反馈调节器的选择.doc

18过程控制系统应用、设计与整定（第3版）第2篇反馈调节器的选择第4章 线性调节器4.1性能准则产品质量控制误差幅度误差积分（IE）绝对误差积分（IAE）统计性质图4.1在正态分布中，样本总体的99.86%将落在3的一侧4.2扰动设定值变化图4.2过程的设定值响应（a) 迟延过程； (b)积分容积过程负荷扰动图4.3在PI控制下三种过程对周期性干扰的灵敏度4.3 PI和PID调节器微分动作的限制积分饱和图4.4积分动作是由调节器的输出经过时滞I形成正反馈来实现的图4.5间歇单元预置好积分动作，以便当输出低于mh时恢复控制作用图4.6间歇PI调节器对预置负荷设定值是敏感的自动手动切换控制作用之间的相互干扰图4.7无相互干扰的调节器的比例、积分和微分的矢量和图4.8微分和积分运算通常是串行的，结果导致它们之间的相互干扰调节器的最佳整定值图4.9PID调节器用于非自衡过程的负荷调节，其效果要比PI调节器好两倍以上；无相互干扰的比有相互干扰的只稍微有进一步的改善鲁棒性图4.10如果回路增益减小，衰减周期往往会变大，而衰减度却不会增加调节器的调整步骤图4.11开环状态下辨识过程特性副容积的影响图4.12在小区段上，副容积可视作迟延；在大区段上，它对回路增益没有明显作用4.4基于模型的调节器原理图4.13大多数基于模型的调节器都可以简化成这种结构图4.14基于模型的调节器用于迟延过程能提供可能达到的最好的反馈控制，其响应称作无振荡响应图4.15对于迟延占主导的过程，基于模型的调节器优于PID调节器鲁棒性图4.16回路增益为1.0时形成无振荡响应，为1.5时给出1/4幅度衰减，为2.0时产生等幅振荡图4.17当过程的迟延时间等于时间常数时，基于适配模型的调节器的阶跃负荷响应与PID调节器大致相同；加上微分动作后，控制效果会更好些，但稳定性较差4.5断续控制回路采样的动态特性图4.18采样的作用引起一个大于等于半个采样间隔的等效迟延图4.19在过程(a)中，I=d=0.5t; 在过程(b)中，I=d=tPID控制图4.20当迟延小于采样间隔时，比例和积分的适当组合可产生无振荡响应采样调节器图4.21只在采样间隔的部分时间内操作调节器，可改善控制性能4.6数字控制数字控制算法分辨率的限制参考文献1. Shinskey, F. G., “Adaptive pH Controller Monitors Nonlinear Process.” Control Eng., February 1974, pp. 57-60.2. Shinskey, F. G., “Disturbance|Rejection Capabilities of Distillation Control Systems,” Proc. 1985 American Control Conference, Boston, June 19|21, 1985, pp. 1072-1077.3. Morari, M., and J. C. Doyle, “A Unifying Framework for Control System Design,” Chemical Process Control III, Elsevier, New York, 1986, pp. 5-51.4. Smith, O. J. M., “A Controller to Overcome Dead Time,” ISA J., February 1959.5. Badavas, P. C., “Stability Limits and Parameter Sensitivity in Synthesized Digital Controllers,” Control Eng., September 1981, pp. 120-124.6. Gerry, J. P., and P. D. Hansen, “Choosing the Right Controller,” Chem. Eng., May 25, 1987, pp. 65-68.7. Cutler, C. R., and C. R. Johnston, “Comparison of the Quality Criterion for PID and Predictive Controllers,” Proc. 1985 American Control Conference, Boston, June 19-21, 1985, pp. 214-219.8. Ryskamp, C. J., “New Strategy Improves Dual Composition Control,” Hydrocarbon Proc., June 1980.习题4.1在有相互干扰的PID控制下，当调节器的D=1.0min,I=3.0min时，回路出现等幅振荡，周期为12min，应该怎样才能使回路稳定？如果回路以相同的周期出现衰减振荡，又该怎么办？4.2利用开环测试获得一个非自衡过程的迟延时间为30s，且不衰减振荡比例带为20%时自然周期为100s，试问回路的最佳PID整定值应该是多少？4.3一个自衡过程具有相同的时滞和迟延，试选择一种调节器，以便实现最佳设定值响应，并解释你这种选择的理由。4.4一个没有迟延的非自衡过程的时间常数为10min，当采样间隔为1min时，试估算在单位负荷变化下可能达