PID控制器作用形式判定 - 终板ppt课件

1、PIDPID控制器作用形式判定控制器作用形式判定20212021年年1212月月1313日日编制编制 任国正任国正2控制回路概念控制回路概念1 13 3控制器作用判定控制器作用判定2 2控制器作用形式控制器作用形式3 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。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：下图为

2、典型负反馈控制回路结构框图：一、一、控制回路概念控制回路概念4一、一、控制回路概念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。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：负反馈结构框图中概念： 反反 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。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。 负反馈负反馈 ：反馈信号作用方向与设定信号相反，即偏差为

3、两者之差。：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。值的物料量或能量。扰动量扰动量 ：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。：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。5一、一、控制回路概念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。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当操纵变量增加时，被控变量也增加

4、的对象属于“正作用正作用”， 当操纵变量增加时，被控变量降低的对象属于当操纵变量增加时，被控变量降低的对象属于“反作用反作用”。 IN OUT IN OUT 正作用正作用 IN OUT IN OUT 反作用反作用 即，输出与输入同向变化为正作用，逆向变化为反作用。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，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。被控对象塔底属于反作用的对象。 6二、控制器作用形式二、控制器作用形式 方框图中设定值对应方框图中设定值

5、对应DCSDCS中的中的 PV-SVPV-SV。 SVSV， PVPV，测量值对应测量值对应 偏差偏差E=E= 控制器输出为控制器输出为DCSDCS中的中的 MVMV。特别注意，。特别注意，E E不是绝对值。那么方框图变为：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在实际生产操作中，大家频繁使用的主要是SVSV、PV PV 与与 MVMV。为便于理解：。为便于理解：7二、控制器作用形式二、控制器作用形式 E MV E MV 正作用正作用 E MV E MV 反作用反作用 控制器的作用形式定义：控制器的作用形式定义： 控制器的输入为偏差控制器的输入为偏差E=PV-SV,

6、E=PV-SV,输出为输出为MVMV，当偏差，当偏差E E增大时，控制器的输出增大时，控制器的输出亦增大为正作用；反之为反作用。亦增大为正作用；反之为反作用。 E MV E MV 正作用正作用 E MV E MV 反作用反作用 控制器的正反作用如下：控制器的正反作用如下： 81 1）系统中各环节的正反作用方向）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

7、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。反，则该环节为反作用方向。 三、三、控制器作用判定控制器作用判定 即对象特性。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，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为正；如作用方

8、向为负，可在该环节的方框上标“-”-”，表示该环节的增益为负。，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（实际控制器 ）（执行器（执行器 ）（被控对象（被控对象 ）（测量变送单元（测量变送单元 ）= =（- -）9三、三、控制器作用判定控制器作用判定(1) (1) 被控对象正反作用方向的确定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

9、而各不相同。正作用，增益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，取为正，取“+”+”号；反之，则为负作用，增益为负，取号；反之，则为负作用，增益为负，取“-”-”号。例如，抽出阀控号。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。升高，为正作用。(2) (2) 执行器正反作用方向的确定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

10、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，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。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。 10三、三、控制器作用判定控制器

11、作用判定(3) (3) 测量变送单元正反作用方向的确定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。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、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。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：故控制器正反作用选择的判别式也可简化为： ( (实际控制器实际控制器 ) )( (执行器执行器 ) )( (被控对象被控对象 ) )= =（- -） 为了

12、简捷，通常用为了简捷，通常用A A、B B、C C、D D分别表示变送器、控制器、执行器、被控对象。则分别表示变送器、控制器、执行器、被控对象。则上式变为：上式变为： （B B ) )(C(C ) )(D(D ) )= =（- -） 112 2）控制器正反作用的确定）控制器正反作用的确定 三、三、控制器作用判定控制器作用判定(1) (1) 单回路控制：单回路控制： 以常见的泵出口流量为例。以常见的泵出口流量为例。 A为为+，C取取FC故为故为+，阀开大流量增加故，阀开大流量增加故D为为+，因为因为（A A+ +) )( B( B ) )(C(C+)+)(D(D+)+)= =（- -）所以控制器

13、所以控制器B B为为，反作用。，反作用。 答：答：请判断图中控制器的作用形式请判断图中控制器的作用形式12三、三、控制器作用判定控制器作用判定(2) (2) 分程控制：分程控制： 以常见的罐定压控制为例。以常见的罐定压控制为例。 此时，显然存在两个执行器此时，显然存在两个执行器C1、C2。A为为+，C1取取FO故为故为，阀开泄压，阀开泄压，D1为为 C2取取FC故为故为+，阀开充压，阀开充压，D2为为+因为因为（A A+ +) )( B( B ) )(C(C ) )(D(D ) )= =（- -）所以控制器所以控制器B B为为，反作用。，反作用。 注意，对分程控制要拆开分析，若由于阀门选型导致

14、注意，对分程控制要拆开分析，若由于阀门选型导致B B不不同，可根据实际情况进行取反。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请判断图中控制器的作用形式答：答：13三、三、控制器作用判定控制器作用判定(2)(2)针对执行器取反情况，下面针对执行器取反情况，下面123123单元的封油罐单元的封油罐顶压控制为例：顶压控制为例：分析右图知，分析右图知，A阀、阀、B阀都为阀都为FC，故都取，故都取+。A为为+，开充压阀充压，开充压阀充压，D1为为 + 开放空阀泄压，开放空阀泄压，D2为为因为因为（A A+ +) )(B(B ) )(C+(C+) )(D(D ) )= =（- -）得出两个结

15、果，得出两个结果，B1B1为为，反作用，反作用，B2B2为为+ +，正作用，显然是不对的。正作用，显然是不对的。 请判断图中控制器的作用形式请判断图中控制器的作用形式答：答：14三、三、控制器作用判定控制器作用判定 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，对因此，对B阀来说，阀来说，C2取反，为取反，为。上式变为。上式变为（A A+ +) )(B(B ) )(C-(C-) )(D-(D-) )= =

16、（- -）得出得出B2B2为为，与，与B1B1相同，则控制器为反作用。相同，则控制器为反作用。 15三、三、控制器作用判定控制器作用判定(3) (3) 串级控制：串级控制： 以常见的回流罐液位为例。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在分析串级控制时，首先以副回路为个体单独来看。变送器独来看。变送器A1为为+，执行器，执行器C为气开阀，为为气开阀，为+，阀门开大流量变大，阀门开大流量变大，D1为为+，根据，根据（A1A1+ +) )( B1( B1 ) )(C(C+)+)(D1(D1+)+)= =（- -），故），故FICFIC为为，选反作用。，选反作用。 再将副回

17、路看成一个对象，方框图如下：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请判断图中控制器的作用形式答：答：16三、三、控制器作用判定控制器作用判定 由于副回路是一个单回路，我们要求它的输入由于副回路是一个单回路，我们要求它的输入SVSV与输出与输出PVPV总是同向跟踪，故总是同向跟踪，故副回路相当于一个正作用的对象，故为副回路相当于一个正作用的对象，故为+ +。 此外此外LTLT为为+ +，副回路输出变大即流量变大使罐液位下降，故为，副回路输出变大即流量变大使罐液位下降，故为。 根据根据（A2A2+ +) )( B2( B2 ) )(C2(C2+)+)(D2 -(D2 -) )= =（- -），因此），因