反馈调节器的选择.docVIP

第2篇 反馈调节器的选择 第4章 线性调节器 4.1性能准则 产品质量控制 误差幅度 误差积分（IE） 绝对误差积分（IAE） 统计性质 图4.1在正态分布中，样本总体的99.86%将落在3σ的一侧 4.2扰动 设定值变化 图4.2过程的设定值响应 （a) 迟延过程； (b)积分容积过程 负荷扰动 图4.3在PI控制下三种过程对周期性干扰的灵敏度 4.3 PI和PID调节器 微分动作的限制 积分饱和 图4.4积分动作是由调节器的输出经过时滞I形成正反馈来实现的 图4.5间歇单元预置好积分动作，以便当输出低于mh时恢复控制作用 图4.6间歇PI调节器对预置负荷设定值是敏感的 自动手动切换 控制作用之间的相互干扰 图4.7无相互干扰的调节器的比例、 积分和微分的矢量和 图4.8微分和积分运算通常是串行的，结果导致它们之间的相互干扰 调节器的最佳整定值 图4.9PID调节器用于非自衡过程的负荷调节，其效果要比PI调节器好两倍以上；无相互干扰的比有相互干扰的只稍微有进一步的改善 鲁棒性 图4.10如果回路增益减小，衰减周期往往会变大，而衰减度却不会增加 调节器的调整步骤 图4.11开环状态下辨识过程特性 副容积的影响 图4.12在小区段上，副容积可视作迟延；在大区段上，它对回路增益没有明显作用 4.4基于模型的调节器 原理 图4.13大多数基于模型的调节器都可以简化成这种结构 图4.14基于模型的调节器用于迟延过程能提供可能达到的最好的反馈控制，其响应称作无振荡响应 图4.15对于迟延占主导的过程，基于模型的调节器优于PID调节器 鲁棒性 图4.16回路增益为1.0时形成无振荡响应，为1.5时给出1/4幅度衰减，为2.0时产生等幅振荡 图4.17当过程的迟延时间等于时间常数时，基于适配模型的调节器的阶跃负荷响应与PID调节器大致相同；加上微分动作后，控制效果会更好些，但稳定性较差 4.5断续控制回路 采样的动态特性 图4.18采样的作用引起一个大于等于半个采样间隔的等效迟延 图4.19在过程(a)中，I=τd=0.5Δt; 在过程(b)中，I=τd=Δt PID控制 图4.20当迟延小于采样间隔时，比例和积分的适当组合可产生无振荡响应 采样调节器 图4.21只在采样间隔的部分时间内操作调节器，可改善控制性能 4.6数字控制 数字控制算法 分辨率的限制 参考文献 1. Shinskey, F. G., “Adaptive pH Controller Monitors Nonlinear Process.” Control Eng., February 1974, pp. 57-60. 2. Shinskey, F. G., “Disturbance\|Rejection Capabilities of Distillation Control Systems,” Proc. 1985 American Control Conference, Boston, June 19\|21, 1985, pp. 1072-1077. 3. Morari, M., and J. C. Doyle, “A Unifying Framework for Control System Design,” Chemical Process Control III, Elsevier, New York, 1986, pp. 5-51. 4. Smith, O. J. M., “A Controller to Overcome Dead Time,” ISA J., February 1959. 5. Badavas, P. C., “Stability Limits and Parameter Sensitivity in Synthesized Digital Controllers,” Control Eng., September 1981, pp. 120-124. 6. Gerry, J. P., and P. D. Hansen, “Choosing the Right Controller,” Chem. Eng., May 25, 1987, pp. 65-68. 7. Cutler, C. R., and C. R. Johnston, “Comparison of the Quality Criterion for PID and Predictive Controllers,” Proc. 1985 American Control Conference, Boston, June 19-21, 1985, pp. 214-219. 8. Ryskamp, C. J., “New Strategy Improves Dua