自动化仪表与过程控制 第十二讲

1、第十二讲第十二讲 单回路调节系统的设计及控制算法参数整定单回路调节系统的设计及控制算法参数整定 2、如缺少必要的检测手段或检测仪表性/价比难以满足要求时，可选间接参数。 但要求与直接参数单值对应、灵敏度高、可测可控。 例：精馏塔顶温度3、考虑工艺上的合理性问题。二二、控制（操纵）变量（mv）的选择 1、最好选择直接参数，能直接反映工艺上最终控制需要的参数。 例：酸碱中和反应的PH值一一、被控变量（pv）的选择执行器)( sG)(1sG)(2sG检测仪表)( sG)( sGmv干扰fpv 2、操纵变量控制通道的放大系数K0要适当大，时间常数T0要适当小，滞后 尽量小，使控制变量的作用比干扰对被控

2、变量的影响更加灵敏。4、考虑工艺上的合理性，经济性。1、首先控制变量在工艺上应是可调的，对被控变量影响较为显著，工艺上合理。 3、干扰通道的放大系数Kf尽可能小，时间常数Tf尽可能大，干扰作用应靠近调节 阀，使干扰对被控变量的影响尽量小。01)(0000sTeKsGs1)(sTeKsGfsfff干扰干扰fpvmv示例：喷雾式干燥设备生产过程控制方案生产流程工艺要求：已浓缩的乳液由高位槽流下，经过滤器（两个轮换使用，以保证连续操作）去掉凝结块，然后到干燥器。乳液从喷嘴喷出，空气则由鼓风机送至加热器加热（用蒸汽间接加热），热空气经风管至干燥器，乳液中水分即被蒸发，而乳粉则随湿空气一道送出再行分离。

3、干燥后成品质量要求高，含水量不能波动大。 AB高位槽过滤器V1V2V3空气热交换器干燥器喷雾式干燥设备生产过程及调节系统示意图喷雾式干燥设备生产过程及调节系统示意图蒸汽示例：喷雾式干燥设备生产过程控制方案（续）参数选择分析：干燥器出口的气体温度和产品质量有密切关系，要求维持在一定值上，因此就选作被调量。至于调节量，则需先对干扰进行分析。在这里影响出口温度的因素有乳液量的变化、空气流量及蒸汽流量变化等。因此可以选择三种调节参数，组成以下三个调节方案： 方案：取乳液流量为调节参量，来达到调节温度的（目的调节阀1） 方案：取旁通的冷风为调节参量（调节阀2） 方案：取蒸汽为调节参量（调节阀3）0G0G

4、cGcG31f2f3f1f2f3f方案方案方案方案2x1xyy0GcG1f2f3f100T100T3方案方案1x3x2xy示例：喷雾式干燥设备生产过程控制方案（续） 表示干燥器， 为调节器； 为乳液流量或喷雾口热风温度的变化； 为热交换器后热风温度的变化； 为送入热交换器的蒸汽流量的变化。 0GcG1x2x在本例中存在着下列三种干扰： ） 干扰 - 乳液流量的变化； ）干扰 -热交换器散热及温度变化； ）干扰 -蒸汽压力的变化。 1f2f3f3x根据对象动特性对调节质量影响的分析： 方案的干扰作用点与对象的输入重合，因而其控制性能最佳； 方案次之； 方案最差。 因此从控制的品质这方面考虑，应该

5、选择方案，即选择乳液作为调节量。从工艺角度来考虑： 方案并不是最有利的。因为若以乳液流量作为调节参数，则它就不能始终在 最大值上工作，也就限制了该装置的生产能力。另外在乳液管线上装了调节阀 ，容易使浓缩乳液结块，降低产量和质量。因此，综合上述分析比较，选择方案是比较好的。方案选择： 1、P控制： 干扰变化较小，自衡能力强， /T0 较小，工艺允许有误差，控制 质量要求不高的场合。如塔釜液位控制等。三三、控制算法的选择0 4、PID控制：静、动态品质均好。适用于负荷变化大，T0 或 较大，工艺要 求无静差，控制质量要求较高的场合。 3、PI控制：无静差，动态品质较差。适用于负荷变化较稳定， 较小

6、，自衡 能力强，工艺上不允许有静差的场合。 2、PD控制：动态品质好。适用于 T0 、 较大及负载变化较大场合。对于 很小，干扰严重等场合不适宜。00001)(sTeKsGfsfffmv)(sGcf)(tesvpvGc ： P，PI，PD，PID1)(000sTeKsGso广义对象比较示例：111sT)(sGc110sTKf)(tesvpvGc ： P，PI，PD，PIDT1=20S阶跃干扰作用下，选取不同控制算法在)( 1)(ttf)(sGc，将其参数整定到，比较其过滤过程，可以看出PID最佳。如下图示：衰减率9 . 0 003020107 . 06 . 05 . 04 . 03 . 02

7、. 01 . 01 . 0405060708090100110120IPIPIDPDP（秒）被调参数在阶跃干扰作用下，各种调节的过渡过程比较在阶跃干扰作用下，各种调节的过渡过程比较5、一般情况下：T0很大时，取PD时，取P或PI2 . 000T0 . 12 . 000T时，取PI或PID0 . 100T时，往往用简单单回路PID不能达到要求，要考虑采用复杂控制系统。四四、控制算法的参数整定前提下，尽量满足准确性和快速性要求，使 * 最佳调节过程：在阶跃扰动下的系统调节过程中被控变量的过渡过程在具有* 最佳整定：整定后控制系统的过渡过程是一种典型的最佳调节过程。衰减率75. 0min)(0tdt

8、te，其中)11 (1)(sTdsTiPsGc)(sGc)(sGv)(sGc)(sGf)(tesvpv)(sGp在 作用下1、稳定边界法（临界比例度法）(1)、使 ， ， Ti0TdpKc1取较小，将PID调节系统投运。(2)、在闭环调节系统上施加给定阶跃作用( )，观察 过渡过程及衰减率 。(3)、如 ，则增大Kc，重复(2)。0(4)、如 ，即闭环系统处于临界振荡状态，这时0PmKmKc1令，测得临界振荡周期 （临界振荡频率 ）mmT(5)、根据选择的调节算法，按下表计算调节算法参数 ， ， 。PTiTd(6)、将整定参数后 投运，再加给定阶跃作用( )，观察 过渡过程，看 是否为0.75

9、。若是，整定完毕可正式投运。)(sGcsvpvsvpv整定步骤： 调节规律 P（%） Ti Td P PI PID2 Pm2.2 Pm1.7 Pm0.85 Tm0.5 Tm0.13 Tm表表6-2 稳定边界法的调节器整定数据稳定边界法的调节器整定数据说明： (1)、 过小时，不宜使用。因为对于 较大， 较大的系统，此时调节阀易00TmP0T于处于全开或全关状态，对正常工艺生产不利或不允许。如燃油加热的炉子。(2)、工艺上约束条件严格时，等幅振荡影响安全，不适合使用。(3)、对于单容或双容对象，且 很小时，无论 多么大，都不可能达到00TKc临界振荡状态，故无法使用。(3)、投运。对于PI调节器

10、：对于P调节器：(2)、根据选择的控制算法，用以下经验公式求 ， ， 。PTiTd%100TKP3 . 3%1001 . 1iTTKP对于PID调节器：5 . 02%10085. 0TdTTKPi说明：(1)、对于某些工艺生产过程，要求严格，不允许做飞升曲线。(2)、某些工艺生产过程，干扰因素多且频繁，测试飞升曲线较难。(3)、该法原理简单，易于操作，但实验不容易进行。整定步骤：2、反应曲线法（飞升曲线法）(1)、用飞升曲线求对象特性1)(0sTeKsGs(6)、投运。先将P放在较大值上（相对计算值而言），然后投入积分，再投入微分作用。（即Td从0增加到计算值），最后再将P调到计算值。说明：(1)、该法较安全，但费时，有时不易观察。(2)、必须允许给定变化。(3)、如 ，则改变 ，重复(2)。75. 0(4)、直到 ，记下此时的比例度 ，过渡过程振荡周期 。75. 01sT(5)、根据选择的调节算法，按下表计算调节算法参数