離散PIDPID參數(shù)整定

第八節(jié)離散的PID控制算法一、離散的PID算法：

DDC控制框圖如下所示：

PID算法：積分——數(shù)值積分，微分——差分1、位置式算法特點：必須要知道初始閥位Us，一般需經(jīng)模擬變送后，由采樣通道送入計算機。積分作用相當于當前時刻與以前所有偏差之和－積分飽合?？芍苯优c數(shù)字調(diào)節(jié)閥連接?；蛲ㄟ^D/A轉(zhuǎn)換2、增量算法：3、速度式算法：說明：增量算法利用脈沖發(fā)生器，將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為脈沖，推動步進電機，由步進電機轉(zhuǎn)化為模擬量，不需要知道初始閥位。速度算法需要采用積分式執(zhí)行機構手動、自動切換方便增量，速度算法不會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象每次只需計算增量，計算簡單圖1－45增量式PID算法框圖二、改進PID算法：1、對于積分作用：（1）圓整誤差的問題計算機的精度限制；改進算法：增加累加單元，當Δui(k)出現(xiàn)機器零時，開始把e(k)保存在累加單元中，直到Δui(k)不為零為止（2）積分分離：積分除了消除誤差外，對其他控制指標都是不利的，如圖1-46所示，積分作用引入了相角滯后。（3）梯形積分問題:減小噪聲對Δui(k)的影響︱e(k)︱＞A，取消積分作用︱

e(k)︱≤A，引入積分作用改進算法：積分分離，即在系統(tǒng)偏差較大時，取消積分作用，一旦受控變量接近設定值時，才會產(chǎn)生積分作用：2、微分作用D（1）微分先行：為了避免調(diào)整設定值時，微分作用產(chǎn)生較大的突變，微分先行將微分部分移至測量通道中（2）不完全微分：即用實際的PD環(huán)節(jié)來代替理想的PD環(huán)節(jié)用實際PD環(huán)節(jié)代替理想PD環(huán)節(jié)PI+-

或是理想PID環(huán)節(jié)串聯(lián)一個一階慣性環(huán)節(jié)PI+-U(s)PIDGf(s)E(s)U’(s)圖1-2-14其離散位置式算式：其中：其離散增量式等式其離散速度式等式：其中：其中：（3）輸入濾波：四點中值差分三、控制度與采樣周期的選擇1、離散式PID算法與連續(xù)PID算法相比具有的優(yōu)點：

P、I、D三個參數(shù)相互獨立，可分別整定Kc,Ti,Td可在更大的范圍內(nèi)自由選擇。積分和微分控制作用的改進措施，較之模擬式控制器更為靈活多變2、離散式PID算法與連續(xù)PID算法相比具有的缺點：當采用等效的PID參數(shù)時，離散PID控制的品質(zhì)往往低于連續(xù)控制3、控制度采樣周期：△t越小，則控制度值越小，離散PID的品質(zhì)越好△t的選擇：香農(nóng)定理：采樣周期必須小于工作周期的一半實際上，一般取四、用計算機實現(xiàn)DDC的一些問題

1、輸入：濾波、采樣、運算、輸出必須在一個采樣周期內(nèi)完成

2、信號的量化與線性化模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)化：

y是模擬量，為數(shù)字量，為變送器輸入輸出量程之比為零點壓縮；為量化單位；例：溫度：50～150oc,變送器輸出4～20mA,求溫度為100oc時相應8位二進制代碼

3、輸出:模擬量、脈沖量、數(shù)字量

第九節(jié)控制器參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定的若干原則：1、在廣義對象傳函：

Ko大，則Kc?。籏o小，則Kc大。以保證開環(huán)增益KcKo不變

2、若已知，則取Ti

取，Td取

3、在P，I，D中，P為最基本的控制作用

4、I作用消除誤差，但是響應速度變慢，穩(wěn)定性變差，引入I之后，Kc

應適當減小5、D作用主要用在以溫度或成分為受控變量的系統(tǒng)中，一般取。引入D作用后，Kc可適當增加。6、在含有高頻噪音時，不宜用D作用7、隨動系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為10：1，定值系統(tǒng)中控制品質(zhì)要求衰減比為4：18、近似二階振蕩環(huán)節(jié)，衰減比、超調(diào)量與阻尼比之間有一定的關系。9、對不穩(wěn)定系統(tǒng)，Kc越小則越穩(wěn)定一、經(jīng)驗湊試法：按照人們長期從事過程控制的經(jīng)驗來調(diào)整控制器參數(shù)

流量系統(tǒng)：宜用PI控制，往往需要精確控制

液位系統(tǒng)：宜用純比例，比例度要大

壓力系統(tǒng)：液體壓力，氣體壓力，蒸汽壓力液體壓力：調(diào)節(jié)近似流量調(diào)節(jié)蒸汽壓力：調(diào)節(jié)近似溫度調(diào)節(jié)

溫度系統(tǒng)：存在傳遞滯后和較大的時間常數(shù)，所以引入微分作用

注意:這種按照受控變量類型來選擇控制器參數(shù)的做法，都是對典型的過程特性而言的。系統(tǒng)參數(shù)比例度TiminTdmin溫度20～603～100.5～3流量40～1000.1～1壓力30～700.4～3液位20～80表1－4經(jīng)驗法整定參數(shù)的參考范圍

整定步驟：（1）純比例下調(diào)出4：1衰減振蕩（2）如需消除余差，則適當增加比例度，引入積分作用（3）如需要再加入微分：允許適當減小比例度和積分時間

不同參數(shù)對過渡過程曲線的影響：（1）比例度過小、積分時間過小、微分時間過大所引起的振蕩的區(qū)別

a:積分時間過?。ㄖ芷谳^長）；b:比例度過?。ㄖ芷谳^短）;c:微分時間過大（周期最短）

（2）比例度過大、積分時間過大的區(qū)別

a:比例度過大（曲線波動較劇烈、不規(guī)則地較大地偏離給定值，波浪式起伏）

b:積分時間過大（曲線通過非周期的不正常路徑，慢慢地回復到給定）

整定方法2：（1）參考表1－4來固定積分時間和微分時間（2）反復湊試比例度

二、臨界比例度法：

整定步驟：（1）純比例控制下，自大而小改變比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩（2）記下臨界比例度δK和臨界振蕩周期TK

（3）按表1－6計算控制器參數(shù)采用這種方法注意：（1）工藝上允許受控變量承受等幅振蕩的波動，系統(tǒng)要能夠產(chǎn)生等幅振蕩（2）當時，發(fā)散振蕩，但由于此時閥可能是全開或全關，因此振幅是有限的，與等幅振蕩不好區(qū)分。（3）微分對純滯后不起作用，大純滯后時Td

小些，δ大些（4）此方法可用于離散的PID的參數(shù)整定（參見表1-7）

三、衰減曲線法

整定步驟：（1）純比例控制下，自大而小改變比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩（2）對定值系統(tǒng)，取4：1，測出工作周期Tp，比例度δs

對隨動系統(tǒng)，取10：1，測出上升時間Tr，比例度δs’

（3）按表1－5計算控制器參數(shù)注意事項：所加干擾不能太大，一般為額定值的5％左右，也有例外的情況必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾．否則得不到正確的Tp，δs，Tr對反應快的系統(tǒng)，較難得到4:1衰減振蕩曲線，一般認為曲線來回波動兩次達到穩(wěn)態(tài)值，就近似認為達到4:1衰減振蕩四、反應曲線法：按廣義對象的時間特性來整定參數(shù)

1、操作變量作階躍變化求取廣義對象在階躍作用下的時間響應曲線，根據(jù)曲線確定廣義對象的K0，T，τ。按表1-8計算參數(shù)值響應曲線法→K0，T，τ→δk,Tk→臨界比例度法2、按最小積分指標來確定P，I，D參數(shù)已知對象的K0，T，τ，則對定值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)，利用如下公式：A，B的值參見表1-9和表1-103、離散系統(tǒng)：或按表1-11來整定參數(shù)五、控制系統(tǒng)的投運和維護系統(tǒng)投運是生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制的最后一個環(huán)節(jié)，自動裝置建成或改建完成，或完成全面檢修，都要進行控制系統(tǒng)的投運

1、投運步驟：詳細理解工藝，對投運過程中能出現(xiàn)的問題應有相應的解決措施投運前檢測元件、變送器、控制器、顯示儀表、控制閥必須作全面細致的檢查和校驗，以保證精度及安全可靠各種儀表的接線，導管，隔離液等的檢查控制器的正反作用設定、內(nèi)外給定設定等控制閥能否正確工作、旁路閥及上下游截止閥等聯(lián)動實驗

檢測系統(tǒng)首先投入運行閥門手動遙控，以達到正常工作下的開度檢查控制器的正反作用及設定PID參數(shù)，按無擾動切換的原則將控制器由手動切換到自動。2、系統(tǒng)的維護定期檢查自控設備，特別是閥門、測量變送環(huán)節(jié)，應經(jīng)常檢查調(diào)校，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，避免控制失靈。發(fā)生故障后的檢查處理當檢測系統(tǒng)發(fā)生越限報警信號時當儀表顯示值失常時當控制器輸出失常時第十節(jié)與PID密切相關的幾類系統(tǒng)一、二維PID系統(tǒng)△Ui必須是e的函數(shù)，而△Up則可以是e的函數(shù)，也可以是y(t)的函數(shù)，有三種PID控制系統(tǒng)的構成形式

1、PID形式——跟蹤設定值能力強

2、I?PD形式——克服擾動的能力強

3、二維PID形式：

α，β為待定系數(shù)，0～1之間，α、β合適時，則跟蹤設定值、克服擾動能力都強(1-d)P+I+(1-β)DαP+βDG(s)Uy二、時間比例控制系統(tǒng)一個采樣周期△t內(nèi)開的時間為△t1，關的時間為△t2，△t1/△t2隨著e的變化而變化三、自整定控制器：使PID參數(shù)的整定完全自動進行

1、辨識與控制結(jié)合（見下圖）包括兩個回路：

（1）內(nèi)回路：可變參數(shù)的PID控制器（2）外回路：動態(tài)特性辨識，PID參數(shù)的調(diào)整缺點：需要較多關于被控對象的先驗知識，特別是時間常數(shù)的數(shù)量級，以確定采樣周期或數(shù)字濾波器的時間常數(shù)調(diào)節(jié)器繼電器對象CAT2、極限環(huán)方法

先通過人工控制使系統(tǒng)進入穩(wěn)定工況，然后按下整定按鈕，繼電器控制，得到極限環(huán)，然后根據(jù)極限環(huán)的幅值和振蕩周期計算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)值——只能間歇進行調(diào)節(jié)器對象鎖存波形分析參數(shù)調(diào)節(jié)+-

4、響應曲線法

3、波形識別法

基本思路：當系統(tǒng)受到設定值變化或外界干擾時，對其過渡過程數(shù)據(jù)記錄并進行分析，計算當時的衰減度和工作周期，或其他的一些特征量（如偏差積分值等），并與理想的過渡過程曲線及理想的特征量進行比較，根據(jù)理想與實際的差別對PID參數(shù)進行調(diào)整第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機的結(jié)構和自動控制第三節(jié)活塞式空壓機的管理復習思考題單擊此處輸入你的副標題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內(nèi)所排送的相當?shù)谝患壩鼩鉅顟B(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結(jié)構分為兩大類：往復式與旋轉(zhuǎn)式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當于每日以十小時運作計算，可長達33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過?；?葉)片式空壓機可以365天連續(xù)運轉(zhuǎn)并保證60000小時以上安全運轉(zhuǎn)的空氣壓縮機1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內(nèi)。1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機殼間成為壓縮空間，當轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進、緊湊型、堅實、運行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統(tǒng)：

A

進氣過濾器

B

空氣進氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀90年代末期開發(fā)并問世的高科技壓縮機，由于結(jié)構簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機，已經(jīng)得到壓縮機行業(yè)的關注和公認。被譽為“環(huán)保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設計，使其成為當今世界最節(jié)能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩(wěn)、振動小、工作環(huán)境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機的外形第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）1.不存在假設條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發(fā)生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理2）進排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3）吸氣預熱的影響由于壓縮過程中機件吸熱，所以在吸氣過程中，機件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強對氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴密配合。5）氣體流動慣性的影響當吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設計進氣管長度，不得隨意增減進氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理上述五條原因使實際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實際工作循環(huán)（單級壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙