过程控制软件：ABB System 800xA二次开发_（6）.控制策略设计.docx

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控制策略设计

1.控制策略的基本概念

在过程控制软件中，控制策略是指用于实现特定控制目标的一系列算法、逻辑和规则。这些策略通常包括比例积分微分（PID）控制、模型预测控制（MPC）、前馈控制、反馈控制等。控制策略的设计是确保过程稳定、高效、安全运行的关键步骤。在ABBSystem800xA中，可以通过各种工具和功能来设计和实现这些控制策略。

1.1PID控制

PID控制是过程控制中最常用的控制策略之一，它通过比例、积分和微分三个参数来调整控制输出，以实现对过程变量的精确控制。PID控制器的输出公式如下：

$$

u(t)=K_pe(t)+K_i_0^te()d+K_d

$$

其中：

ut

Kp

Ki

Kd

et

1.2模型预测控制（MPC）

模型预测控制是一种高级控制策略，它利用过程模型预测未来的输出，并通过优化算法来确定最佳的控制输入。MPC可以处理多变量、非线性和约束条件，适用于复杂的过程控制系统。

1.3前馈控制

前馈控制是一种开环控制策略，它通过预先计算控制输入来抵消干扰的影响，从而提高控制系统的响应速度和稳定性。前馈控制通常与反馈控制结合使用，以实现更精确的控制。

1.4反馈控制

反馈控制是一种闭环控制策略，它通过测量过程变量并与设定值进行比较，根据误差来调整控制输入。反馈控制可以有效应对过程中的不确定性和变化，是过程控制中最基本的控制策略。

2.控制策略的设计流程

设计控制策略的流程通常包括以下几个步骤：

需求分析：明确控制目标和性能指标。

过程建模：建立过程的数学模型，分析过程的动态特性。

控制器设计：选择合适的控制策略，设计控制器参数。

仿真验证：通过仿真测试控制策略的有效性和性能。

现场调试：在实际过程中进行调试，优化控制策略。

维护与优化：持续监控和优化控制策略，确保长期稳定运行。

2.1需求分析

需求分析是控制策略设计的第一步，需要明确以下几点：

控制目标：例如保持温度稳定、控制流量等。

性能指标：例如响应时间、稳态误差、控制精度等。

操作范围：过程变量的上下限、操作点等。

干扰因素：可能影响过程稳定性的外部干扰。

2.2过程建模

过程建模是通过数学模型来描述过程的动态特性。常见的建模方法包括：

经验建模：基于历史数据和经验，通过曲线拟合和回归分析建立模型。

机理建模：基于物理和化学原理，通过方程描述过程的动态行为。

2.3控制器设计

控制器设计是根据过程模型选择合适的控制策略，并调整控制器参数以达到最佳控制效果。常用的控制器设计方法包括：

Ziegler-Nichols方法：通过临界振荡法调整PID控制器参数。

模型匹配法：通过匹配过程模型和控制器模型来优化控制参数。

2.4仿真验证

仿真验证是通过仿真工具测试控制策略的有效性和性能。ABBSystem800xA提供了强大的仿真功能，可以模拟实际过程中的各种情况。

2.5现场调试

现场调试是在实际过程中测试和优化控制策略。调试过程中需要关注以下几点：

参数调整：根据实际过程的响应调整控制器参数。

性能评估：评估控制策略的性能，确保达到预期目标。

故障排除：及时发现和解决控制过程中出现的问题。

2.6维护与优化

维护与优化是控制策略设计的最后一步，需要持续监控和优化控制策略，确保长期稳定运行。常见的优化方法包括：

自适应控制：根据过程的变化自动调整控制参数。

多目标优化：同时考虑多个控制目标，实现综合优化。

3.PID控制策略的详细设计

3.1PID控制器的基本结构

PID控制器的基本结构包括比例、积分和微分三个部分。比例部分根据当前误差调整输出，积分部分根据误差的累积调整输出，微分部分根据误差的变化率调整输出。

3.2PID控制器的参数调整

PID控制器的参数调整是控制策略设计的关键步骤。常见的参数调整方法包括：

临界振荡法：通过使过程进入临界振荡状态，确定比例增益和积分时间。

阶跃响应法：通过阶跃响应测试，确定控制器参数。

3.2.1临界振荡法

临界振荡法的主要步骤如下：

关闭积分和微分部分：将积分增益和微分增益设为0。

逐步增加比例增益：逐渐增加比例增益，直到过程进入临界振荡状态。

记录临界比例增益和振荡周期：记录使过程进入临界振荡状态的比例增益和振荡周期。

计算控制器参数：根据临界比例增益和振荡周期计算控制器参数。

#临界振荡法调整PID参数

defziegler_nichols_critical_oscillation(Kc,Tu):

根据临界振荡法计算PID参数

:paramKc:临界比例增益

:paramTu:振荡周期

:return:PID参数(Kp,Ki,Kd)