過程控制系統(tǒng)參數(shù)

1、過程控制系統(tǒng)運行與維護過程控制系統(tǒng)運行與維護四川工程職業(yè)技術學院四川工程職業(yè)技術學院 電氣化教研室電氣化教研室第二章第二章液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng) 2-2 2-2 過程控制系統(tǒng)參數(shù)過程控制系統(tǒng)參數(shù)2-1 2-1 調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律2-2 2-2 比例比例P P控制控制2-3 2-3 積分積分I I控制控制2-4 2-4 微分微分D D控制控制2-5 PID2-5 PID控制控制2-1 調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律1 1、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律、調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律 控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與控制規(guī)律是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號隨時間變化的規(guī)律。在輸入偏差信號隨時間變化的規(guī)律。在單回路定值控制系統(tǒng)中，由于擾動

2、作單回路定值控制系統(tǒng)中，由于擾動作用的存在，會使被控變量對給定值產(chǎn)用的存在，會使被控變量對給定值產(chǎn)生偏差，此偏差數(shù)值上等于被控變量生偏差，此偏差數(shù)值上等于被控變量給定值與測量值之差。即：給定值與測量值之差。即：iXXoe 式中式中ee偏差偏差 X X0 0被控變量的給定值被控變量的給定值 X Xi i被控變量的測量值被控變量的測量值2、偏差、偏差正作用調(diào)節(jié)器正作用調(diào)節(jié)器：e 0e 0， u 0u 0反作用調(diào)節(jié)器反作用調(diào)節(jié)器：e 0e 0， u 0u 0 u- u-調(diào)節(jié)器輸出信號變化量調(diào)節(jié)器輸出信號變化量 調(diào)節(jié)器的輸出信號是相對于調(diào)節(jié)器輸調(diào)節(jié)器的輸出信號是相對于調(diào)節(jié)器輸入信號入信號e e的輸出的

3、變化量的輸出的變化量uu。如果輸入。如果輸入e e與輸出與輸出uu的變化方向相同，則稱調(diào)節(jié)器的變化方向相同，則稱調(diào)節(jié)器為正作用調(diào)節(jié)器；為正作用調(diào)節(jié)器； 如果輸入如果輸入e e與輸出與輸出uu變化方向相反，變化方向相反，則稱調(diào)節(jié)器為反作用調(diào)節(jié)器。則稱調(diào)節(jié)器為反作用調(diào)節(jié)器。U:U:為控制器的輸出為控制器的輸出 e :e :輸入（偏差）輸入（偏差） K KP:P:為比例增益，表示為比例增益，表示比例控制作比例控制作用的強弱程度。用的強弱程度。 2-2 比例比例P控制控制比例控制的輸出與輸入的關系為比例控制的輸出與輸入的關系為uKP eKpAAT0T000eutt比例控制輸入輸出曲線比例控制輸入輸出曲

4、線比例控制最大的比例控制最大的優(yōu)點優(yōu)點： 及時、迅速及時、迅速?？刂破鞯妮敵??？刂破鞯妮敵雠c輸入成正比，只要與輸入成正比，只要有偏差存在，有偏差存在，控制器輸出與偏差成比例地變化控制器輸出與偏差成比例地變化。比例控制的比例控制的缺點缺點： 在負荷變化時在負荷變化時有余差有余差。 通常習慣用比例增益的倒數(shù)即比例通常習慣用比例增益的倒數(shù)即比例度表示控制器的輸入與輸出之間的比度表示控制器的輸入與輸出之間的比例關系以及比例作用的強弱。比例度例關系以及比例作用的強弱。比例度可表示為可表示為=1/K=1/KP P 越大，比例控制作用越弱，越大，比例控制作用越弱，越小，比例控制作用越強。越小，比例控制作用越

5、強。比比例例度度的的影影響響比例度的選擇原則比例度的選擇原則: : 若對象的滯后較若對象的滯后較小，時間常數(shù)較大以小，時間常數(shù)較大以及放大倍數(shù)較小，那及放大倍數(shù)較小，那么可以選擇小的比例么可以選擇小的比例度來提高系統(tǒng)的靈敏度來提高系統(tǒng)的靈敏度，從而使過渡過程度，從而使過渡過程曲線的形狀較好。反曲線的形狀較好。反之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)之，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要選擇大的定性，就要選擇大的比例度來保證穩(wěn)定比例度來保證穩(wěn)定。 AtKdteKuItI01、積分、積分I控制：控制：調(diào)節(jié)器的輸出變化量調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差量的積分成正比。與輸入偏差量的積分成正比。2-3 積分積分I控制控制K KI I：

6、調(diào)節(jié)器的積分速度：調(diào)節(jié)器的積分速度表示積分速度的大小和積分作用的強弱表示積分速度的大小和積分作用的強弱。優(yōu)點：優(yōu)點：積分控制可以積分控制可以消除余差消除余差缺點：缺點：輸出變化滯后于偏差的變輸出變化滯后于偏差的變 化，開始變化小，隨著時間增加，化，開始變化小，隨著時間增加，變化才逐漸增強。變化才逐漸增強。(時間長、有滯后時間長、有滯后)積分控制積分控制2 2、PIPI控制控制 在階躍信號作用下（幅值為在階躍信號作用下（幅值為A)A)ATtKAKATtKuIPPIP)1 (PIPI輸出響應由比例和積分兩部分組成輸出響應由比例和積分兩部分組成 )1e (K0PdteTutI當當 t=Tt=TI I

7、 u= 2Ku= 2KP PA A由此可確定積分常數(shù)由此可確定積分常數(shù)T TI I 。積分時間積分時間T TI I的物理意義的物理意義：在階躍信號在階躍信號作用下，調(diào)節(jié)器輸出變化達到比例輸作用下，調(diào)節(jié)器輸出變化達到比例輸出變化量兩倍時所經(jīng)過的時間。出變化量兩倍時所經(jīng)過的時間。 積分時間越大，積分時間越大，積分作用越小積分作用越小積積分分時時間間的的影影響響左圖表示在同樣比例度下左圖表示在同樣比例度下積分時間對過渡過程的影積分時間對過渡過程的影響。由圖中曲線可以看響。由圖中曲線可以看出，出，TITI過大時積分作用不過大時積分作用不明顯，余差消除地也慢，明顯，余差消除地也慢，從圖中曲線、可以看從圖

8、中曲線、可以看出，出，TITI較小時易于消除余較小時易于消除余差，但系統(tǒng)的振蕩加劇。差，但系統(tǒng)的振蕩加劇。相比之下，曲線就比較相比之下，曲線就比較理想。理想。 1 1、 D控制控制dtdeTuD2-4 微分微分D控制控制微分控制規(guī)律是調(diào)節(jié)器的輸出與微分控制規(guī)律是調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的變化速度成正比。輸入偏差的變化速度成正比。微分時間微分時間微分時間越大，微分時間越大，微分作用越強。微分作用越強。 微分控制微分控制優(yōu)點優(yōu)點：提前控制，有助于穩(wěn)定提前控制，有助于穩(wěn)定缺點缺點：有余差有余差)(dtdeTeKuDP2 2、PDPD控制控制微微分分時時間間的的影影響響PDPD控制優(yōu)點控制優(yōu)點：能：能提

9、高系統(tǒng)的響應速度提高系統(tǒng)的響應速度，同時改善過程，同時改善過程的動態(tài)品質(zhì)，抑制過渡過程的最大動態(tài)偏差，有助于的動態(tài)品質(zhì)，抑制過渡過程的最大動態(tài)偏差，有助于提提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PDPD控制缺點控制缺點： 一般只適應于時間常數(shù)較大或多容過程的調(diào)節(jié)控制，一般只適應于時間常數(shù)較大或多容過程的調(diào)節(jié)控制，而不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過程。其次，而不適用于流量、壓力等一些變化劇烈的過程。其次，當微分作用太強時會導致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容當微分作用太強時會導致系統(tǒng)中的控制閥頻繁開啟，容易造成系統(tǒng)振蕩。易造成系統(tǒng)振蕩。適應場合較少適應場合較少。PDPD控制：控制：比例為主，微分為輔。

10、比例為主，微分為輔。 eKuP比例作用（比例作用（P P） )1(0edtTeKutIP比例積分作用（比例積分作用（PIPI） )(dtdeTeKuDP比例微分作用（比例微分作用（PDPD） )1(0dtdeTedtTeKuDtIP比例積分微分作用（比例積分微分作用（PIDPID）K KP P控制器的比例增益；控制器的比例增益； T TI I控制器的積分時間；控制器的積分時間； T TD D控制器的微分時間控制器的微分時間； 2-5 PID控制控制PIDPID控制控制 優(yōu)點：優(yōu)點：比例控制的比例控制的反應快反應快、積分控制的、積分控制的消除余差消除余差功能和微分控制的功能和微分控制的提前控制提

11、前控制，從，從控制效果看，是比較理想的一種控制規(guī)律?？刂菩Ч?，是比較理想的一種控制規(guī)律。階躍響應特性可以看作是階躍響應特性可以看作是PIPI階躍響應曲線階躍響應曲線PDPD階躍響應曲線的疊加。階躍響應曲線的疊加。 缺點缺點：PIDPID三作用控制器雖然性能效果三作用控制器雖然性能效果比較理想，但并非任何情況下都可采用比較理想，但并非任何情況下都可采用PIDPID三作用控制器。因為三作用控制器。因為PIDPID三作用控制器三作用控制器需要整定比例度、積分時間和微分時間三需要整定比例度、積分時間和微分時間三個變量，而在實際工程上是個變量，而在實際工程上是很難將這三個很難將這三個變量都整定到最佳值

12、。變量都整定到最佳值。PID調(diào)整口訣調(diào)整口訣參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復慢，積分時間往下降曲線偏離回復慢，積分時間往下降曲線波動周期長，積分時間再加長曲線波動周期長，積分時間再加長曲線振蕩頻率快，先把微分降下來曲線振蕩頻率快，先把微分降下來動差大來波動慢，微分時間應加長動差大來波動慢，微分時間應加長理想曲線兩個波，前高后低理想曲線兩個波，前高后低4比比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)

13、質(zhì)量不會低一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低DDZ-DDZ-型控制器型控制器 DDZ-DDZ-型型PIDPID控制器的特點：控制器的特點： 元器件以線性集成電路為主，大大提高了可靠性，降低了功耗；提高了控制器的操作性能；易于控制器功能的擴展;采用安全火花防爆措施，提高了穩(wěn)定性和可靠性。同時，DDZ-型PID控制器中采用的運算放大器是高增益高輸入阻抗的，因此具有較高的積分增益和良好的保持特性。 DDZ-型控制器有兩個基型品種，全刻度指示控制器 偏差指示控制器 PIDPID控制器的組成原理控制器的組成原理 PID控制器組成框圖 IDID控制器的特性分析控制器的特性分析 主要作用主要作用: : 對輸入信

14、號和給定信號進行綜合比較，獲得偏差信號并進行放大，同時實現(xiàn)電平的移動，把以零伏為基準的輸入電壓轉換成以10V參考電壓為基準的輸出電壓信號。)(201siVVVVBIC1R1R6+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FT 輸入電路輸入電路圖中以零伏（地）為基準的測量信號Vi和給定信號VS，反相地加到運算放大器IC1的兩個輸入端，電路的輸出是已經(jīng)進行了電平移動的以VB=10V為基準的電壓信號VO1。同相端：設 為理想運放， ，開環(huán)增益為Ri反相端：2VVVVVVVVVVVIII BO1iF5BBO1F3F1Fi32121310R)(21RR0對于理想運放,VVFTVVVVVVV2VVVVVBSi

15、BiSO1BO1iBS22213131VVVRRRRVVRVVRVI I IBST6336B73TS2T3213100VBIC1R1R6+R2R4R7R3VSViVo1R8R5FTIC1 IDID控制器的特性分析控制器的特性分析 RP1aR1RD斷CDV02KIC21K9.1K通+V01VBVBRP1aV02IC2+VTRDCD1K9.1KV01VB 比例微分電路的作用是對輸入電路的輸出信號VO1進行比例微分運算。電路如圖所示。將PD電路分為無源比例微分網(wǎng)絡圖和比例運算電路圖兩部分單獨進行分析。無源比例微分網(wǎng)絡 比例電路 微分電路構成 充電結束時， 9.1K電阻上的電壓全部加到電容CD上，此時 VCD（）= VO1 并保持該值不變。 比例微分電路的輸出信號VO與VT成簡單的比例放大關系，因為比例系數(shù)為，所以有 VOVO1 PDPD電路電路IDID控制器的特性分析控制器的特性分析 PI電路的作用是對PD電路的輸出信號VO2進行比例積分運算，然后輸出以10V為基準的15V的電壓信號至輸出電路。為便于分析，我們把射極跟隨器等包括在IC3中，則PI電路簡化圖.PI電路 PI電路的等效電路VB24VV02自CI1K1+I C3DWBG12.4KD3.9K軟硬硬軟自K2109.1KR