DCS基礎(chǔ)學(xué)習(xí)課程課件二一一

第四章

集散控制系統(tǒng)的控制算法主要內(nèi)容:1、PID控制算法2、選擇性控制系統(tǒng)3、前饋控制4、順序控制5、計算機(jī)優(yōu)化控制目的：把理論的控制算法應(yīng)用于實際的DCS工程中去，以實現(xiàn)良好的控制第一節(jié)PID控制算法內(nèi)容提要準(zhǔn)連續(xù)PID控制算法離散PID的算法及其改進(jìn)PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇小結(jié)§4.1PID控制算法一、理想PID控制算法PID控制器是一種線性的控制器，用于輸出量與偏差之間的時間函數(shù)來表示。偏差：1、連續(xù)pid控制算法比例控制器

比例積分控制器

比例積分微分控制器理想PID控制算法控制作用：

比例控制：能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

積分控制：只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。

微分控制：可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。

應(yīng)用PID控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù)KP，積分時間TI和微分時間TD，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。

理想PID控制算法2、離散的PID控制

位置算法比例進(jìn)行采樣：

kce(t)≈kce(k)用求和代替積分：用差分代替微分：所以離散PID控制為：式中Ts為采樣周期，Ti為積分時間；Td的為微分時間。離散的PID控制

上式為了求和，必須將系統(tǒng)的偏差的全部過去值都儲存起來，這種式稱為全量式，非遞推式，這種算法得出的全量U(K)是控制量的絕對值。在控制系統(tǒng)中，這種控制量確定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，是一一對應(yīng)的。缺點是每時刻計算機(jī)都要重復(fù)計算閥位的位置，必須把偏差的全部過去數(shù)據(jù)都積累起來，容易產(chǎn)生積分飽和離散的PID控制增量算法在位置算法中控制器在第K次與第k-1次采樣的輸出分別為：（1）（2）(1)-(2)式得設(shè)

設(shè)為了簡化設(shè)：上式只表示出各次偏差量對控制作用的影響，已看不出P、I、D作用的直接關(guān)系了，只存儲三個偏差采樣值足夠e(k)e(k-1)e(k-2)離散的PID控制速度算法它是增量算法除以采樣周期，是增量算法的變形，沒有累加和項，不會出現(xiàn)積分飽和，避免了大的超調(diào)和震蕩

三種算法的選擇：一是要考慮執(zhí)行器的形式，另一方面要分析應(yīng)用時的方便性1、從執(zhí)行器看：位置算法的輸出除用數(shù)字式控制閥可直接連接外，一般須經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為模擬量，還要有保持電路。而增量算法可通過步進(jìn)電機(jī)等累積機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為模擬量。速度算法的輸出采用積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2、從應(yīng)用方面看：增量和速度手自動切換較方便；不產(chǎn)生積分飽和。位置算法正好相反。離散PI嘩D控制被算法詳?shù)膬?yōu)泡缺點優(yōu)點捎：離冠散PI畫D的P、著I、扇D三個亦作用躺是獨陜立的慈，可槳以分端別整臨定，瓣計算球機(jī)實獸施時進(jìn)，等華效的Ti期T耕d可以里在更晌大范綿圍內(nèi)汽自由漏選擇擊；積長分微昆分作右用的異某些淋改進(jìn)店更為榨靈活小多變途。缺點據(jù)：如洞果采崇用等智效的PI吹D參數(shù)毛，離稠散PI捎D控制吉往往察差于佩連續(xù)稠的控箏制，今滯后倍1/員2Ts采樣港周期畜選擇鴿：◆根據(jù)谷香農(nóng)苗采樣枕定理宿，系震統(tǒng)采泉樣頻貌率為郊：fs≥2fma飯x（ｆma損x被采絮樣信永號的者最高品）滿足自這一享定理檢，采逆樣信戴號方筋可恢蟲復(fù)或毒近似副地恢復(fù)為肌原模悠擬信磚號，快而不蘋丟失誘主要描信息掠。在移這個徐限制橡范圍避內(nèi)，淺采樣拒周期主越小淹，采北樣-割數(shù)據(jù)蘭控制挑系統(tǒng)馬的性景能越黨接近絹于連滑續(xù)-扣時間偶控制撿系統(tǒng)。三、胖控制東度和晨采樣瘡周期控制唉度和找采樣哭周期◆從執(zhí)第行機(jī)級構(gòu)的留特性陰要求草來看抹，有管時需拿要輸諷出信踏號保鎖持一職定的漿寬度棍，采心樣周逆期必葬須大繩于這呆一時薪間◆從控備制系交統(tǒng)的貌隨動號和抗葵干擾璃的性霧能來金看，愿要求方采樣塞周期鋤短些◆從微監(jiān)機(jī)的話工作鏟量和浮每個毅調(diào)節(jié)新回路貢的計顆算來巷看，完一般偶要求漏采樣攀周期穴大些◆從計逃算機(jī)求的精懼度看師，過旬短的漏采樣垃周期述是不總合適薄的控制抽度和敬采樣男周期◆實際拔選擇明采樣除周期利時，番必須高綜合亮考慮—采用葡周期照要比端對象箱的時嚴(yán)間常鞭數(shù)小誼得多鳥，否仔則采害樣信街號無染法反惹映瞬亞變過并程—采用戰(zhàn)周期危應(yīng)遠(yuǎn)園小于負(fù)對象抗的擾艦動信板號的橋周期—考慮睜執(zhí)行弄器的續(xù)響應(yīng)撤速度—當(dāng)系貝統(tǒng)純恩滯后襖占主堡導(dǎo)地卷位時烤，應(yīng)應(yīng)按純?nèi)魷筝x大小獎選取垃，并翅盡可振能使慢純滯鋸后時童間接路近或笛等于木采用真周期屢的整路數(shù)倍—考慮犧對象掘所要突求的棵控制告質(zhì)量拳，精臂度越啄高，習(xí)采樣懸周期痰越短娘，以錘減小夜系統(tǒng)蝴的純粉滯后控制冷度和儉采樣衛(wèi)周期◆常見階被控虛量的椅經(jīng)驗具采樣叔周期被測參數(shù)采樣周期說明流量1—5優(yōu)先選用1—2s壓力3—10優(yōu)先選用6—8s液位6—8優(yōu)先選用7s溫度15—20或純滯后時間，串級系統(tǒng)：副環(huán)T=1/4—1/5T主環(huán)成分15—20優(yōu)先選用18s2、選擇鍬控制件度?？刂坡牰?，爹就是殖以連涼續(xù)-晌時間PI爽D控制緞器為餓基準(zhǔn)匹，將亞數(shù)字PI腰D控制峽效果虹通與捕之相驗比較課，常嗓采用昂誤差息平方骨積分役作為云控制梨效果兩的評授價函聯(lián)數(shù)?？刂瓶炊认?采樣禮周期TS的長傲短會呀影響響采樣-數(shù)據(jù)硬控制赴系統(tǒng)的品波質(zhì)，柿同樣棕是最膛佳整睛定，左采樣-數(shù)據(jù)看控制光系統(tǒng)德的控啄制品盲質(zhì)要門低于拴連續(xù)-時間展控制撤系統(tǒng)羊。因類而，控制后度總是膀大于1的，店而且春控制見度越巷大，普相應(yīng)模的采倚樣-數(shù)據(jù)屯控制揉系統(tǒng)撫的品畜質(zhì)越失差。滅控制門度的演選擇喊要從春所設(shè)嗚計的頑系統(tǒng)再的控把制品配質(zhì)要澆求出魔發(fā)控制撲度和團(tuán)采樣乏周期四、PI發(fā)D調(diào)節(jié)玩器參唱數(shù)整定PI姐D控制賀器的展參數(shù)鴨整定角是控屋制系避統(tǒng)設(shè)趴計的叮核心蛛內(nèi)容律。它謹(jǐn)是根練據(jù)被全控過碰程的嗓特性泡確定PI舊D控制梅器的頂比例糟系數(shù)處、積誘分時敞間和賠微分仔時間窄的大緞小。PI冶D控制軟器參刻數(shù)整互定的緩方法氣：一是幻玉理論卸計算亞整定早法。粥它主選要是陜依據(jù)中系統(tǒng)命的數(shù)杯學(xué)模舞型，腳經(jīng)過店理論歸計算倆確定槐控制代器參酬數(shù)。二是岔工程短整定恒方法典。它脅主要常依賴亂工程福經(jīng)驗栽，直腳接在毛控制炕系統(tǒng)隨的試汗驗中虎進(jìn)行幅，且煌方法蘆簡單腥、易熔于掌恒握，支在工翻程實悉際中兵被廣站泛采港用。PI傭D調(diào)節(jié)海器參豬數(shù)整鵝定PI裂D整定世的理剝論方暮法通過杏調(diào)整PI振D的三洞個參設(shè)數(shù)Kc、TI、TD，將祖系統(tǒng)怒的閉廣環(huán)特炊征根醉分布肅在s域的汗左半術(shù)平面擊的某婚一特時定域暖內(nèi)，天以保弄證系毀統(tǒng)具蛙有足姻夠的豈穩(wěn)定罵裕度康并滿駱足給碧定的撿性能霉指標(biāo)只有宴被控攤對象環(huán)的數(shù)次學(xué)模巷型足史夠精虎確時薄，才旱能把催特征閣根精工確地掌配置醫(yī)在期按望的墓位置府上，調(diào)而大射多數(shù)書實際竿系統(tǒng)所一般文無法圖得到倘系統(tǒng)捉的精斧確模握型，瞇因此掌理論府設(shè)計眾的極骨點配物置往禁往與旗實際輛系統(tǒng)揮不能禾精確闖匹配PI獲D調(diào)節(jié)奧器參另數(shù)整月定ＰＩ初Ｄ調(diào)駛節(jié)參鑼數(shù)工絮程整床定試湊哥法確綠定PI歷D◆通過瞧模擬性或閉誰環(huán)運(yùn)普行觀淚察系臟統(tǒng)的精響應(yīng)垮曲線移，然留后根響據(jù)各租環(huán)節(jié)許參數(shù)經(jīng)對系盆統(tǒng)響羞應(yīng)的冠大致田影響丑，反凡復(fù)湊逮試參檔數(shù)，嘴以達(dá)宅到滿繡意的翅響應(yīng)欣，從伴而確倉定PI著D參數(shù)◆Kp增大割，系輝統(tǒng)響露應(yīng)加草快，邁靜差州減小澡，但緒系統(tǒng)滑振蕩必增強(qiáng)筆，穩(wěn)偏定性念下降擠；Ti增大判，系臭統(tǒng)超稻調(diào)減奔小，朗振蕩秘減弱級，但愛系統(tǒng)帽靜差異的消罪除也婚隨之諷減慢錦；Td增大唐，調(diào)節(jié)兩時間曉減小半，快愧速性籌增強(qiáng)商，系統(tǒng)如振蕩私減弱梁，穩(wěn)忙定性苦增強(qiáng)豈，但役系統(tǒng)烈對擾直動的廚抑制畢能力凱減弱PI段D調(diào)節(jié)姻器參渴數(shù)整改定在湊澇試時徑，可起參考槳以上擊參數(shù)娃分析漫控制趨過程喊的影懇響趨裁勢，件對參世數(shù)進(jìn)呢行先比態(tài)例，欣后積倘分，繳再微戲分的整渡定步給驟，杯步驟盲如下數(shù)：（1獅）整蹄定比歷例控遺制預(yù)選侍擇一蒙個足飽夠短伴的采燦樣周往期TS。一般渾說TS應(yīng)小呆于受息控對胳象純辰延遲域時間健的十陳分之搞一。懷用選津定的TS使系欣統(tǒng)工賄作。這時配去掉謹(jǐn)積分檔和微抗分作歌用，百將控飯制選川擇為幸純比儲例控導(dǎo)制器漏，構(gòu)卵成閉吐環(huán)運(yùn)價行。躬逐漸譯加大順比例挑放大初系數(shù)KP，即將姿比例票控制蟲作用奴由小較變到揀大，扒觀察困各次鄉(xiāng)豐響應(yīng)熄，直究至得繼到反膽應(yīng)快觀、超絮調(diào)小溝的響篩應(yīng)曲燦線，崇即系棍統(tǒng)對撞輸入?yún)驳碾A奔躍信痕號的詢響應(yīng)爛出現(xiàn)嶄臨界嶺振蕩絹（穩(wěn)腦定邊橋緣）PI陳D調(diào)節(jié)躬器參溪數(shù)整嗽定如果宰僅調(diào)罰節(jié)比絕例調(diào)露節(jié)器止參數(shù)欄，系西統(tǒng)的喊靜差猴還達(dá)溫不到驅(qū)設(shè)計蝕要求兔時，船則需攤加入大積分醉環(huán)節(jié)整定咸積分另環(huán)節(jié)若在尿比例填控制寇下穩(wěn)楚態(tài)誤簡差不信能滿襖足要蓋求，旺需加羽入積燦分控忽制。今先將轎步驟感（1枕）中將選擇旺的比憶例系鏈數(shù)減逃小為悉原來徒的5撕0～只80融％，情再將碼積分解時間鑄置一懷個較司大值罷，觀傾測響僻應(yīng)曲燦線。楚然后丑減小矮積分翻時間綁，加易大積訓(xùn)分作鋸用，飛并相檢應(yīng)調(diào)姻整比泛例系從數(shù)，鼓反復(fù)華試湊殘至得扒到較逗滿意嬌的響損應(yīng)，杠確定鎖比例落和積境分的惕參數(shù)紅。PI長D調(diào)節(jié)胃器參震數(shù)整繭定若使革用比塔例積廉分器假，能悲消除模靜差纖，但哈動態(tài)術(shù)過程剛經(jīng)復(fù)稼調(diào)整伴后仍叢達(dá)不用到要野求，幅這時德可加呈入微譯分環(huán)元節(jié)（3稱）整潮定微停分環(huán)芹節(jié)若經(jīng)膏過步呈驟（感2）筋，PI控制裹只能贈消除諷穩(wěn)態(tài)魂誤差灑，而坊動態(tài)予過程丹不能小令人毅滿意肢，則監(jiān)應(yīng)加彼入微走分控務(wù)制，剛構(gòu)成PI由D控制騾。先先置弓微分強(qiáng)時間TD=0勸，逐漸貼加大TD，同時凳相應(yīng)堆地改框變比緣瑞例系隆數(shù)和震積分碗時間袖，反續(xù)復(fù)試蹄湊至患獲得捆滿意混的控弟制效忠果和PI今D控制咸參數(shù)女。PI煤D調(diào)節(jié)定器參王數(shù)整披定◆常見黑被控滑量的PI孤D參數(shù)冤經(jīng)驗職選擇傭范圍PI甚D調(diào)節(jié)柔器參淡數(shù)整辭定實驗腐經(jīng)驗避法確翼定PI詳D調(diào)節(jié)沸參數(shù)◆方法1:擴(kuò)充權(quán)臨界賊比例妻法－惑對模牛擬調(diào)務(wù)節(jié)器零中使山用的言臨界誓比例茶度法陜的擴(kuò)賞充和咳推廣－依整定跟數(shù)字蜓控制居器參浸數(shù)的巨步驟盜：①選擇躲短的池采樣必頻率餓：一伍般選扶擇被箏控對磁象純清滯后幕時間選的十缸分之晨一②去掉絞積分知與微纖分作勢用，川逐漸儀較小杜比例揚(yáng)度δ倉(δ凡=瀉1/微kr），江直到獻(xiàn)系統(tǒng)斑發(fā)生臣持續(xù)技等幅仔振蕩只。紀(jì)輸錄發(fā)廈生振載蕩的鵝臨界涌比例退度和廢周期δr及TrPI繭D調(diào)節(jié)磨器參湊數(shù)整監(jiān)定③選擇島控制顆度控制混度的錄指標(biāo)克含意偶：控鉤制度=1微.0賓5，數(shù)屈字PI延D與模棉擬控昏制效粥果相尾當(dāng)；噸控制深度=2賺.0，數(shù)智字PI綱D比模逝擬調(diào)數(shù)節(jié)器攻的效旬果差PI枯D調(diào)節(jié)河器參悠數(shù)整刃定④根據(jù)鞭選定脈的控碎制度史，查糞表求頂?shù)肨、Kp、TI、TD的值控制度控制規(guī)律TKPTITD1.05PI0.03Tr0.53Kr0.88Tr--PID0.014Tr0.63Kr0.49Tr0.14Tr1.2PI0.05Tr0.49Kr0.91Tr--PID0.043Tr0.47Kr0.47Tr0.16Tr1.5PI0.14Tr0.42Kr0.99Tr--PID0.09Tr0.34Kr0.43Tr0.20Tr2.0PI0.22Tr0.36Kr1.05Tr--PID0.16Tr0.27Kr0.4Tr0.22TrPI繞D調(diào)節(jié)賴器參呈數(shù)整姻定◆方法2:階躍游曲線許法－對何模擬婆調(diào)節(jié)掛器中淹使用水的響席應(yīng)曲靜線法們的擴(kuò)倡充和萍推廣－整被定數(shù)爭字控鑼制器旬參數(shù)秤的步種驟：①數(shù)字吼控制蛛器不宿接入遭控制飄系統(tǒng)瘋，系輸統(tǒng)開胳環(huán)，赤并處步于手問動狀維態(tài)，全再手墨動給森對象冶輸入販階躍栗信號②紀(jì)錄充系統(tǒng)堆對階寸躍信麗號的驚響應(yīng)蒼曲線③根據(jù)臥曲線凝求得轉(zhuǎn)滯后慨時間τ、被恰控對洪象的屯時間能常數(shù)Tm，它志們的粉比值Tm/τ，并晌控制篇度PI千D調(diào)節(jié)敞器參濁數(shù)整客定－在冷響應(yīng)狡曲線脅拐點吵處（土斜率鑄最大圣）處曠作一漏切線籮，求片滯后殿時間τ和被砌控對身象的看時間銅常數(shù)TmPI皆D調(diào)節(jié)冤器參厚數(shù)整箏定④根據(jù)咳選定唉的控問制度直，查傾表求如得T、Kp、TI、TD的值/u限0=永1控制度控制規(guī)律TKPTITD1.05PI0.1τ0.84Tτ/τ0.34τ--PID0.05τ0.15Tτ/τ2.0τ0.45τ1.2PI0.2τ0.78Tτ/τ3.6τ--PID0.16τ1.0Tτ/τ1.9τ0.55τ1.5PI0.5τ0.68Tτ/τ3.9τ--PID0.34τ0.85Tτ/τ1.62τ0.65τ2.0PI0.8τ0.57Tτ/τ4.2τ--PID0.6τ0.6Tτ/τ1.5τ0.82τPI膛D調(diào)節(jié)楚器參閃數(shù)整辨定◆方法3:歸一串參數(shù)姥整定沫法—簡化蕉擴(kuò)充架臨界導(dǎo)比例未法，蛇只需惠整定梁一個嗽參數(shù)啄，因嗓此稱末為歸零一參析數(shù)整噸定法—思想撫：根沖據(jù)經(jīng)羽驗數(shù)百據(jù)，享對多晌變量變、相崗互耦裹合較疫強(qiáng)的械系數(shù)麗，人址為地菠設(shè)定盞“約蜻束條玩件”收，以竊減少濃變量胞的個車數(shù)，佳達(dá)到奪減少場整定蓬參數(shù)穩(wěn)數(shù)目炮，簡選易、緩快速痛調(diào)節(jié)社參數(shù)卡的目浴的—方法角：設(shè)Tk為純抓比例翠作用宏下的美臨界雅振蕩炸周期葬，可叛令T=淘0.夸1倉Tk；TI=0罰.5賠Tk；TD=0龜.1導(dǎo)25義Tk，則：只需難整定Kp，觀哪察效斷果，督直到磨滿意頓為止捧。參數(shù)拳整定扁法：捕參數(shù)乞整定聽找最押佳，熔從小內(nèi)到大胞順序號查先是晉比例籮后積磁分，分最后望再把狀微分散加曲線牽振蕩予很頻和繁，辭比例默度盤疲要放嶺大曲線糾漂浮彈繞大娘灣，幫比例碗度盤金往小病扳曲線蓋偏離特回復(fù)梅慢，緞積分條時間揭往下透降曲線句波動壩周期悶長，岸積分乘時間懷再加辣長曲線返振蕩皇頻率什快，豆先把全微分孩降下堆來動差彼大來擁波動差慢。猜微分德時間逐應(yīng)加債長理想痰曲線的兩個敢波，挨前高水后低4比1一看麥二調(diào)生多分廊析，滲調(diào)節(jié)脂質(zhì)量果不會低積分桌方法予的改燦進(jìn)◆積分確飽和睛：如調(diào)果執(zhí)池行機(jī)沙構(gòu)已雅到極粒限位滲置，晚仍然島不能鞋消除虧偏差雷，由胃于積逆分的憤作用細(xì)，盡給管計校算PI粘D差分腫方程撒式所守得的因運(yùn)算濟(jì)結(jié)果稅繼續(xù)隱增大吳或減稀小，奶但執(zhí)倦行結(jié)戒構(gòu)已聞無相咱應(yīng)的孤動作拖，控倚制信曠號則價進(jìn)入喘深度按飽和莖區(qū)?！粲绊懨猴柡褪┮鹛敵雒{(diào)竹，甚漲至產(chǎn)溉生震詞蕩，倉使系尾統(tǒng)不耗穩(wěn)定狂?！舾倪M(jìn)貿(mào)方法碗：積蔬分分部離法齊、遇口限削角弱積幕分法劍、有捐限偏懼差法苗、◆圓整涂誤差朝法