5常規(guī)過程控制策略

3第5章常規(guī)過程控制戰(zhàn)略?開關(guān)控制的根本任務(wù)原理及特點(diǎn)?PLC控制工業(yè)過程的普通設(shè)計(jì)方法?PID控制的根本任務(wù)原理及特點(diǎn)?改良型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)1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)理器〔DigitalRegulator)工控機(jī)〔IPC〕集散控制系統(tǒng)〔DCS〕從軟件上表達(dá)的是各種過程控制戰(zhàn)略第5章常規(guī)過程控制戰(zhàn)略2過程控制戰(zhàn)略開關(guān)控制PID控制智能控制控制器接受了輸入的偏向信號(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)過程控制戰(zhàn)略35.1開關(guān)控制1.開關(guān)控制根本規(guī)律動(dòng)作規(guī)律為：開關(guān)控制只需兩個(gè)輸出值〔pmax，pmin〕，相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)也只需兩個(gè)極限位置，不是開就是關(guān)。開關(guān)量啟停、切換、聯(lián)鎖……45.1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)構(gòu)造電極、繼電器、電磁閥任務(wù)過程55.1開關(guān)控制2.開關(guān)控制局限性調(diào)理機(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)平安、可靠地任務(wù)。實(shí)踐消費(fèi)中給定值也總是有一定允許偏向的，某些情況下，只需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65.1開關(guān)控制5.1.1PLC簡介開關(guān)量模擬量其他量調(diào)理閥接觸器執(zhí)行安裝75.1開關(guān)控制85.1開關(guān)控制5.1.2PLC在過程控制中的運(yùn)用1.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟1〕功能設(shè)計(jì)2〕構(gòu)造設(shè)計(jì)3〕梯形圖設(shè)計(jì)4〕編程設(shè)計(jì)5〕調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)95.1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泵任務(wù)時(shí)P＜PL，那么啟動(dòng)B泵。當(dāng)A、B泵同時(shí)任務(wù)時(shí)P＞PH，那么封鎖B泵。初次啟動(dòng)時(shí)，A泵啟動(dòng)10s后，B泵才干啟動(dòng)關(guān)斷啟動(dòng)開關(guān)，關(guān)停A泵、B泵。105.1開關(guān)控制2〕構(gòu)造設(shè)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Q0.1115.1開關(guān)控制3〕梯形圖設(shè)計(jì)EX3:PLC用于啤酒發(fā)酵過程的控制125.2PID控制比例作用(Proportional)

積分作用(Integral)

微分作用(Derivative)PID控制本質(zhì)上是一種延續(xù)的負(fù)反響控制，特別適用于過程的動(dòng)態(tài)性能良好而且控制性能要求不太高的情況。135.2PID控制比例控制規(guī)律表達(dá)式：KCΔpe(t)z(t)+_x(t)e(t)ΔpAKc*A1.比例控制規(guī)律及特點(diǎn)一、比例控制控制器的輸出變化量與輸入偏向信號(hào)的大小成比例145.2PID控制根據(jù)呼應(yīng)曲線，能否發(fā)現(xiàn)比例控制器的顯著特點(diǎn)？屬于有差調(diào)理e(t)ΔpAKc*A特點(diǎn)1〔1〕只需偏向e不為零，控制器就會(huì)有輸出。利用偏向?qū)崿F(xiàn)控制〔2〕只能使系統(tǒng)被控量輸出近似跟蹤給定值。產(chǎn)生余差思索155.2PID控制比例增益KC的變化對過渡過程的影響是如何？思索特點(diǎn)2KC大：余差小，穩(wěn)定性差KC?。河嗖畲?，穩(wěn)定性好余差和穩(wěn)定性是一對矛盾

要統(tǒng)籌兼顧165.2PID控制2.比例控制的適用性跟蹤誤差會(huì)隨時(shí)間的增大而增大。適用于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不大，控制要求不高，被控參數(shù)在一定范圍內(nèi)允許有余差的定值控制場所。定值控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)被控量對給定值的有差跟蹤。175.2PID控制KI——積分速度積分p(t)e(t)z(t)+_x(t)二、積分控制1.積分控制規(guī)律及特點(diǎn)積分控制規(guī)律表達(dá)式：TI——積分時(shí)間控制器的輸出變化量與輸入偏向信號(hào)的積分成比例185.2PID控制AKIA微分積分控制器輸出的變化速度與偏向成正比偏向存在，輸出就會(huì)變化，控制機(jī)構(gòu)就要?jiǎng)幼鳎黄蛳?，輸出不再變化，控制機(jī)構(gòu)停頓動(dòng)作。在到達(dá)穩(wěn)定時(shí)，偏向必然等于零。特點(diǎn)1屬于無差調(diào)理可以消除余差195.2PID控制積分控制輸出信號(hào)的大小偏向信號(hào)的大小偏向存在的時(shí)間長短積分控制的輸出取決于哪些要素？思索AKIA特點(diǎn)2控制造用不及時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變差，過渡過程比較緩慢。犧牲了動(dòng)態(tài)質(zhì)量來換取穩(wěn)態(tài)性能的改善205.2PID控制2.比例積分控制規(guī)律及特點(diǎn)比例積分控制比例控制規(guī)律：控制造用快，有余差結(jié)合積分控制規(guī)律：控制造用慢，消除余差〔PI)比例積分控制規(guī)律表達(dá)式：215.2PID控制特點(diǎn)1PI控制結(jié)合P控制的快速反響與I控制的消除穩(wěn)態(tài)誤差。粗調(diào)：偏向出現(xiàn)時(shí)，比例作用迅速反響輸入的變化；細(xì)調(diào)：積分作用使輸出逐漸添加，最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。225.2PID控制積分時(shí)間TI的變化對過渡過程的影響是如何？思索特點(diǎn)2TI大：余差消除慢，穩(wěn)定性好TI?。河嗖钕旆€(wěn)定性差壓力、流量對象等：TI可小一點(diǎn)溫度對象：TI可大一些235.2PID控制PI控制器輸入一個(gè)如下圖幅值為A方波信號(hào)，畫出控制器的輸出的波形。〔KC＝1，Ti＝1min〕e(t)A2431minA03A2A2Ap(t)min1234EX4:PI控制器的輸出計(jì)算245.2PID控制三、微分控制1.微分控制規(guī)律及特點(diǎn)微分控制規(guī)律表達(dá)式：控制器的輸出變化量與輸入偏向信號(hào)的變化速度成比例255.2PID控制tOe△e=AtOpOtptOe△e=At△p=TDA下面兩種輸入情況下，PI控制輸出如何變化？思索特點(diǎn)〔1〕偏向e出現(xiàn)變化的瞬間，產(chǎn)生猛烈調(diào)理作用。超前控制?！?〕偏向存在但不變化時(shí)，控制器輸出為0。對靜態(tài)偏向毫無控制才干。265.2PID控制2.比例微分控制規(guī)律及特點(diǎn)比例微分控制規(guī)律表達(dá)式：AAKDAettptp△e=AKDA通常取1微分放大倍數(shù)，普通是確定數(shù)值。衰減函數(shù)，TD決議衰減快慢理想實(shí)踐275.2PID控制微分控制的輸出取決于哪些要素？思索1)起始跳變幅度，用微分增益KD來衡量，2)衰減時(shí)間長短，用微分時(shí)間TD來衡量。特點(diǎn)1〔1〕偏向輸出跳得越高，或降得越慢，微分作用越強(qiáng)。KD通常固定，TD越大微分作用越強(qiáng)。〔2〕穩(wěn)態(tài)時(shí)微分部分不起作用，PD控制變成P控制。有差調(diào)理285.2PID控制微分時(shí)間TD的變化對過渡過程的影響是如何？思索特點(diǎn)2TD適當(dāng)：提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減少振幅，降低余差TD太大：微分作用過強(qiáng)，輸出猛烈變化，引起振蕩微分作用力圖阻止被控變量的任何變化。295.2PID控制四、比例積分微分控制1.PID控制規(guī)律及特點(diǎn)PID控制規(guī)律表達(dá)式：微分作用比例作用積分作用PID控制造用中，P是根底控制；I用于消除靜差；D用于加快系統(tǒng)控制速度。305.2PID控制ettp隨著時(shí)間的積累，逐漸占據(jù)主導(dǎo)。只需有余差，積分作用不斷添加。干擾作用下，PID調(diào)理時(shí)P、I、D控制規(guī)律如何作用的？思索自始至終與偏向相對應(yīng)，貫穿于整個(gè)控制過程中。初期就有較大控制造用，然后逐漸消逝。比例PP+DP+I積分I微分D315.2PID控制與PI相比，PID多了一個(gè)零點(diǎn)，為動(dòng)態(tài)性能的改善提供了能夠。對P、PI、PD、PID控制規(guī)律下過渡過程進(jìn)展分析與對比？思索特點(diǎn)與PD相比，PID提高了系統(tǒng)的無差度；PID兼顧了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制要求。325.2PID控制2.控制規(guī)律的選擇1〕廣義過程控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容積遲延較大時(shí)，假設(shè)工藝允許有靜差，假設(shè)工藝要求無靜差，2〕廣義過程控制通道時(shí)間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不大、且工藝要求允許有靜差，且工藝要求允許無靜差，3〕廣義過程控制通道時(shí)間常數(shù)很大、且純時(shí)延較大、負(fù)荷變化猛烈時(shí)。P高級(jí)控制規(guī)律DPIPDPID335.2PID控制留意1)根據(jù)對象實(shí)踐情況，選擇適用的控制規(guī)律2)實(shí)踐的PID控制器，對參數(shù)進(jìn)展設(shè)置，變成P、PI、PD控制器3〕要得到良好的控制質(zhì)量，需求進(jìn)展控制器參數(shù)整定345.2PID控制5.2.1模擬式PID調(diào)理器5.2.2數(shù)字式PID調(diào)理器5.2.3改良的PID算法經(jīng)過運(yùn)算放大器電路、電阻和電容實(shí)現(xiàn)。參數(shù)經(jīng)過電位器進(jìn)展調(diào)理和整定。采樣控制：根據(jù)采樣時(shí)辰的偏向值計(jì)算控制量，一系列的采樣時(shí)辰點(diǎn)kT代表延續(xù)時(shí)間t。積分：累加和式；微分：增量或差分；355.3PID參數(shù)的整定確定調(diào)理器的比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD經(jīng)過改動(dòng)調(diào)理器的參數(shù)，使其特性和過程特性相匹配，以改動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)目的，爭取最正確控制效果。控制目的：衰減比n=4:1-10:1一階慣性純滯后過程與KC成反比整定的本質(zhì)365.3PID參數(shù)的整定5.3.1參數(shù)整定原那么那么可根據(jù)τ0/T0的比值來選擇調(diào)理規(guī)律。τ0/T0<0.2，選用P或PI調(diào)理規(guī)律。0.2<τ0/T0<1.0，選用PD或PID調(diào)理規(guī)律。τ0/T0>1.0，PID不能滿足控制要求。375.3PID參數(shù)的整定對數(shù)頻率特性法

根軌跡法實(shí)際計(jì)算整定方法閱歷法

衰減曲線法

臨界比例度法呼應(yīng)曲線法工程整定法需求知道數(shù)學(xué)模型可直接在系統(tǒng)中進(jìn)展現(xiàn)場整定，比較簡單5.3.2參數(shù)整定方法385.3PID參數(shù)的整定1.閱歷整定方法參數(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)參數(shù)〞395.3PID參數(shù)的整定2.臨界比例度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)值由大到小改動(dòng)比例度臨界振蕩過程δKTk運(yùn)用局限性：①臨界比例度很小的過程不適用②工藝上不允許產(chǎn)生等幅振蕩的過程405.3PID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

臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表EX5:用臨界比例度法整定參數(shù)已測得δK=30%，TK=3min。試確定PI作用和PID作用時(shí)控制器的參數(shù)？還不把我記下來？415.4PID調(diào)理器控制規(guī)律的選擇5.4.1根據(jù)過程特性選擇控制規(guī)律要點(diǎn)五種控制規(guī)律的特點(diǎn)五種控制規(guī)律的適用場所單回路控制系統(tǒng)廣義對象425.4.2根據(jù)τ0/T0的比值選擇調(diào)理器的控制規(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，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。5.4PID調(diào)理器控制規(guī)律的選擇正作用反作用輸入添加，輸出添加；輸入減少，輸出減少。輸入添加，輸出較少；輸入減少，輸出添加。2.為什么要選擇正/反作用3.如何確定過控系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用435.4PID調(diào)理器控制規(guī)律的選擇2.為什么要選擇正/反作用保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，要使整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反響。在控制系統(tǒng)中，控制器、被控過程、丈量元件及執(zhí)行器都有各自的作用方向，要使整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)反作用。被控變量偏高，控制造用應(yīng)使之降低。被控變量偏低，控制造用應(yīng)使之添加。445.4PID調(diào)理器控制規(guī)律的選擇3.如何確定過控系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用輸入：支配變量輸出：被控變量由工藝機(jī)理決議輸入：控制信號(hào)輸出：閥門開度由工藝平安條件決議正作用:氣開式反作用:氣關(guān)