自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)基本概念被控對象：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機器等。被控變量：被控對象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。操縱變量：受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。擾動量：除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因素。設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。偏差：被控變量的設(shè)定值與實際值之差。閉環(huán)自動控制是指控制器與被控對象之間既有順向控制又有反向聯(lián)系的自動控制。開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器與被控對象之間之有順向控制而沒有反向聯(lián)系的自動控制系統(tǒng)。把系統(tǒng)的輸出信號直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的做法叫反饋。反饋信號的作用方向與設(shè)定信號相反，即偏差信號為兩者之差，這種反饋叫做負(fù)反饋，反之為正反饋。自動控制系統(tǒng)中的方塊圖是由傳遞方塊、信號線、綜合點、分枝點構(gòu)成的表示控制系統(tǒng)組成和作用的圖形。它與工藝管道及控制流程圖是絕然不同的。儀表位號在自動控制系統(tǒng)中，構(gòu)成一個回路的每一個儀表（或元件）都有自己的儀表位號，由字母代號組合和回路編號兩部分組成。第一個字母表示被測變量，后續(xù)字母表示儀表的功能?；芈肪幪栔械谝粋€數(shù)表示工序號，后續(xù)數(shù)字表示順序號。過渡過程是指對于任何一個控制系統(tǒng)，擾動作用是不可避免的客觀存在，系統(tǒng)受到擾動作用后，其平衡狀態(tài)被破壞，被控變量就要發(fā)生波動，在自動控制作用下，經(jīng)過一段時間，使被控變量回復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。把系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個平衡狀態(tài)之間過程。一個典型的衰減振蕩過程曲線，衰減振蕩的品質(zhì)指標(biāo)有以下幾個：最大偏差、衰減比、余差、過渡時間、振蕩周期（或頻率）。最大偏差是指過渡過程中被

控變量偏離設(shè)定值的最大數(shù)值。衰減比是指過渡過程曲線上同方向第一個波的峰值與第二個波的峰值之比。余差是指過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的差值。過渡時間是指控制系統(tǒng)受到擾動作用后,被控變量從原穩(wěn)定狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的最短時間。振蕩周期是指過渡過程同向兩波峰之間的間隔時間，其倒數(shù)為振蕩頻率，在衰減比相同的條件下，周期與過渡時間成正比，一般希望振蕩周期短一些好。、自動控制系統(tǒng)的組成及方塊圖自動控制系統(tǒng)的組成：檢測和變送環(huán)節(jié)、定值器、調(diào)節(jié)器、（含比較機構(gòu)）、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)對象等。倆節(jié)弁瞋執(zhí)存器倆節(jié)弁瞋執(zhí)存器調(diào)節(jié)對繪上圖為簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖結(jié)合圖所示的系統(tǒng)而言,檢測和變送環(huán)節(jié)是熱電偶及溫度變送器;定值器是專門的給定單元（外給定）或調(diào)節(jié)器內(nèi)部的給定環(huán)節(jié)（內(nèi)給定）；調(diào)節(jié)器前面的小圓圈為比較環(huán)節(jié)，通常處于調(diào)節(jié)器的輸入部分；調(diào)節(jié)器就是常見的斷續(xù)式或連續(xù)式的調(diào)節(jié)器;執(zhí)行器是調(diào)節(jié)閥;調(diào)節(jié)介質(zhì)就是控制作用所依賴的，能夠影響參數(shù)變化的介質(zhì)，如煤氣、重油等；調(diào)節(jié)對象窯爐內(nèi)火焰空間；被控參數(shù)就是火焰空間的溫度。另外，自動控制系統(tǒng)中的顯示部分（含錄、打印、報警）在方框中是不作表示的在自動控制系統(tǒng)方框圖中，每個方框代表一個環(huán)節(jié)，其作用如下：測量變送器裝置：包括測量元件和變速器。它們的作用是檢測被控參數(shù)的變化，并將其轉(zhuǎn)換成儀表的統(tǒng)一信號（標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號或者標(biāo)準(zhǔn)電流信號）送到調(diào)節(jié)器和顯示儀表（方框圖中未畫出）作為測量值x.定值器：它把工藝參數(shù)的要求值變成儀表統(tǒng)一信號后送入比較機構(gòu)9調(diào)節(jié)器前面的小圓圈）作為給定值X，它與被l測量值x進(jìn)行比較得出偏差e.0調(diào)節(jié)器：是判斷被調(diào)參數(shù)變化情況并發(fā)出調(diào)節(jié)信號的環(huán)節(jié)，它是自動控制系統(tǒng)的核心與指揮機構(gòu)。執(zhí)行器：是執(zhí)行調(diào)節(jié)器命令，改變調(diào)節(jié)介質(zhì)的強弱，對調(diào)節(jié)對象施加校正作用的裝置，它包括執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)對象：是指被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備和機器。14、 自動控制系統(tǒng)工作過程中的幾個概念（1） 反饋：通過一定的方式，把輸出方面的某個量引回的輸入方面來，以改善某些特性，這個過程就叫反饋。在自動控制系統(tǒng)中采用的一般是負(fù)反饋。這種把反饋信號定為負(fù)值的并與給定值相減的，叫負(fù)反饋.（2） 偏差：比較環(huán)節(jié)的輸出e=x-x稱為偏差信號，是調(diào)節(jié)器工作的主要依據(jù)。通常把0x>x時，e>0稱為正偏差，把xVx,eVO稱為負(fù)偏差。00調(diào)節(jié)器的輸入e值大，輸出信號P值也大者稱為正作用；e值大，輸出信號P值小者稱為反作用。對于氣動薄膜調(diào)節(jié)閥而言，它的開關(guān)形式從結(jié)構(gòu)上可分為氣開式和氣閉式。輸入氣壓信號P值大時，閥們開度增大者，稱為氣閉式；反之，氣開式。15、 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)（1）自動控制系統(tǒng)的過渡過程自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)：當(dāng)一個自動控制系統(tǒng)在給定值保持不變時，并且在不受外界干擾的情況下，相處于一個相平穩(wěn)的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)內(nèi)的各個參數(shù)均保持穩(wěn)定，系統(tǒng)工作平穩(wěn)，理論上把這種系統(tǒng)內(nèi)的參數(shù)不隨時間的改變而改變的狀態(tài)稱為靜態(tài)。系統(tǒng)的動態(tài)：是指當(dāng)系統(tǒng)的給定值發(fā)生變化或者受到外界的干擾后，系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)的參數(shù)均發(fā)生變化，這種系統(tǒng)的參數(shù)隨時間的改變而改變的狀態(tài)稱為動態(tài)。階躍干擾：又稱為階躍擾動。可以由給定值的變化或干擾的出現(xiàn)而引發(fā)。它表示在某一時刻從一個值突然躍變到另一個值的干擾形式。過渡過程：當(dāng)系統(tǒng)受到干擾后，從一個穩(wěn)定狀態(tài)（靜態(tài)）過度到另一個穩(wěn)定狀態(tài)的過程，稱為過度過程。過度過程的形式：發(fā)散振蕩、等幅振蕩、衰減振蕩、非周期過程四大類。（2）自動控制系統(tǒng)過度過程的品質(zhì)指標(biāo)五項：穩(wěn)定度、最大偏差、過度過程時間、振蕩周期（振蕩頻率）、余差動態(tài)品質(zhì)指標(biāo)：穩(wěn)定度、最大偏差、過度過程時間、振蕩周期（振蕩頻率）靜態(tài)品質(zhì)指標(biāo)：余差16、自動控制系統(tǒng)中各主要環(huán)節(jié)的特性（1）調(diào)節(jié)對象特性放大系數(shù)時間常數(shù)滯后時間（2）調(diào)節(jié)器的特性常見的調(diào)節(jié)規(guī)律主要有：比例調(diào)節(jié)（P）、積分調(diào)節(jié)（I）、微分調(diào)節(jié)（D）以及它們之間的組合PI、PD、PID這些都屬于連續(xù)式調(diào)節(jié)，另外還有斷續(xù)式的位式調(diào)節(jié)規(guī)律。簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)：由一個被控對象、一個檢測元件及變送器、一個調(diào)節(jié)器和一個執(zhí)行器所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，有時也稱為單回路控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器的正反作用的目的和步驟。其目的是使調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)器、對象三個環(huán)節(jié)組合起來，能在控制系統(tǒng)中起負(fù)反饋作用。一般步驟，首先由操縱變量對被控變量的影響方向來確定對象的作用方向，然后由工藝安全條件來確定調(diào)節(jié)閥的氣開和氣閉形式，最后由對象、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)器三個環(huán)節(jié)組合后為復(fù)來確定調(diào)節(jié)器的正反作用。被控對象、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)器的正反作用方向的規(guī)定。當(dāng)操縱變量增加時，被控變量也增加的對象屬于正作用，反之為反作用。調(diào)節(jié)閥的作用方向由它的氣開、氣閉形式來確定。氣開閥為正作用，氣閉閥為反方向。4?調(diào)節(jié)器的正反作用的選擇。先做兩條規(guī)定，氣開閥為+A,氣閉閥為-A。調(diào)節(jié)閥開大，被調(diào)參數(shù)上升為+B,下降為-B。A*B=+調(diào)節(jié)器選反作用。A*B=-調(diào)節(jié)器選正作用。調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇比例調(diào)節(jié)依據(jù)偏差的大小來動作，它的輸出與輸入偏差的大小成比例，比例調(diào)節(jié)劑時，有力，但有余差。它用比例度來表示其作用的強弱，比例度愈小，調(diào)節(jié)作用愈強，比例作用太強時，會引起振蕩。積分調(diào)節(jié)依據(jù)偏差是否存在來動作，它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當(dāng)余差消失時，積分作用才會停止，其作用是消除余差，它用積分時間來表示其作用的強弱，T愈小，積分作用愈強，但積分作用太強時，也會引起振蕩。微分調(diào)節(jié)依據(jù)偏差變化速度來動作，它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其效果是阻止被控變量的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用，對滯后大的對象有很好的效果，它用微分時間來表示其作用的強弱，T大作用強，但太大也會引起振蕩。比例調(diào)節(jié)規(guī)律適用于負(fù)荷變化較小，純滯后不太大而工藝要求不高，又允許有余差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于對象調(diào)節(jié)通道時間常數(shù)較小，系統(tǒng)負(fù)荷變化較大（需要消除干擾引起的余差）純滯后不大（時間常數(shù)不是太大）而被調(diào)參數(shù)不允許與給定只有偏差的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律適用于容量滯后較大，純滯后不太大，不允許有余差的對象。自動控制系統(tǒng)的分類（1） 根據(jù)工藝參數(shù)的分類即按照自動控制系統(tǒng)所控制的參數(shù)進(jìn)行分類：溫度、壓力、流量、液位、成分等控制系統(tǒng)。（2） 根據(jù)給定值的分類定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)（3） 根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)（4） 根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度分類簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)常見的復(fù)雜控制系統(tǒng)有串級、比值、均勻、分程、選擇和前饋等控制系統(tǒng)。8．PID參數(shù)如何設(shè)定調(diào)節(jié)PID就是比例微積分調(diào)節(jié),具體你可以參照自動控制課程里有詳細(xì)介紹！正作用與反作用在溫控里就是當(dāng)正作用時是加熱,反作用是制冷控制。PID控制簡介目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時,控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(儀表)已經(jīng)很多,產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用,有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(inteHigentregulator),其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破?PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell的Logix產(chǎn)品系列,它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loopcontrolsystem)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。、閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loopcontrolsystem)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋(NegativeFeedback),若極性相同,則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。、階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入(stepfunction)加到系統(tǒng)上時,系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),—個系統(tǒng)要能正常工作,首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-stateerror)描述,它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性,通常用上升時間來定量描述。、PID控制的原理和特點在工程實際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時,控制理論的其它技術(shù)難以采用時,系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定,這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。比例(P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-stateerror)。積分(I)控制在積分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(SystemwithSteady-stateError)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分(D)控制在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預(yù)測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。（5）、PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用,還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法,它主要依賴工程經(jīng)驗,直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行,且方法簡單、易于掌握,在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù),都需要在實際運行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；⑶在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。PID參數(shù)的設(shè)定：是靠經(jīng)驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設(shè)定值曲線，從而調(diào)整P\I\D的大小。PID控制器參數(shù)的工程整定，各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以下可參照：溫度T:P=20~60%，T=180~600s，D=3-180s壓力P:P=30~70%,T=24~180s,液位L:P=20~80%,T=60~300s,流量L:P=40~100%,T=6~60s。書上的常用口訣：參數(shù)整定找最佳,從小到大順序查先是比例后積分,最后再把微分加曲線振蕩很頻繁,比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣,比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)慢,積分時間往下降曲線波動周期長,積分時間再加長曲線振蕩頻率快,先把微分降下來動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長理想曲線兩個波,前高后低4比1一看二調(diào)多分析,調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低這里介紹一種經(jīng)驗法。這種方法實質(zhì)上是一種試湊法,它是在生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的行之有效的方法,并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應(yīng)用。這種方法的基本程序是先根據(jù)運行經(jīng)驗,確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù),并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行,然后人為地加入階躍擾動（如改變調(diào)節(jié)器的給定值）,觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿意,則根據(jù)各整定參數(shù)對控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗,直到滿意為止。經(jīng)驗法簡單可靠,但需要有一定現(xiàn)場運行經(jīng)驗,整定時易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時，有多個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多,不易得到最佳整定參數(shù)。下面以PID調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗法的整定步驟：⑴讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù)S0=0,實際微分系數(shù)k=0,控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大改變比例系數(shù)S1,讓擾動信號作階躍變化,觀察控制過程,直到獲得滿意的控制過程為止。⑵取比例系數(shù)S1為當(dāng)前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數(shù)S0,同樣讓擾動信號作階躍變化,直至求得滿意的控制過程。(3)積分系數(shù)S0保持不變,改變比例系數(shù)S1,觀察控制過程有無改善,如有改善則繼續(xù)調(diào)整,直到滿意為止。否則,將原比例系數(shù)S1增大一些，再調(diào)整積分系數(shù)S0,力求改善控制過程。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0為止。⑷引入適當(dāng)?shù)膶嶋H微分系數(shù)k和實際微分時間TD,此時可適當(dāng)增大比例系數(shù)S1和積分系數(shù)S0。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復(fù)調(diào)整,直到控制過程滿意為止。注意：仿真系統(tǒng)所采用的PID調(diào)節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè)PID調(diào)節(jié)器有所不同,各個參數(shù)之間相互隔離,互不影響,因而用其觀察調(diào)節(jié)規(guī)律十分方便。PID參數(shù)是根據(jù)控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小慣量如：一個小電機帶一水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制，一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,這些要在現(xiàn)場調(diào)試時進(jìn)行修正的。我提供一種增量式PID供大家參考△U(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)A=Kp(1+T/Ti+Td/T)B=Kp(1+2Td/T)C=KpTd/TT采樣周期Td微分時間Ti積分時間△ 用上面的算法可以構(gòu)造自己的PID算法。U(K)=U(K-1)+△U(K)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)。是由其結(jié)構(gòu)上的特征而得名的，它是由主、副兩個調(diào)節(jié)器串接工作的，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出去操縱調(diào)節(jié)閥，以實現(xiàn)對主變量的定值控制。串級控制系統(tǒng)中主、副調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律。串級控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量，對主變量要求歐較高，一般不允許有余差，所以主調(diào)節(jié)器一般選擇比例積分控制規(guī)律，串級控制系統(tǒng)中對副變量的要求不嚴(yán)，在控制過程中，副變量是不斷跟隨主調(diào)節(jié)器的輸出變化而變化的，所以副調(diào)節(jié)器一般采用比例控制規(guī)律就行了，必要時引入適當(dāng)?shù)姆e分作用，而微分作用一般是不需要的。串級控制系統(tǒng)中主、副調(diào)節(jié)器的正反作用。副調(diào)節(jié)器的作用方向與副對象特性、調(diào)節(jié)閥的氣開、氣閉形式有關(guān)，其選擇方法與簡單控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用的選擇方法相同，是按照使副回路成為一個負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定的。主調(diào)節(jié)器作用方向的選擇可按下述方法進(jìn)行：當(dāng)主、副變量增加（或減小）時，如果要求調(diào)節(jié)閥的動作方向是一致的，則主調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇反作用的，反之，則應(yīng)選擇正作用的。主對象具有正作用特性（副變量增加時，主變量亦增加）時，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選反作用方向，反之，當(dāng)主對象具有反作用特性時主調(diào)節(jié)器應(yīng)選正作用方向。串級控制系統(tǒng)投運方法和步驟。用兩步法投運：先投副環(huán)，后投主環(huán)。1.將副調(diào)節(jié)器內(nèi)外給定置于外給定，自動和手動放在手動，主調(diào)節(jié)器內(nèi)外給定置于內(nèi)給定，自動和手動放在手動，并把正反作用分別放在正確的位置，2.用副調(diào)節(jié)器的手操進(jìn)行遙控。3.當(dāng)主參數(shù)接近給定值，副參數(shù)也較平穩(wěn)后，調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)器的手操撥盤，使副調(diào)節(jié)器的偏差為零，將副調(diào)節(jié)器由手動切到自動，副調(diào)節(jié)器實行外給定定值調(diào)節(jié)。4.調(diào)節(jié)主調(diào)節(jié)給定撥盤，使主調(diào)節(jié)器偏差等于零。5.將主調(diào)節(jié)器切向自動，完成串級控制系統(tǒng)的投運工作。比值控制系統(tǒng)。實現(xiàn)兩個或兩個以上的參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱之比值控制系統(tǒng)，通常為流量比值控制系統(tǒng)，用來保持兩種物料的流量保持一定的比值關(guān)系。選擇性控制系統(tǒng)。又叫取代控制，該系統(tǒng)中，一般有兩個調(diào)節(jié)器，它們的輸出通過一個選擇器后，送往執(zhí)行器，這兩個調(diào)節(jié)器，一個在正常情況下工作，另一個在非正常情況下工作，有兩個調(diào)節(jié)回路，但在任何情況下，總只有一個控制回路在工作，而另一個控制回路處于開環(huán)狀態(tài)，這是，這個回路中的調(diào)節(jié)器的輸出被選擇器切斷，不再送往執(zhí)行器。積分飽和，積分飽和現(xiàn)象發(fā)生在調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)和偏差存在時，對于PID調(diào)節(jié)器來說，當(dāng)偏差持續(xù)存在時，它的輸出會達(dá)到上限或下限。以后即使偏差減小，輸出信號仍然維持為上限或下限值，一直要到偏差改變極性，調(diào)節(jié)器輸出才起變化，這種有由于積分作用而使輸出長期處于上限或下限值的現(xiàn)象，叫做積分飽和。1.是調(diào)節(jié)器的輸出信號不超過工作信號的最高或最低值稱限幅法。2.在開環(huán)情況下，選用調(diào)節(jié)器外部積分反饋法，是之不能形成偏差積分作用，稱外反饋法。3.改變原調(diào)節(jié)器的線路結(jié)構(gòu)，使在開環(huán)情況下暫時切除積分項，只讓比例起作用，稱之為積分切除法。分程控制系統(tǒng)。就是一個調(diào)節(jié)器同時控制兩個或兩個以上的調(diào)節(jié)閥，每一個調(diào)節(jié)閥根據(jù)工藝的要求在調(diào)節(jié)器輸出的一段信號范圍內(nèi)動作。1?改善調(diào)節(jié)品質(zhì)，改善調(diào)節(jié)閥的工作條件。2?滿足開停車時小流量和正常生產(chǎn)時的大流量的要求，使之都能有較好的調(diào)節(jié)質(zhì)量。3?滿足正常生產(chǎn)和事故狀態(tài)下的穩(wěn)定性和安全性。復(fù)雜控制系統(tǒng)通常把具有兩個或兩個以上調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)，稱為復(fù)雜控制系統(tǒng)。串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，采用了兩級調(diào)節(jié)器，這兩級調(diào)節(jié)器串接在一起，分別完成不同的任務(wù)，如下圖所示：從圖中可以看出，執(zhí)行器接受調(diào)節(jié)器II的控制，而調(diào)節(jié)器II的給定則受調(diào)節(jié)器I的控制。調(diào)節(jié)器I稱為主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器II稱為副調(diào)節(jié)器。串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和單回路的簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)有一個顯著區(qū)別，就是它形成兩個閉環(huán)。有副調(diào)節(jié)器和副檢測環(huán)節(jié)形成的閉環(huán)稱為副環(huán)；由主調(diào)節(jié)器和主檢測環(huán)節(jié)形成的閉環(huán)稱為主環(huán)。因為副環(huán)是串聯(lián)在主環(huán)之中，所以這類系統(tǒng)稱為串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)主要是克服作用在副環(huán)以外的干擾，并準(zhǔn)確保持被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定在給定值上；而副調(diào)節(jié)器的任務(wù)則是改善調(diào)節(jié)對象的特性，穩(wěn)定調(diào)節(jié)介質(zhì)的工作狀態(tài)。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：抗干擾能力明顯增強,系統(tǒng)的工作平穩(wěn)，適用范圍更廣泛。特別適用于對一些對控制質(zhì)量要求比較高、難度比較大的場合。比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：這里介紹單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，單閉環(huán)比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖如下所示:檢測變送器I、調(diào)節(jié)器I、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)對象構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。它的給定值是由被控參數(shù)B經(jīng)檢測變速器II、調(diào)節(jié)器II、比值器轉(zhuǎn)換后提供的，所以，被控參數(shù)A隨著被控制參數(shù)B的改變而改變。在這里，只要改變比值器的比值，就可以改變被控參數(shù)A、B的穩(wěn)定比值，并達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。由調(diào)節(jié)器I等組成的閉環(huán)系統(tǒng)，是用來克服對象中發(fā)生的某些擾動，嚴(yán)格保持被控參數(shù)A、B間的比例關(guān)系。為了保證系統(tǒng)的控制質(zhì)量，調(diào)節(jié)器I應(yīng)選擇比例積分型（PI）的調(diào)節(jié)器，而調(diào)節(jié)器II可以選擇比例型（P）的調(diào)節(jié)器。分程調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)是一個調(diào)節(jié)器的輸出帶動一個調(diào)節(jié)閥動作，而分程控制系統(tǒng)的特點是一個調(diào)節(jié)器的輸出同時控制幾個工作范圍不同的調(diào)節(jié)閥。例如一個調(diào)節(jié)閥在20?60Kpa范圍