PID控制器作用形式判定 - 终板PPT课件

PID控制器作用形式判定,2020年6月9日,编制任国正,目录,简单控制系统由控制器、调节阀、被控对象和测量变送装置组成。它们在连接成闭合回路时，可能出现两种情况：正反馈和负反馈。设置控制器正反作用形式的目的是保证控制系统构成负反馈。下图为典型负反馈控制回路结构框图：,一、控制回路概念,一、控制回路概念,被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。,被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，例如：压力、液位等。,负反馈结构框图中概念：反馈：系统（或环节）输出信号直接或经过一些环节重新引回到输入端。负反馈：反馈信号作用方向与设定信号相反，即偏差为两者之差。,操纵变量：受控制器操纵的，用于克服干扰的影响，使被控变量保持在设定值的物料量或能量。,扰动量：除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。,一、控制回路概念,被控对象方向特性：被控对象输入量变化，对象输出量（方向）如何变化。当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于“正作用”，当操纵变量增加时，被控变量降低的对象属于“反作用”。,INOUT正作用INOUT反作用,即，输出与输入同向变化为正作用，逆向变化为反作用。,例如：塔底液位与抽出流量串级控制，操纵变量为抽出流量，被控变量为塔底液位，被控对象塔底属于反作用的对象。,二、控制器作用形式,方框图中设定值对应DCS中的,PV-SV。,SV，,PV，,测量值对应,偏差E=,控制器输出为DCS中的MV。特别注意，E不是绝对值。那么方框图变为：,在实际生产操作中，大家频繁使用的主要是SV、PV与MV。为便于理解：,二、控制器作用形式,EMV正作用EMV反作用,控制器的作用形式定义：控制器的输入为偏差E=PV-SV,输出为MV，当偏差E增大时，控制器的输出亦增大为正作用；反之为反作用。,EMV正作用EMV反作用,控制器的正反作用如下：,1）系统中各环节的正反作用方向在控制系统中，各环节的作用方向（增益符号）是这样规定的：当该环节的输入信号增加时，若输出信号也随之增加，即输出与输入变化方向相同，则该环节为正作用方向；反之，当输入增加时，若输出减小，即输出与输入变化方向相反，则该环节为反作用方向。,三、控制器作用判定,即对象特性。,在控制系统方框图中，每一个环节的正反作用方向都可以用该环节增益的正负来表示。如果作用方向为正，可在该环节的方框上标“+”，表示该环节的增益为正；如作用方向为负，可在该环节的方框上标“-”，表示该环节的增益为负。,为保证使整个系统构成负反馈的闭环系统，系统中实际控制器、执行器、被控对象和测量变送装置四部分的开环增益之积必须为负，即，即（实际控制器）（执行器）（被控对象）（测量变送单元）=（-）,三、控制器作用判定,(1)被控对象正反作用方向的确定被控对象的作用方向，则随具体对象的不同而各不相同。正作用，增益为正，取“+”号；反之，则为负作用，增益为负，取“-”号。例如，抽出阀控回流罐液位时，阀开大，罐液位降低，为负作用。氮气冲压时，阀开大，罐压力升高，为正作用。,(2)执行器正反作用方向的确定对于调节阀，其作用方向取决于是气开阀还是气关阀。当控制器输出信号（即调节阀的输入信号）增加时，气开阀的开度增加，因而通过调节阀的流体流量也增加，故气开阀是正作用，增益为正，取“+”号；当气关阀接收的信号增加时，通过调节阀的流体流量反而减少，所以气关阀是反作用，增益为负，取“-”号。,由于某些实际因素，会采用减法将气关阀强制正作用，但不影响其事故开的特性。,三、控制器作用判定,(3)测量变送单元正反作用方向的确定对于测量变送单元，其增益一般均为正，取“+”。只需要考虑控制器、执行器和被控对象三个环节的作用方向，也就是说使它们三者的开环增益之积为负，即可保证系统为负反馈。,故控制器正反作用选择的判别式也可简化为：,(实际控制器)(执行器)(被控对象)=（-）,为了简捷，通常用A、B、C、D分别表示变送器、控制器、执行器、被控对象。则上式变为：,（B)(C)(D)=（-）,？,2）控制器正反作用的确定,三、控制器作用判定,(1)单回路控制：以常见的泵出口流量为例。,A为+，C取FC故为+，阀开大流量增加故D为+，因为（A+)(B)(C+)(D+)=（-）所以控制器B为，反作用。,答：,请判断图中控制器的作用形式,？,三、控制器作用判定,(2)分程控制：以常见的罐定压控制为例。,此时，显然存在两个执行器C1、C2。A为+，C1取FO故为，阀开泄压，D1为C2取FC故为+，阀开充压，D2为+因为（A+)(B)(C)(D)=（-）所以控制器B为，反作用。,注意，对分程控制要拆开分析，若由于阀门选型导致B不同，可根据实际情况进行取反。,请判断图中控制器的作用形式,答：,三、控制器作用判定,(2)针对执行器取反情况，下面123单元的封油罐顶压控制为例：,分析右图知，A阀、B阀都为FC，故都取+。A为+，开充压阀充压，D1为+开放空阀泄压，D2为因为（A+)(B)(C+)(D)=（-）得出两个结果，B1为，反作用，B2为+，正作用，显然是不对的。,？,请判断图中控制器的作用形式,答：,三、控制器作用判定,查资料得，A/B阀均没有输出反向，可作为FC（风开阀）操作，分程块中关于B阀的输出反向，即PID调节器输出050%时，输出到B阀手动输出块PV-81302B的SV为100%0%；这就相当于反向了，即保证了风开阀操作，又形成负反馈,因此，对B阀来说，C2取反，为。上式变为（A+)(B)(C-)(D-)=（-）得出B2为，与B1相同，则控制器为反作用。,？,三、控制器作用判定,(3)串级控制：以常见的回流罐液位为例。,在分析串级控制时，首先以副回路为个体单独来看。变送器A1为+，执行器C为气开阀，为+，阀门开大流量变大，D1为+，根据（A1+)(B1)(C+)(D1+)=（-），故FIC为，选反作用。再将副回路看成一个对象，方框图如下：,请判断图中控制器的作用形式,答：,三、控制器作用判定,由于副回路是一个单回路，我们要求它的输入SV与输出PV总是同向跟踪，故副回路相当于一个正作用的对象，故为+。此外LT为+，副回路输出变大即流量变大使罐液位下降，故为。根据（A2+)(B2)(C2+)(D2-)=（-），