程的控控制5.2PID控制比例作用用(Proportional)積分作用用(Integral)微分作用用(Derivative)PID控制本質(zhì)上是是一種連續(xù)的負(fù)反饋控控制，特別適適用于過過程的動(dòng)態(tài)性能能良好而且控制性能能要求不不太高的情況。。5.2PID控制比例控制制規(guī)律表表達(dá)式：：KCΔpe(t)z(t)+_x(t)e(t)ΔpAKc*A1.比例控制制規(guī)律及及特點(diǎn)一、比例例控制控制器的的輸出變變化量與與輸入偏偏差信號(hào)號(hào)的大小小成比例例5.2PID控制根據(jù)響應(yīng)應(yīng)曲線，，能否發(fā)發(fā)現(xiàn)比例例控制器器的顯著著特點(diǎn)？？屬于有差差調(diào)節(jié)e(t)ΔpAKc*A特點(diǎn)1（1）只要偏偏差e不為零，，控制器器就會(huì)有有輸出。。利用偏差差實(shí)現(xiàn)控控制（2）只能使使系統(tǒng)被被控量輸輸出近似似跟蹤給給定值。。產(chǎn)生余差差思考5.2PID控制比例增益益KC的變化對(duì)對(duì)過渡過過程的影影響是如如何？思考特點(diǎn)2KC大：余差小小，穩(wěn)定定性差KC?。河嗖畲蟠?，穩(wěn)定定性好余差和穩(wěn)定性是一對(duì)矛矛盾要統(tǒng)籌兼兼顧5.2PID控制2.比例控制制的適用用性跟蹤誤差差會(huì)隨時(shí)時(shí)間的增增大而增增大。適用于控控制通道道滯后小小，負(fù)荷荷變化不不大，控控制要求求不高，，被控參數(shù)數(shù)在一定范范圍內(nèi)允許有余余差的定值控制制場合。定值控制制系統(tǒng)隨動(dòng)控制制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)被控控量對(duì)給給定值的的有差跟跟蹤。5.2PID控制KI——積分速度度積分p(t)e(t)z(t)+_x(t)二、積分分控制1.積分控制制規(guī)律及及特點(diǎn)積分控控制規(guī)規(guī)律表表達(dá)式式：TI——積分時(shí)時(shí)間控制器器的輸輸出變變化量量與輸輸入偏偏差信信號(hào)的的積分分成比比例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(huì)會(huì)變化化，控控制機(jī)機(jī)構(gòu)就就要?jiǎng)觿?dòng)作；；偏差消消除，，輸出出不再再變化化，控控制機(jī)機(jī)構(gòu)停停止動(dòng)動(dòng)作。。在達(dá)到到穩(wěn)定時(shí)，偏偏差必必然等于零零。特點(diǎn)1屬于無無差調(diào)調(diào)節(jié)能夠消消除余余差5.2PID控制積分控控制輸出信信號(hào)的的大小小偏差信信號(hào)的的大小小偏差存存在的的時(shí)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(diǎn)2控制作作用不及時(shí)時(shí)，系統(tǒng)的的動(dòng)態(tài)品品質(zhì)變變差，過渡過過程比比較緩緩慢。犧牲了了動(dòng)態(tài)態(tài)品質(zhì)質(zhì)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(diǎn)點(diǎn)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(jié)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(dá)式式：5.2PID控制特點(diǎn)1PI控制結(jié)結(jié)合P控制的的快速速反應(yīng)應(yīng)與I控制的的消除除穩(wěn)態(tài)態(tài)誤差差。粗調(diào)：：偏差出出現(xiàn)時(shí)時(shí)，比比例作作用迅迅速反反應(yīng)輸輸入的的變化化；細(xì)調(diào)：：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(shí)時(shí)間TI的變化化對(duì)過過渡過過程的的影響響是如如何？？思考特點(diǎn)2TI大：余差差消除除慢，，穩(wěn)定性性好TI?。河嗖畈钕旆€(wěn)定性性差壓力、、流量量對(duì)象象等：：TI可小一一點(diǎn)溫度對(duì)對(duì)象：：TI可大一一些5.2PID控制PI控制器器輸入入一個(gè)個(gè)如圖圖所示示幅值值為A方波信信號(hào)，，畫出控控制器器的輸輸出的的波形形。（（KC＝1，Ti＝1min）e(t)A2431minA03A2A2Ap(t)min1234EX4:PI控制器器的輸輸出計(jì)計(jì)算5.2PID控制三、微微分控控制1.微分控控制規(guī)規(guī)律及及特點(diǎn)點(diǎn)微分控控制規(guī)規(guī)律表表達(dá)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(hào)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(diǎn)（1）偏差差e出現(xiàn)變變化的的瞬間間，產(chǎn)產(chǎn)生劇劇烈調(diào)調(diào)節(jié)作作用。。超前控控制。（2）偏差差存在在但不不變化化時(shí)，，控制制器輸輸出為為0。對(duì)靜態(tài)態(tài)偏差差毫無無控制制能力力。5.2PID控制2.比例微微分控控制規(guī)規(guī)律及及特點(diǎn)點(diǎn)比例微微分控控制規(guī)規(guī)律表表達(dá)式式：AAKDAettptp△e=AKDA通常取取1微分放放大倍倍數(shù)，，一般是是確定定數(shù)值值。衰減函函數(shù)，，TD決定衰衰減快快慢理想實(shí)際5.2PID控制微分控控制的的輸出出取決決于哪哪些因因素？？思考1)起始跳跳變幅幅度，，用微微分增增益KD來衡量量，2)衰減時(shí)時(shí)間長長短，，用微微分時(shí)時(shí)間TD來衡量量。特點(diǎn)1（1）偏差差輸出出跳得得越高高，或或降得得越慢慢，微微分作作用越越強(qiáng)。。KD通常固固定，，TD越大微微分作作用越越強(qiáng)。（2）穩(wěn)態(tài)態(tài)時(shí)微微分部部分不不起作作用，，PD控制變變成P控制。。有差調(diào)調(diào)節(jié)5.2PID控制微分時(shí)時(shí)間TD的變化化對(duì)過過渡過過程的的影響響是如如何？？思考特點(diǎn)2TD適當(dāng)：提高高系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定定性，，減少振振幅，，降低低余差TD太大：微分作用用過強(qiáng)，輸出劇烈變變化，引起起振蕩微分作用力力圖阻止被被控變量的的任何變化。5.2PID控制四、比例積積分微分控控制1.PID控制規(guī)律及特特點(diǎn)PID控制規(guī)律表達(dá)達(dá)式：微分作用比例作用積分作用PID控制作用中，，P是基礎(chǔ)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(shí)間的積積累，逐漸占占據(jù)主導(dǎo)。只要有余差，，積分作用不不斷增加。干擾作用下，，PID調(diào)節(jié)時(shí)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(duì)應(yīng)，，貫穿于整個(gè)個(gè)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(gè)零點(diǎn)點(diǎn)，為動(dòng)態(tài)性性能的改善提提供了可能。。對(duì)P、PI、PD、PID控制規(guī)律下過過渡過程進(jìn)行行分析與對(duì)比比？思考特點(diǎn)與PD相比，PID提高了系統(tǒng)的的無差度；PID兼顧了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制要求。5.2PID控制2.控制規(guī)律的選選擇1）廣義過程控控制通道時(shí)間常數(shù)較大大或容積遲延較大大時(shí)，若工藝容許有有靜差，若工藝要求無無靜差，2）廣義過程控控制通道時(shí)間常數(shù)較小小、負(fù)荷變化不大大、且工藝要求允允許有靜差，，且工藝要求允允許無靜差，，3）廣義過程控控制通道時(shí)間常數(shù)很大大、且純時(shí)延較大、負(fù)荷變化劇烈烈時(shí)。P高級(jí)控制規(guī)律律DPIPDPID5.2PID控制注意1)根據(jù)對(duì)象實(shí)際際情況，選擇擇適用的控制制規(guī)律2)實(shí)際的PID控制器，對(duì)參參數(shù)進(jìn)行設(shè)置置，變成P、PI、PD控制器3）要得到良好好的控制質(zhì)量量，需要進(jìn)行行控制器參數(shù)數(shù)整定5.2PID控制5.2.1模擬式PID調(diào)節(jié)器5.2.2數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器5.2.3改進(jìn)的PID算法通過運(yùn)算放大大器電路、電電阻和電容實(shí)實(shí)現(xiàn)。參數(shù)通過電位位器進(jìn)行調(diào)節(jié)節(jié)和整定。采樣控制：根據(jù)采樣時(shí)刻刻的偏差值計(jì)計(jì)算控制量，，一系列的采樣樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)間間t。積分：累加和式；；微分：增量或差分分；5.3PID參數(shù)的整定確定調(diào)節(jié)器的的比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD通過改變調(diào)節(jié)節(jié)器的參數(shù)，，使其特性和和過程特性相相匹配，以改改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)指指標(biāo)，爭取最佳控制效果?？刂浦笜?biāo)：衰減比n=4:1-10:1一階慣性純滯滯后過程與KC成反比整定的實(shí)質(zhì)5.3PID參數(shù)的整定5.3.1參數(shù)整定原則則則可根據(jù)τ0/T0的比值來選擇調(diào)節(jié)規(guī)規(guī)律。τ0/T0<0.2，選用P或PI調(diào)節(jié)規(guī)律。0.2<τ0/T0<1.0，選用PD或PID調(diào)節(jié)規(guī)律。τ0/T0>1.0，PID不能滿足控制制要求。5.3PID參數(shù)的整定對(duì)數(shù)頻率特性法

根軌跡法理論計(jì)算整定方法經(jīng)驗(yàn)法

衰減曲線法

臨界比例度法響應(yīng)曲線法工程整定法需要知道數(shù)學(xué)學(xué)模型可直接在系統(tǒng)統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場場整定，比較較簡單5.3.2參數(shù)整定方法法5.3PID參數(shù)的整定1.經(jīng)驗(yàn)整定方法法參數(shù)時(shí)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(dòng)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(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參參數(shù)”5.3PID參數(shù)的整定2.臨界比例度法法

控制器純比例作用

系統(tǒng)產(chǎn)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使用局限性：①臨界比例度很很小的過程不適用用②工藝上不允許產(chǎn)生等等幅振蕩的過程5.3PID參數(shù)的整定控制作用比例度%積分時(shí)間(min)微分時(shí)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

臨界比例度法法參數(shù)計(jì)算公公式表EX5:用臨界比例度度法整定參數(shù)數(shù)已測得δK=30%，TK=3min。試確定PI作用和PID作用時(shí)控制器的參參數(shù)？

還不把我記下來？5.4PID調(diào)節(jié)器控制規(guī)規(guī)律的選擇5.4.1根據(jù)過程特性性選擇控制規(guī)規(guī)律要點(diǎn)五種控制規(guī)律律的特點(diǎn)五種控制規(guī)律律的適用場合合單回路控制系系統(tǒng)廣義對(duì)象5.4.2根據(jù)τ0/T0的比值選擇調(diào)調(diào)節(jié)器的控制制規(guī)律5.4.3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(diào)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(gè)環(huán)環(huán)節(jié)的正反作作用5.4PID調(diào)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(yùn)行，，要使整個(gè)控控制系統(tǒng)形成成負(fù)反饋。在控制系統(tǒng)中中，控制器、被控控過程、測量量元件及執(zhí)行器都有各自的作作用方向，要要使整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)呈現(xiàn)反作用。被控變量偏高高，控制作用用應(yīng)使之降低低。被控變量偏低低，控制作用用應(yīng)使之增加加。5.4PID調(diào)節(jié)器控制規(guī)規(guī)律的選擇3.如何確定過控控系統(tǒng)各個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)的正反作作用輸入：操縱變量輸出：被控變量由工藝機(jī)理決定輸入：控制信號(hào)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(guān)式一般為正作用輸入：偏差信號(hào)輸出：控制信號(hào)由前三者決定廣義對(duì)象5.4PID調(diào)節(jié)器控制規(guī)規(guī)律的選擇EX6:控制器正/反作用選擇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(diào)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(duì)象為正作用，控制器選擇反作用。廣義對(duì)象EX7:控制器正/反作用選擇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(diào)節(jié)閥信號(hào)中斷，閥門自動(dòng)關(guān)閉，以免物料流失，選則氣開閥?？刂破鲝V義對(duì)象為反作用，控制器選擇正作用。廣義對(duì)象5.5過程控制系統(tǒng)統(tǒng)的投運(yùn)與維維護(hù)單回路控制系系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.5過程控制系統(tǒng)統(tǒng)的投運(yùn)與維維護(hù)EX8:球磨給礦過程程控制系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)一、生產(chǎn)過程程的分析工作過程存在問題二、控制方案案的設(shè)計(jì)被控過程給礦皮帶被控變量礦石重量操縱變量礦石流量5.5過程控制系統(tǒng)統(tǒng)的投運(yùn)與維維護(hù)過程控制系統(tǒng)統(tǒng)方塊圖三、選型和安安裝電子式？核輻射式？5.5過程控制系統(tǒng)統(tǒng)的投運(yùn)與維維護(hù)5.5過程控制系統(tǒng)統(tǒng)的投運(yùn)與維維護(hù)西門子S7-300PLC施耐德變頻器器四、系統(tǒng)的投投運(yùn)1.電子皮帶秤標(biāo)定及投入使用；；2.手動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器頻頻率，觀察手手動(dòng)控制效果果；3.在穩(wěn)定運(yùn)行一一段時(shí)間后投投入到自動(dòng)；4.記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)據(jù)，整定控制器參參數(shù)，直至滿意。。5.5過程控制系統(tǒng)統(tǒng)的投運(yùn)與維維護(hù)9、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。1月-231月-23Saturday,January7,202310、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。21:46:1921:46:1921:461/7/20239:46:19PM11、以以我我獨(dú)獨(dú)沈沈久久，，愧愧君君相相見見頻頻。。。。1月月-2321:46:1921:46Jan-2307-Jan-2312、故人江海別別，幾度隔山山川。。21:46:1921:46:1921:46Saturday,January7,202313、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。1月-231月-2321:46:1921:46:19January7,202314、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國見見青山。。。07一一月20239:46:19下午午21:46:191月-2315、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。。一月月239:46下下午午1月月-2321:46January7,202316、行動(dòng)動(dòng)出成成果，，工作作出財(cái)財(cái)富。。。2023/1/721:46:1921:46:1907January202317、做前，能夠夠環(huán)視四周；；做時(shí)，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點(diǎn)的射線線向前。。9:46:19下午9:46下下午21:46:191月-239、沒有失敗敗，只有暫暫時(shí)停止成成功！。1月-231月-23Saturday,January7,202310、很多事情努努力了未必有有結(jié)果，但是是不努力卻什什么改變也沒沒有。。21:46:2021:46:2021:461/7/20239:46:20PM11、成功就是日日復(fù)一日那一一點(diǎn)點(diǎn)小小努努力的積累。。。1月-2321:46:2021:46Jan-2307-Jan-2312、世間間成事事，不不求其其絕對(duì)對(duì)圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無無限完完美。。。21:46:2021:46:2021:46Saturday,January7,202313、不知香積積寺，數(shù)里里入云峰。。。1月-231月-2321:46:2021:46:20January7,202314、意志志堅(jiān)強(qiáng)強(qiáng)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。。07一一月月20239:46:20下下午21:46:201月-2315、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荊荊門門九九派派通通。。。。。。一月月239:46下下午午1月月-2321:46January7,202316、少年十十五二十十時(shí)，步步