PID控制及参数整定课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 复杂控制系统,PID控制及参数整定,第六章 复杂控制系统PID控制及参数整定,1,经验法整定PID参数,经验法整定PID参数,2,积分饱和及抗积分饱和措施,什么是积分饱和？,当一个具有积分作用的控制器处于开环工作状态时，如果偏差输入信号一直存在，由于积分作用的存在，控制器的输出不断增加或不断减小，一直达到输出的极限值为止，这种现象称为“,积分饱和,”。,产生积分饱和的三个条件：,一是控制器具有,积分,作用；二是控制器处于,开环,工作状态，其输出没有被送往执行器；三是控制器的输入,偏差信号长期存在,。,积分饱和的后果：,当控制器处于积分饱和状态时，它的输出将达到最大或最小的极限值，该极限值已超出执行器的有效输入信号范围，它在某个时刻重新被选择器选中，取代另一个控制器对系统进行控制时，由于它的输出已到达饱和区，不在执行器的有效输入范围之内，所以它并不能立即发挥作用，使得控制作用不及时。,积分饱和及抗积分饱和措施什么是积分饱和？,3,防止积分饱和的方法：,(1)限幅法,这种方法是通过一些专门的技术措施对积分反馈信号加以限制，从而使控制器输出信号被限制在工作信号范围之内。,(2)积分切除法,这种方法是当控制器处于开环工作状态时，将控制器的积分作用切除掉，这样就不会使控制器输出一直增大到最大值或一直减小到最小值，不会产生积分饱和。,防止积分饱和的方法：,4,复杂控制系统,串级,控制系统,均匀,控制系统,比值,控制系统,前馈,控制系统,复杂控制系统串级控制系统,5,串级控制系统的工程设计,FC,进料,塔底采出,1,2,蒸汽,方案2：控制蒸汽流量恒定,TC,进料,塔底采出,1,2,蒸汽,方案1：控制塔釜温度恒定,单回路控制的局限性,目标：控制塔釜温度稳定,方案1,优点：将所有对温度的干扰都概括在控制回路内。,缺点：当蒸汽压力波动较大时，由于温度对象滞后较大，控制质量不理想。,方案2,优点：能及时克服蒸汽压力的干扰对温度的影响,缺点：不能克服进料流量、物料温度等其他因素对温度的影响。,第六章 复杂控制系统,串级控制系统的工程设计 FC进料塔底采出12蒸汽方案2：控制,6,蒸汽,TC,进料,塔底采出,1,2,FC,方案3：串级控制系统,希望在塔釜温度不变时蒸汽流量能保持设定,值，而当塔釜温度在外来干扰的作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，使塔釜温度保持在设定值上。,第六章 复杂控制系统,蒸汽TC进料塔底采出12FC方案3：串级控制系统,7,流量控,制器TC2,执行器,流量对象,温度T,设定值,干扰f1,精馏塔控制系统方块图,温度对象,温度控,制器TC1,+,+,干扰f2,测量、变送y1,测量、变送y2,F,副控,制器,执行器,副对象,主变量,设定值,主干扰,串级控制系统方块图,主对象,主控,制器,+,+,副干扰,主测量、变送,副测量、变送,副变量,副回路,主回路,常用的名词,主变量,副变量,主对象,副对象,主控制器,副控制器,主回路,副回路,串级控制系统方块图,第六章 复杂控制系统,流量控执行器流量对象温度T设定值干扰f1精馏塔控制系统方块图,8,串级控制系统的工作过程,在串级控制系统中，由于引入一个闭合的副回路，不仅能迅速克服作用于副回路的干扰，而且对作用于主对象上的干扰也能加速克服。,副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。,因此，在串级控制系统中，由于主、副回路相互配合、相互补充，充分发挥了控制作用，大大提高了控制质量。,干扰作用于,副,对象,由于副回路控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入副回路时，可以获得比单回路控制系统超前的控制作用，有效地克服蒸汽压力变化对塔釜温度的影响,干扰作用于,主,对象,由于副回路的存在，可以及时改变副变量的数值，以达到稳定主变量的目的。,第六章 复杂控制系统,串级控制系统的工作过程 在串级控制系统中，由于引入一个,9,串级控制系统的特点及应用范围,(1)从,系统结构,来看，串级控制系统有主、副两个闭合回路；有主、副两个控制器；有分别测量主变量和副变量的两个测量变送器。,在串级控制系统中，,主回路是定值控制系统，而副回路是随动控制系统。,(2)在串级控制系统中，有两主、副两个变量。主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺变量。控制的目的在于使这一变量等于工艺规定的给定值。,(3)从系统特性来看，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象的特性，使控制过程加快，具有超前控制的作用，从而有效地克服滞后，提高了控制质量。,适用范围：,当对象的滞后和时间常数很大，干扰作用强而且频繁、负荷变化大，简单控制系统满足不了控制质量的要求时，可采用串级控制系统。,第六章 复杂控制系统,串级控制系统的特点及应用范围(1)从系统结构来看，串级控,10,串级控制系统主、副回路的选择,主变量的选择,与单回路控制时被控变量的选择原则是一样的，能直接或间接地表征生产过程质量的参数都可以作为控制系统的被控变量。,副变量的选择,副变量的变化应在很大程度上影响主变量的变化,副回路应将生产过程中的主要干扰包围在内,在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰,副变量的选择应考虑到主、副对象时间常数的匹配，以防发生“共振”。,当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。,回路选择,第六章 复杂控制系统,串级控制系统主、副回路的选择主变量的选择副变量的选择回路选择,11,主副控制器控制规律的选择,串级控制系统的目的是为了,高精度地稳定主变量。,主变量是生产工艺的主要控制指标，它直接关系到产品的质量或生产的正常，工艺上对它的要求比较严格。一般来说，主变量不允许有余差。所以，主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无余差控制。,在串级控制系统中，稳定副变量并不是目的,，设置副变量的目的就在于,保证和提高主变量的控制质量。,副变量的给定值是随主控制器输出变化而变化的。所以，在控制过程中，对副变量的要求一般都不很严格，允许它有波动。因此，副控制器一般采用比例控制规律。,第六章 复杂控制系统,稳定主变量,主副控制器控制规律的选择 串级控制系统的目的是为了高精度地稳,12,主副控制器正、反作用的选择,选择副回路控制器的正反作用,与简单控制系统中控制器“正”、“反”作用的选择方式相同，先判断副对象的正反作用，然后根据工艺安全等要求，选定执行器的“正”、“反”作用方式，并按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定副回路控制器的正反作用。,选择主回路控制器的正反作用,确定原则：,当主、副变量在增加(或减小)时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小(或增加)，要求控制阀的动作方向是一致的，主控制器应选“反”作用，反之，则应选“正”作用。,物料进,物料出,冷却器流量温度串级控制系统,第六章 复杂控制系统,主副控制器正、反作用的选择 选择副回路控制器的正反作用 选择,13,主副控制器参数的工程整定,两步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器,(1)在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用的条件下，将主控制器的比例度先固定在100的刻度上，然后逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比(如4：1)过渡过程下的副控制器比例度,2S,和操作周期,2S,。,(2)在副控制器比例度等于,2S,，的条件下，逐步减小主控制器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度,1S,。和操作周期,1S,。,(3)根据上面得到的,1S、,、,1S,、,2S、,、,2S,计算主、副控制器的比例度、积分时间和微分时间。,(4)按“先副后主”、“先比例次积分后微分”的整定方法，将计算出的控制器参数加到控制器上。,(5)观察控制过程，适当调整，直到获得满意的过渡过程。,第六章 复杂控制系统,主副控制器参数的工程整定 两步整定法：先整定副控制器，,14,一步整定法：即根据经验先将副控制器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。,采用一步整定法副控制器参数选择范围,副变量类型,副控制器比例度,2,副控制器比例放大倍数K,P2,温度,2060,5.01.7,压力,3070,3.01.4,流量,4080,2.51.25,液位,2080,5.01.25,一步整定法的整定步骤如下。,(1)在生产正常，系统为纯比例运行的条件下，按照上表所列的数据，将副控制器比例度调到某一适当的数值。,(2)利用简单控制系中任一种参数整定方法整定主控制器的参数。,(3)如果出现“共振”现象，可加大主控制器或减小副控制器的参数整定值，一般即能消除。,第六章 复杂控制系统,一步整定法：即根据经验先将副控制器一次放好，不再变动，,15,前馈控制系统的工程设计,测量、变送,设定值,控制器,执行器,干扰,对象,干扰,对象,测量、变送,执行器,控制器,反馈控制系统,前馈控制系统,反馈控制方案,前馈控制方案,反馈与前馈,第六章 复杂控制系统,前馈控制系统的工程设计 测量、变送设定值控制器执行器干,16,D,1,，,D,n,为可测扰动；,u,，,y,分别为被控对象的操作变量与受控变量。,前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。,前馈思想,全补偿原理,控制目标：,d,(,t,)、,u,(,t,)、,y,(,t,)分别,表示工艺介质流量（外部干扰）、蒸汽流量（控制变量）与工艺介质的出口温度（被控变量）；,G,FF,(,s,),为前馈控制器的动态特性；,G,YD,(,s,),、,G,YC,(,s,),分别为干扰通道与控制通道的的动态特性。,第六章 复杂控制系统,D1，Dn为可测扰动；u，y分别为被控对象的操作变量与,17,前馈控制比反馈控制,及时,，并且不受系统滞后大小的限制。,前馈控制属于,开环,控制,前馈控制规律与对象特性密切相关,一种前馈作用只能克服一种干扰,前馈控制的特点,第六章 复杂控制系统,前馈控制比反馈控制及时，并且不受系统滞后大小的限制。前馈,18,前馈控制的应用场合,干扰幅值大而频繁,，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象。,主要干扰是可测而不可控的变量,。所谓可测，是指干扰量可以用检测变送装置将其在线转化为标准的电信号。所谓不可控，主要是指这些干扰难以通过设置单独的控制系统进行控制，这类干扰在连续生产过程中是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制但生产上不允许控制的变量，例负荷量等。,当,对象的控制通道滞后大,，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈或前馈反馈控制系统，提高控制质量。,第六章 复杂控制系统,前馈控制的应用场合 干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅,19,1.均匀控制系统,均匀控制问题的提出,连续精馏的多塔分离过程,对甲塔来说，塔釜液位是一个重要的工艺参数，必须保持在一定范围之内，为此配备了液位控制系统；,对乙塔来说，从自身平稳操作的要求出发，希望进料量稳定，所以设置了流量控制系统；,这样，甲、乙两塔间的供求关系就出现了矛盾。,为解决这一前后工序供求矛盾，希望设计一种控制系统使液位与流量同时平稳；,同时“均匀”地变化。,第六章 复杂控制系统,其它控制系统,1.均匀控制系统均匀控制问题的提出连续精馏的多塔分离过程,20,1、表征前后供求矛盾的两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的,。,2、前后互相联系又互相矛盾的两个变量应保持在所允许的范围内波动,。,1液位变化曲线 2流量变化曲线,均匀控制的要求,第六章 复杂控制系统,1、表征前后供求矛盾的两个变量在控制过程中都应该是缓慢变化的,21,均匀控制指的是,控制功能,，而不是控制方案。因为就系统的结构来看，有时象简单控制系统，有时象串级控制系统。所以要识别控制方案是否起均匀控制作用，应从,控制的目的,进行确定。,均匀控制的特点,第六章 复杂控制系统,均匀控制的特点第六章 复杂控制系统