中國石油大學(xué)過程控制數(shù)字控制PID算法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 中國石油大學(xué)過程控制數(shù)字控制中國石油大學(xué)過程控制數(shù)字控制PID算法算法 基地式儀表基地式儀表( (壓力控制器）壓力控制器） 第1頁/共37頁 基地式儀表基地式儀表( (壓力控制器）壓力控制器） 第2頁/共37頁 基地式儀表基地式儀表( (溫度控制器）溫度控制器） 第3頁/共37頁 2 2、綜合自動化階段、綜合自動化階段(6070(6070年代中期年代中期) ) （1 1）單元組合儀表和組裝式儀表，計算機(jī)開始被應(yīng)用，出現(xiàn)了）單元組合儀表和組裝式儀表，計算機(jī)開始被應(yīng)用，出現(xiàn)了DDCDDC； （2 2）各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)的出現(xiàn)（如串級控制、前饋）各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)的出現(xiàn)（如串級控制、前饋反

2、饋復(fù)合控制、反饋復(fù)合控制、SmithSmith預(yù)估控制以及比值、均勻、選擇性控制等）；預(yù)估控制以及比值、均勻、選擇性控制等）； （3 3）分析和綜合的理論基礎(chǔ)發(fā)展到了現(xiàn)代控制理論。）分析和綜合的理論基礎(chǔ)發(fā)展到了現(xiàn)代控制理論。 第4頁/共37頁 單元組合儀表單元組合儀表 流量傳感器流量傳感器 流量控制器流量控制器 執(zhí)行器執(zhí)行器 第5頁/共37頁 3 3、全盤自動化階段、全盤自動化階段(70(70年代中期至今年代中期至今) ) （1 1）全盤自動化或管控一體化；）全盤自動化或管控一體化； （2 2）如數(shù)字調(diào)節(jié)器、）如數(shù)字調(diào)節(jié)器、DCSDCS、FCSFCS、PLCPLC （3 3）定值控制）定值控制

3、 最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制；最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制； 單變量單變量 多變量；多變量； 儀表控制儀表控制 計算機(jī)分布式控制；計算機(jī)分布式控制； （4 4）現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，先進(jìn)控制策略的應(yīng)用等；）現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，先進(jìn)控制策略的應(yīng)用等； 第6頁/共37頁 控制層網(wǎng)絡(luò) 管理層網(wǎng)絡(luò) Web服務(wù)器 現(xiàn)場設(shè)備層 操作站 工程師站 Internet 第7頁/共37頁 第8頁/共37頁 Plant Information Network GUS 人機(jī)界面 HM 歷史數(shù)據(jù)服務(wù) PHD 工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) HPM 高性能過程控制器 遠(yuǎn)程 I/O FSC 故障安全控制器 NIM 實(shí)時數(shù)據(jù)服務(wù) Engineer tool

4、s 工廠應(yīng)用平臺 APP/AM 應(yīng)用過程平臺 TPS DCS系統(tǒng)概貌 LCN UCN10UCN1 PIN Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell Honeywell 第9頁/共37頁 ( (集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCSDCS，操作站），操作站） 第10頁/共37頁 ( (集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCSDCS，控制機(jī)柜），控制機(jī)柜） 第11頁/共37頁 中央控制室 現(xiàn)場 顯示 現(xiàn)場調(diào)節(jié) 電纜，可能有幾百米長 中央

5、控制室中進(jìn)行變量顯示、 計算以及操縱閥門 第12頁/共37頁 如何實(shí)現(xiàn)數(shù) 字PID控制？ 第13頁/共37頁 下面來看看各 個組成部 分 第14頁/共37頁 幾乎沒有信 號丟失 連續(xù)信號 發(fā)生了什 么？ 快速采樣 慢速采樣 第15頁/共37頁 連續(xù)信號 發(fā)生了什么 ？失真 慢速采樣 失真：當(dāng)采樣速率與信號的 變化相比太慢會造成失真。 Shannon定理：采樣頻率必須 大于等于信號最高頻率的兩倍。 第16頁/共37頁 保持會改變 動態(tài)嗎 ？ 連續(xù)信號 零階保持后的信號 在執(zhí)行控制期間信號保持為上次采樣的值 第17頁/共37頁 連續(xù)信號 保持后的近似連續(xù)信號 與原始信號有約半個采樣周期的純滯后 第

6、18頁/共37頁 硬件實(shí)現(xiàn) 02N1測量值 軟件實(shí)現(xiàn) 第19頁/共37頁 溫度變送器的量程為50150，輸出為420mA。 假設(shè)采用12位的A/D，當(dāng)采樣值為100000000000b時， 實(shí)際的測量值是多少？ 11 100000000000b22048 轉(zhuǎn)為十進(jìn)制 11 12 11 12 5020 15050(21)0 2 (15050)50100 21 m m Y Y 第20頁/共37頁 什么是噪聲？ 如何去除噪聲？ 數(shù)據(jù)有效性檢查 信號補(bǔ)償 線性化處理 第21頁/共37頁 信號？ 噪聲？ 信號噪聲 噪聲：測量中不可再現(xiàn)的部分稱為噪聲。 很難得到如 此明確地 區(qū)分！ 第22頁/共37頁 模

7、擬濾波電路(RC) 程序判斷濾波 中值濾波 遞推平均濾波 加權(quán)遞推平均濾波 一階滯后濾波 如何實(shí) 現(xiàn) ？ 第23頁/共37頁 ,( )( ) ( )(1) ,( )(1) by ky k if y ky k by ky k 1 1 0 ( )() N N i y ky ki 011 ( )( )(1)(1) N y kC y kC y kCy kN 程序判斷濾 波 中值濾波 遞推平均濾 波 加權(quán)遞推平 均濾波 一階滯后濾 波 連續(xù)三次采樣的中間值作為有效信號 ( )(1)(1) ( ),01y ky ky k 第24頁/共37頁 0 0 1( ) ( )( ) t cd i de t uKe

8、te t dtTu Tdt 微分 比例 積分 數(shù)字PID中對 應(yīng)的各項 應(yīng)為怎樣 呢？ 第25頁/共37頁 0 0 1( ) ( )( ) t cd i de t uKe te t dtTu Tdt 微分 比例 積分 ( )( )( ) ( )( ) m Pc e kr kyk u kK e k 控制器每執(zhí) 行一次 就計算 一次 第26頁/共37頁 0 0 1( ) ( )( ) t cd i de t uKe te t dtTu Tdt 微分 比例 積分 1 ( )( )( ) ( )( ) m k cs i i e kr kyk K T u ke i T I 控制器每執(zhí)行一 次就計算一 次

9、 Ts是控制周期， 一個常量 第27頁/共37頁 ( )( )( ) ( )(1) ( ) m cd s e kr kyk e ke k u kK T T D 0 0 1( ) ( )( ) t cd i de t uKe te t dtTu Tdt 微分 比例 積分 控制器每執(zhí)行一 次就計算一 次 Ts是控制周期， 一個常量 第28頁/共37頁 1 ( )( )( )( )(1) k sd cs i is TT u kKe ke ie ke ku TT 0 0 1( ) ( )( ) t cd i de t uKe te t dtTu Tdt 數(shù)字PID，位置式計算到終端執(zhí)行器的輸出 將三種

10、作用匯集起來 第29頁/共37頁 1 ( )( )( )( )(1) k sd cs i is TT u kKe ke ie ke ku TT 數(shù)字PID，增量式計算到達(dá)終端執(zhí)行器的變化量變化量 ( )( )(1)( )( )2 (1)(2) ( )( )(1) sd c is TT u kKe ke ke ke ke ke k TT u ku ku k 第30頁/共37頁 第31頁/共37頁 1 ( )1( ) cd i u tKT s e t Ts 1 1( ) 1 d c if T s uKe t TsT s 第32頁/共37頁 ( )2( )( )(1)(2)1)( ) sd c is TT e ke ku kKe ke ke k TT e k ( )2( )( )(1)(2)1)( ) sd c is TT y ky ku kKey kke ke k TT ,( ) 0,( ) s i i T e kA TK e kA 微分先行：將控制器的微分部分前移至測量通道中 積分分離 不靈敏區(qū) （1） 被控量可以在一定范圍變化，不必嚴(yán)格在給定值