PID控制及參數(shù)整定課件

第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)PID控制及參數(shù)整定第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)PID控制及參數(shù)整定1經(jīng)驗(yàn)法整定PID參數(shù)

經(jīng)驗(yàn)法整定PID參數(shù)

2積分飽和及抗積分飽和措施什么是積分飽和？當(dāng)一個(gè)具有積分作用的控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，如果偏差輸入信號(hào)一直存在，由于積分作用的存在，控制器的輸出不斷增加或不斷減小，一直達(dá)到輸出的極限值為止，這種現(xiàn)象稱為“積分飽和”。產(chǎn)生積分飽和的三個(gè)條件：一是控制器具有積分作用；二是控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)，其輸出沒有被送往執(zhí)行器；三是控制器的輸入偏差信號(hào)長期存在。積分飽和的后果：當(dāng)控制器處于積分飽和狀態(tài)時(shí)，它的輸出將達(dá)到最大或最小的極限值，該極限值已超出執(zhí)行器的有效輸入信號(hào)范圍，它在某個(gè)時(shí)刻重新被選擇器選中，取代另一個(gè)控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，由于它的輸出已到達(dá)飽和區(qū)，不在執(zhí)行器的有效輸入范圍之內(nèi)，所以它并不能立即發(fā)揮作用，使得控制作用不及時(shí)。積分飽和及抗積分飽和措施什么是積分飽和？3防止積分飽和的方法：(1)限幅法這種方法是通過一些專門的技術(shù)措施對(duì)積分反饋信號(hào)加以限制，從而使控制器輸出信號(hào)被限制在工作信號(hào)范圍之內(nèi)。(2)積分切除法這種方法是當(dāng)控制器處于開環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，將控制器的積分作用切除掉，這樣就不會(huì)使控制器輸出一直增大到最大值或一直減小到最小值，不會(huì)產(chǎn)生積分飽和。防止積分飽和的方法：4復(fù)雜控制系統(tǒng)

串級(jí)控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)

串級(jí)控制系統(tǒng)5串級(jí)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)

FC進(jìn)料塔底采出12蒸汽方案2：控制蒸汽流量恒定TC進(jìn)料塔底采出12蒸汽方案1：控制塔釜溫度恒定單回路控制的局限性目標(biāo)：控制塔釜溫度穩(wěn)定方案1優(yōu)點(diǎn)：將所有對(duì)溫度的干擾都概括在控制回路內(nèi)。缺點(diǎn)：當(dāng)蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，由于溫度對(duì)象滯后較大，控制質(zhì)量不理想。方案2優(yōu)點(diǎn)：能及時(shí)克服蒸汽壓力的干擾對(duì)溫度的影響缺點(diǎn)：不能克服進(jìn)料流量、物料溫度等其他因素對(duì)溫度的影響。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)FC進(jìn)料塔底采出12蒸汽方案2：控制6蒸汽TC進(jìn)料塔底采出12FC方案3：串級(jí)控制系統(tǒng)希望在塔釜溫度不變時(shí)蒸汽流量能保持設(shè)定值，而當(dāng)塔釜溫度在外來干擾的作用下偏離給定值時(shí)，又要求蒸汽流量能作相應(yīng)的變化，使塔釜溫度保持在設(shè)定值上。

第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)蒸汽TC進(jìn)料塔底采出12FC方案3：串級(jí)控制系統(tǒng)7流量控制器TC2執(zhí)行器

流量對(duì)象溫度T設(shè)定值干擾f1精餾塔控制系統(tǒng)方塊圖溫度對(duì)象溫度控制器TC1－+－+干擾f2測量、變送y1測量、變送y2F副控制器執(zhí)行器

副對(duì)象主變量設(shè)定值主干擾串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖主對(duì)象主控制器＋－+＋－+副干擾主測量、變送副測量、變送副變量副回路主回路－－常用的名詞主變量副變量主對(duì)象副對(duì)象主控制器副控制器主回路副回路串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)流量控執(zhí)行器流量對(duì)象溫度T設(shè)定值干擾f1精餾塔控制系統(tǒng)方塊圖8串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入一個(gè)閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對(duì)作用于主對(duì)象上的干擾也能加速克服。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對(duì)于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。

干擾作用于副對(duì)象由于副回路控制通道短，時(shí)間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)入副回路時(shí)，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服蒸汽壓力變化對(duì)塔釜溫度的影響干擾作用于主對(duì)象由于副回路的存在，可以及時(shí)改變副變量的數(shù)值，以達(dá)到穩(wěn)定主變量的目的。

第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入一個(gè)9串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

(1)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，串級(jí)控制系統(tǒng)有主、副兩個(gè)閉合回路；有主、副兩個(gè)控制器；有分別測量主變量和副變量的兩個(gè)測量變送器。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。(2)在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩主、副兩個(gè)變量。主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變量?？刂频哪康脑谟谑惯@一變量等于工藝規(guī)定的給定值。(3)從系統(tǒng)特性來看，串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對(duì)象的特性，使控制過程加快，具有超前控制的作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。適用范圍：當(dāng)對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大，干擾作用強(qiáng)而且頻繁、負(fù)荷變化大，簡單控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時(shí)，可采用串級(jí)控制系統(tǒng)。

第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍(1)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，串級(jí)控10串級(jí)控制系統(tǒng)主、副回路的選擇主變量的選擇與單回路控制時(shí)被控變量的選擇原則是一樣的，能直接或間接地表征生產(chǎn)過程質(zhì)量的參數(shù)都可以作為控制系統(tǒng)的被控變量。副變量的選擇副變量的變化應(yīng)在很大程度上影響主變量的變化副回路應(yīng)將生產(chǎn)過程中的主要干擾包圍在內(nèi)在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防發(fā)生“共振”。當(dāng)對(duì)象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時(shí)，在選擇副變量時(shí)應(yīng)使副環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后。

回路選擇第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)主、副回路的選擇主變量的選擇副變量的選擇回路選擇11主副控制器控制規(guī)律的選擇串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)定主變量。主變量是生產(chǎn)工藝的主要控制指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的正常，工藝上對(duì)它的要求比較嚴(yán)格。一般來說，主變量不允許有余差。所以，主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)主變量的無余差控制。

在串級(jí)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定副變量并不是目的，設(shè)置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。副變量的給定值是隨主控制器輸出變化而變化的。所以，在控制過程中，對(duì)副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許它有波動(dòng)。因此，副控制器一般采用比例控制規(guī)律。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)穩(wěn)定主變量主副控制器控制規(guī)律的選擇串級(jí)控制系統(tǒng)的目的是為了高精度地穩(wěn)12主副控制器正、反作用的選擇選擇副回路控制器的正反作用與簡單控制系統(tǒng)中控制器“正”、“反”作用的選擇方式相同，先判斷副對(duì)象的正反作用，然后根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的“正”、“反”作用方式，并按照使副控制回路成為一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定副回路控制器的正反作用。

選擇主回路控制器的正反作用確定原則：當(dāng)主、副變量在增加(或減小)時(shí)，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小(或增加)，要求控制閥的動(dòng)作方向是一致的，主控制器應(yīng)選“反”作用，反之，則應(yīng)選“正”作用。物料進(jìn)

物料出

冷卻器流量－溫度串級(jí)控制系統(tǒng)

第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)主副控制器正、反作用的選擇選擇副回路控制器的正反作用選擇13主副控制器參數(shù)的工程整定

兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器(1)在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，然后逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比(如4：1)過渡過程下的副控制器比例度δ2S和操作周期Τ2S。(2)在副控制器比例度等于δ2S，的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時(shí)主控制器的比例度δ1S。和操作周期Τ1S。(3)根據(jù)上面得到的δ1S、、Τ1S、δ2S、、Τ2S計(jì)算主、副控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。(4)按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定方法，將計(jì)算出的控制器參數(shù)加到控制器上。(5)觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)主副控制器參數(shù)的工程整定兩步整定法：先整定副控制器，14

一步整定法：即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器一次放好，不再變動(dòng)，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數(shù)。采用一步整定法副控制器參數(shù)選擇范圍副變量類型副控制器比例度δ2％副控制器比例放大倍數(shù)KP2溫度20～605.0～1.7壓力30～703.0～1.4流量40～802.5～1.25液位20～805.0～1.25一步整定法的整定步驟如下。(1)在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行的條件下，按照上表所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值。(2)利用簡單控制系中任一種參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。(3)如果出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，可加大主控制器或減小副控制器的參數(shù)整定值，一般即能消除。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)一步整定法：即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器一次放好，不再變動(dòng)，15

前饋控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)

測量、變送設(shè)定值＋－控制器執(zhí)行器干擾對(duì)象干擾對(duì)象測量、變送執(zhí)行器控制器反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)反饋控制方案前饋控制方案反饋與前饋第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)測量、變送設(shè)定值＋－控制器執(zhí)行器干16D1，……，Dn為可測擾動(dòng)；u，y分別為被控對(duì)象的操作變量與受控變量。前饋思想：在擾動(dòng)還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動(dòng)的影響。前饋思想全補(bǔ)償原理控制目標(biāo)：d

(t)、u

(t)、y

(t)分別表示工藝介質(zhì)流量（外部干擾）、蒸汽流量（控制變量）與工藝介質(zhì)的出口溫度（被控變量）；GFF(s)為前饋控制器的動(dòng)態(tài)特性；GYD(s)、GYC(s)分別為干擾通道與控制通道的的動(dòng)態(tài)特性。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)D1，……，Dn為可測擾動(dòng)；u，y分別為被控對(duì)象的操作變量與17前饋控制比反饋控制及時(shí)，并且不受系統(tǒng)滯后大小的限制。前饋控制屬于開環(huán)控制前饋控制規(guī)律與對(duì)象特性密切相關(guān)一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾前饋控制的特點(diǎn)第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋控制比反饋控制及時(shí)，并且不受系統(tǒng)滯后大小的限制。前饋18前饋控制的應(yīng)用場合

干擾幅值大而頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，僅采用反饋控制達(dá)不到要求的對(duì)象。

主要干擾是可測而不可控的變量。所謂可測，是指干擾量可以用檢測變送裝置將其在線轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。所謂不可控，主要是指這些干擾難以通過設(shè)置單獨(dú)的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，這類干擾在連續(xù)生產(chǎn)過程中是經(jīng)常遇到的，其中也包括一些雖能控制但生產(chǎn)上不允許控制的變量，例負(fù)荷量等。當(dāng)對(duì)象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋或前饋—反饋控制系統(tǒng)，提高控制質(zhì)量。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋控制的應(yīng)用場合干擾幅值大而頻繁，對(duì)被控變量影響劇烈，僅191.均勻控制系統(tǒng)

均勻控制問題的提出連續(xù)精餾的多塔分離過程對(duì)甲塔來說，塔釜液位是一個(gè)重要的工藝參數(shù)，必須保持在一定范圍之內(nèi)，為此配備了液位控制系統(tǒng)；對(duì)乙塔來說，從自身平穩(wěn)操作的要求出發(fā)，希望進(jìn)料量穩(wěn)定，所以設(shè)置了流量控制系統(tǒng)；這樣，甲、乙兩塔間的供求關(guān)系就出現(xiàn)了矛盾。為解決這一前后工序供求矛盾，希望設(shè)計(jì)一種控制系統(tǒng)使液位與流量同時(shí)平穩(wěn)；同時(shí)“均勻”地變化。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)其它控制系統(tǒng)1.均勻控制系統(tǒng)

均勻控制問題的提出連續(xù)精餾的多塔分離過程201、表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。

2、前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。

1－液位變化曲線2－流量變化曲線均勻控制的要求第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)1、表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的21均勻控制指的是控制功能，而不是控制方案。因?yàn)榫拖到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，有時(shí)象簡單控制系統(tǒng)，有時(shí)象串級(jí)控制系統(tǒng)。所以要識(shí)別控制方案是否起均勻控制作用，應(yīng)從控制的目的進(jìn)行確定。均勻控制的特點(diǎn)第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)均勻控制的特點(diǎn)第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)22單回路均勻控制系統(tǒng)串級(jí)均勻控制系統(tǒng)常用的兩種均勻控制方案第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路均勻控制系統(tǒng)串級(jí)均勻控制系統(tǒng)常用的兩種均勻控制方案第六23通過控制器參數(shù)的設(shè)置，而不是改變控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)前后兩個(gè)變量間的相互協(xié)調(diào)的。參數(shù)整定的目的不是使變量盡快地回到給定值，而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢的變化?？刂破鲄?shù)一般都采用純比例作用，且控制器比例度放的很大，以使輸出變化緩慢，只是在要求較高時(shí)，為了防止偏差超過允許范圍，才引入適當(dāng)?shù)姆e分作用。

均勻控制系統(tǒng)小結(jié)第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)通過控制器參數(shù)的設(shè)置，而不是改變控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)前后兩242.比值控制系統(tǒng)

問題的提出比值控制的目的是為了實(shí)現(xiàn)幾種物料按一定比例混合，使生產(chǎn)能安全、正常的進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常為流量比值控制。在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，成為主物料、主動(dòng)量、主流量，用Q1表示；而另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過程中隨主物料而變化，因此稱為從物料、從動(dòng)量、副流量，用Q2表示；副流量Q2與主流量Q1的比值關(guān)系為Q2＝KQ1式中K為副流量與主流量的流量比值系數(shù)。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)2.比值控制系統(tǒng)

問題的提出比值控制的目的是為了實(shí)現(xiàn)幾種物25比值控制方案1：開環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器執(zhí)行器對(duì)象測量、變送給定－Q2Q1開環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖

主、副流量均開環(huán)；由于系統(tǒng)開環(huán)，該方案對(duì)副流量Q2無克服干擾的能力，只適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場合。第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)比值控制方案1：開環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器執(zhí)行器對(duì)象測量、變送給26比值控制方案2：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器F2C執(zhí)行器對(duì)象副測量、變送－控制器F1C給定－主測量、變送Q1Q2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖

副流量閉環(huán)控制主流量開環(huán)控制適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場合

第六章復(fù)雜控制系統(tǒng)比值控制方案2：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器F2C執(zhí)行器對(duì)象副測27比值控制方案3：雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)給定－K