过程控制与自动化仪表(单回路系统设计).ppt

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过程控制与自动化仪表(单回路系统设计)

一个简单控制系统开发设计的全过程如右图所示。 调整经验 1)比例度δ越大,放大系数Kc越小,过渡过程越平缓,稳态误差越大;反之,过渡过程振荡越剧烈,稳态误差越小;若δ 过小,则可能导致发散振荡; 2)积分时间TI越大,积分作用越弱,过渡过程越平稳,消除稳态误差越慢;反之,过渡过程振荡越激烈,消除稳态误差越快; 3)微分时间TD越大,微分作用越强,过渡过程趋于稳定,最大偏差越小;但TD过大,则会增加过渡过程的波动过程。 5.3 调节器的参数整定 调节器参数整定的任务是根据被控过程的特性,确定PID调节器的比例度 、积分时间 以及微分时间 的大小。 在简单过程控制系统中,调节器的参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率 为主要指标,以保证系统具有一定的稳定裕量。另外还应满足 系统稳态误差、最大动态偏差(或超调量)和过渡过程时间等其它指标。 参数整定的方法可以分为三类,即理论计算整定法、工程整定法和自整定法 理论计算整定法主要是依据系统的数学模型,采用控制理论中的根轨迹法、频 率特性法、对数频率特性法、扩充频率特性法等,经过理论计算确定调节器参 数的数值。 这种方法只有理论指导意义。 工程整定法主要是依靠工程经验,直接在过程控制系统的实际运行中进行。 自整定法是对一个正在运行中的控制系统特别是设定值改变的控制系统,进行自 动整定控制回路中的PID参数。 5.4.1稳定边界法(临界比例度法) 属于闭环整定方法,根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据(临界比例度Pm和振荡周期Tm),按经验公式求出调节器的整定参数。 (1) 置调节器Ti? ?, Td=0,比例度δ?较大值,将系统投入运行。 (2) 逐渐减小δ,加干扰观察,直到出现等幅减振荡为止。记录此时的临界值δm和Tm。 y(t) Tm 系统临界振荡曲线 t 经验公式虽然是在实验基础上归纳出来的,但它有一定的理论依据。就以表中PI调节器整定数值为例,可以看出PI调节器的比例度较纯比例调节时增大,这是因为积分作用产生一滞后相位,降低了系统的稳定度的缘故。 根据δm和Tm,按经验公式计算出控制器的参数整定值。 整定参数 调节规律 δ(%) Ti Td P 2δm —— —— PI 2.2δm 0.85 Tm —— PID 1.7δm 0.50 Tm 0.125 Tm 表5.1 稳定边界法整定参数计算表 稳定边界方法在下面两种情况下不宜采用: 临界比例度过小时,调节阀容易游移于全开或全关位置,对生产工艺不利或不容许。例如,一个用燃料油加热的炉子,如果阀门发生全关状态就要熄火。 工艺上的约束条件严格时,等幅振荡将影响生产的安全。 5.4.2衰减曲线法 也属于闭环整定方法,但不需要寻找等幅振荡状态,只需寻找最佳衰减振荡状态即可。 方法: (1)把调节器设成比例作用(Ti=∞,Td=0),置于较大比例度,投入自动运行。 (2)在稳定状态下,阶跃改变给定值(通常以5%左右为宜),观察调节过程曲线。 (3)适当改变比例度,重复上述实验,到出现满意的衰减曲线为止。 记下此时的比例度δs及周期Ts。 n=10:1时,记δ’s及Ts Ts Tr (4)按表6-2(n=4:1)或按表6-3(n=10:1)求得各种调节规律时的整定参数。 表5.2 衰减比为4:1时, 整定参数计算表 表5.3 衰减比为10:1时, 整定参数计算表 0.1Ts 0.3 Ts 0.8δs PID —— 0. 5 Ts 1.2δs PI —— —— δs P Td Ti δ(%) 整定参数 调节规律 0.4Ts 1.2Tr 0.8δs PID —— 2Tr 1.2δs PI —— —— δs P Td Ti δ(%) 整定参数 调节规律 5.4.3响应曲线法 属于开环整定方法。以被控对象控制通道的阶跃响应为依据,通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值。 方法:不加控制作用,作控制通道特性曲线。 给定值 + - 测量变送器 控制器 执行器 对象 被控变量 3.反应曲线法(动态特性参数法) 反应曲线法是利用系统广义过程的阶跃响应曲线对调节器参数进行整定。 具体做法是对于右图所示的系统, 先使系统处于开环状态,在输入 端   施加一个阶跃信号,记录 下测量变送环节的输出响应曲线 1)对于无自衡能力的广义

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