化工DCS控制器-控制器參數(shù)整定

課程：化工DCS識用與操作知識點：控制器參數(shù)整定項目八：控制器和控制規(guī)律內(nèi)容提要控制器控制規(guī)律的選擇及參數(shù)整定控制規(guī)律的選擇控制器參數(shù)的工程整定知識點：控制器參數(shù)整定一、控制規(guī)律的選擇目前工業(yè)上常用的控制器主要有三種控制規(guī)律:比例控制規(guī)律P、比例積分控制規(guī)律PI和比例積分微分控制規(guī)律PID。特點適用于比例控制器控制器的輸出與偏差成比例,閥門位置與偏差之間有一一對應關系。當負荷變化時,比例控制器克服干擾能力強,過渡過程時間短。純比例控制器在過渡過程終了時存在余差。

調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)。

比例積分控制器積分作用使控制器輸出與偏差的積分成比例,過渡過程結束時無余差。但使穩(wěn)定性降低。

調(diào)節(jié)通道滯后較小、負荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。

比例積分微分控制器微分作用使控制器的輸出與偏差變化速度成比例。它對克服容量滯后有顯著效果。在比例的基礎上加上微分作用能提高穩(wěn)定性,再加上積分作用可以消除余差。

容量滯后較大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)

表1三種控制器性能比較表1.臨界比例度法

二、控制器參數(shù)的工程整定

按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。即確定最合適的控制器比例度δ、積分時間TI和微分時間TD。方法理論計算的方法和工程整定法。

幾種常用的工程整定法

先通過試驗得到臨界比例度δk和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗總結出來的關系求出控制器各參數(shù)值。圖1臨界振蕩過程控制作用比例度/%積分時間TI/min微分時間TD/min比例比例+積分比例+微分比例+積分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk表2臨界比例度法參數(shù)計算公式表特點

比較簡單方便，容易掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)。對于臨界比例度很小的系統(tǒng)不適用。對于工藝上不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)本方法亦不適用。通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定控制器的參數(shù)值。圖2

4∶1和10∶1衰減振蕩過程控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+積分1.2δs0.5TS比例+積分+微分0.8δs

0.3TS0.1TS控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs′比例+積分1.2δs′2T升比例+積分+微分0.8δs′1.2T升0.4T升表3

4∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計算表表4

10∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計算表2.衰減曲線法

在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，并將比例度預置在較大的數(shù)值上。在達到穩(wěn)定后，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察被控變量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4∶1或10∶1衰減比為止。通過比例度δs

和衰減周期TS,得到控制器的參數(shù)整定值。知識點：控制器參數(shù)整定（1）加的干擾幅值不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求來定，一般為額定值的5％左右，也有例外的情況。（2）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的δS

、TS或δS′和T升值。（3）對于反應快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位控制等，要在記錄曲線上嚴格得到4∶1衰減曲線比較困難。一般以被控變量來回波動兩次達到穩(wěn)定，就可以近似地認為達到4∶1衰減過程了。注意！知識點：控制器參數(shù)整定

根據(jù)經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在一個數(shù)值上，直接在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，運用δ、TI、TD對過渡過程的影響為指導，按照規(guī)定順序，對比例度δ、積分時間TI和微分時間TD逐個整定，直到獲得滿意的過渡過程為止。3.經(jīng)驗湊試法控制變量特點δ/%TI/minTD/min流量對象時間常數(shù)小，參數(shù)有波動，δ要大；TI要短；不用微分40～1000.3～1溫度對象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾候變化遲緩；δ應小；TI要長；一般需加微分20～603～100.5～3壓力對象的容量滯后一般，不算大，一般不加微分30～700.4～3液位對象時間常數(shù)范圍較大。要求不高時，δ可在一定范圍內(nèi)選取，一般不用微分20～80表5各類控制系統(tǒng)中控制器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)表整定的步驟（1）先用純比例作用進行湊試，待過渡過程已基本穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高控制質(zhì)量。關鍵看曲線，調(diào)參數(shù)。知識點：控制器參數(shù)整定圖3三種振蕩曲線比較圖4比例度過大、積分時間過大時兩種曲線比較比例度過小、積分時間過小或微分時間過大，產(chǎn)生的周期性激烈振蕩。如果比例度過大或積分時間過大，過渡過程變化緩慢的情形。（2）先按表5中給出的范圍把TI定下來，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后對δ進行湊試，湊試步驟與前一種方法相同。特點

方法簡單，適用于各種控制系統(tǒng)。特別是外界干擾作用頻繁，記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，采用此法最為合適。此法主要是靠經(jīng)驗，在缺乏實際經(jīng)驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。

對于同一個系統(tǒng)，不同的人采用經(jīng)驗湊試法整定，可能得出不同的參數(shù)值。在一個自動控制系統(tǒng)投運時，控制器的參數(shù)必須整定，才能獲得滿意的控制質(zhì)量。同時，在生產(chǎn)進行的過程中，如果工藝操作條件改變，或負荷有很大變化，被控對象的特性就要改變，因此，控制器的參數(shù)必須重新整定。注意！例題分析整定方法特點使用場合臨界比例度法方法簡單、容易掌握、容易判斷臨界振蕩;產(chǎn)生臨界振蕩時,對生產(chǎn)影響較大廣泛用于一般自動控制系統(tǒng),對不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng),特別是臨界比例度較小的系統(tǒng)不適用經(jīng)驗法方法簡單、方便可靠;實質(zhì)上是“看曲線、調(diào)參數(shù)”,因此取決于現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗;對PID三作用控制器整定時可能花時間較長應用廣泛,特別適用于記錄曲線不規(guī)則,外界干擾很頻繁的系統(tǒng)衰減曲線法對生產(chǎn)的影響較小,可按一定衰減比直接整定;在記錄曲線不規(guī)則的情況下,難于判斷衰減比可用于不允許產(chǎn)生等幅振蕩的對象,對于外界干擾頻繁、記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)不適用

1.試總結歸納一下控制器參數(shù)整定的方法、特點與使用場合。解:工程上常用的整定方法的特點與使用場合列表如下:

2.圖5是鍋爐的壓力和液位控制系統(tǒng)的示意圖,試確定系統(tǒng)中控制閥的氣開、氣關型式及控制器的正反作用。圖5鍋爐控制解：在液位控制系統(tǒng)中,如果從安全角度出發(fā),主要是要保證鍋爐水位不能太低,則控制閥應選擇氣關型,以便當氣源中斷時,能保證繼續(xù)供水,防止鍋爐燒壞。如果要保證蒸汽的質(zhì)量,汽中不能帶液,那么就要選擇氣開閥,以便氣源中斷時,不再供水,以免水位太高。例題分析

本題我們假定是屬于前者的情況，控制閥應選擇氣關型，為“-”方向；當供水流量增加時，液位是升高的，故對象為“+”方向；測