工业自动化仪表及过程控制之数字调节器

1、工业自动化仪表及过程控制(5-2)Industrial Automation Instrumentations and Process Control数字控制制算法数字调节节器：数数字式控控制仪表表。数字调节节的优点点：运算、控控制功能能丰富；具有数字字通信功功能；可靠性好好，使用用维护方方便数字调节节器主要要输入输输出量输出值：VM(MV: Manipulated Variable)设定值：VS(SV:Setpointvariable)测量值：VP(PV:ProcessVariable)e=VS-VP若：x(t)=e,y(t)=VMy(t)=f(x(t)数字系统统的离散散信号x0,x1,x2

2、.,xny0,y1,y2.,yn也记做：x(0),x(1),x(2),x(n)y(0),y(1),y(2),y(n)数字PID算法法(DigitalPIDAlgorithm)基本PID离散表达达式位置式PID算法位置式数数字PID算法法的原理理增量式数数字PID算法法节省内存存空间和和运算时时间减少累计计误差误差动作作影响小小增量式PID算算法原理理算法框图图位置式PID算法框图图PID程程序获得得方法三种常用用PID程序编程程语言性性能对照照功能开发时间通用性价格针对性调试汇编语言一般长差低强难高级语言强中中中强中组态软件很强短好高一般易不完全微微分的PID算法由于理想想的微分分动作对对高频

3、干干扰过于于敏感，不能使使用，为为抑制干干扰的影影响，数数字调节节器仿效效模拟调调节器，将理想想的微分分改为不不完全微微分，也也称为有有限制的的微分不完全微微分的PID算法易引起振荡荡和超调调冲击小，系统稳稳定不完全微微分PID结构框图图采样周期期(Sample Time)Ts的选择采样定理理系统动态态指标对象动态态特性干扰信号号的频谱谱控制回路路数计算精度度常见被调调量的经经验采样样周期数字PID控控制的的改进算算法充分应用用计算机机控制软软件算法法实现方方便的优优点，在在基本PID的的基础上上，对其其算法进进行各种种改进，使其达达到更好好的控制制效果。常见的改改进算法法有：积分分离离PID

4、微微分先行行PID抗积分饱饱和PID带带死区区PID消除积分分不灵敏敏PID混合合过程PID采样PID批批量量PID等变形的PID算法(AdvancedPID Control)微分先行行算法比例先行行算法微分先行行PID算法混合PID算法需要将几几种中间间产品按按一定比比例混合合后作为为最终产产品。混混合PID控制可以以保证累累计流量量的控制制。数字PID调节节器(Digital PIDController )数字调节节器例DCS/DDC/SCADA/FCS系统中控室：仪表盘盘和控制制台过程控制制实验台台单回路可可编程调调节器特点：与模拟仪仪表兼容容控制运算算功能丰丰富组成结构构：微处理器器、

5、内存存输入输出出通道串口、编编程接口口显示表头头调整键盘盘、操作作键SLPC可编程控控制器SLPC可编程控控制器YS170YS170(回回路/趋趋势/报报警/调调整画面面）单回路可可编程控控制器功功能框图图单回路可可编程控控制器组组成：主主机CPU通通常采用用8位微微处理器器，通过过内部总总线与接接口和其其他部件件相连，ROM存存放系统统软件；EPROM存放放用户程程序；RAM存存放输入入数据、显示数数据、运运算中间间值和运运算结果果等.单回路可可编程控控制器组组成：I/O输入通道道：模拟量通通道信号号一般为为15V的直直流电压压输入信信号;(X1-X5);开关量通通道通常常采用光光电耦合合器

6、件进进行信号号隔离传传输;(DI01-06).输出通道道：模拟量输输出分别别为15V或或420mA的直流流信号,(Y1-Y3);开关量输输出通道道一般采采用光电电耦合器器件进行行隔离传传输,(DO01-06).单回路可可编程控控制器组组成：接接口人机接口口：正面设置置了测量量值、给给定值和和输出值值显示表表；自动/串串级/手手动切换换按钮；给定值增增减按钮钮；手动操作作按钮和和状态显显示灯。侧面板上上有设置置和指示示各种数数据的键键盘、显显示器等等。通信接口口：数字字信号由由驱动电电路送出出(串/并行)。单回路可可编程调调节器功功能示意意图例：YS80SLPCSLPC单回路路可编程程调节器器模

7、拟输入入：1-5V 5路模拟输出出：1-5V 2路，4-20mA1路数字输入入输出：6点比例度：6.3%-999.9%积分时间间：1-9999s微分时间间：1-9999s控制功能能：基本本控制，串级控制制，选择择控制控制算法法：标准准PID，采样PID，批量PID控制器工工作节拍拍循环扫描描工作方方式，由内部定定时器和和计数器器控制。每个定时时脉冲10ms，每次循环环20个脉冲。每200ms完成一次次循环。（图2-33)可编程调调节器程程序例SLPC用户程序序例1：把两个个变量的的值相加加后输出出。LDX1LDX2+STY1END注意：用户程序序最多可可以有99步指指令可编程调调节器程程序例例

8、2：状态量量运算LDDI1LDDI2ORSTDO3END 例3：最简单单控制运运算LDX1BSCSTY1END PV基本控制制：基本本PID运算MV运算寄存存器工作作原理LDX1LDX2+STY1END五个运算算寄存器器S1-S5：组成的的先入后后出堆栈栈SLPC数据结结构16位二二进制数数组成；1位符号号位：1/0(+/-)3位整数数位：000111 (0 7)12位小小数位：2-12 1-212(2.4410-4 0.9998)内部数据据范围：-7.999+7.999(1111111111111110111111111111111)其中：0.0001.000对应应420mA注意：数数字量/

9、模拟量量/工程程量的对对应关系系SLPC数据结结构例例有数据据如下：(3400h)符号位0：正数数整数：011B3D小数：0.01B1/22=0.25D3400H3.25D运算模块块SLPC的所有运运算指令令（表2-1）不同厂家家的产品品编程方方法和指指令会有有很大的的不同。学习时主主要了解解指令的的表示方方法和操操作数的的位置。例：一阶阶惯性运运算模块块LAGnLDX1取取输输入值LDP1取取时时间常数数LAG1一一阶惯性性运算STY1结结果果输出例：程序序设定模模块PGM1LDp93取取起始值值LDDi1取取启动信信号LDDi2取取复位位信号PGM1程程序序输出运运算STA1结结果果输出K

10、MM单单回路可可编程控控制器CPU： 8位位采样周期期：100-500msAI：5路AO：4路DI：5点DO：4点控制运算算模块：45个个表格式组组态语言言KMM单单回路可可编程控控制器控控制数据据结构例：F003：PID数数据01：PID105：比比例例度1000：100.0%SLPC内部寄寄存器SLPC内部寄寄存器（16+1=17种）运算寄存存器：S1-S5模拟输入入寄存器器：X1-X5模拟输出出寄存器器：Y1-Y3开关量输输入寄存存器：Di1-Di6开关量输输出寄存存器：Do1-Do6参阅P.92SLPC控制模模块及编编程典型控制制组态程程序LDX1BSCLDY2SLPC控制模模块基本控

11、制制模块：BSC串级控制制模块：CSC选择控制制模块：SSCBSCSLPC控制模模块的功功能扩展展寄存器器大部分程程序可访访问大部分有有默认值值提供外给给、补偿偿、切换换、报警警等功能能例：FL11：A/M切换换，FL11=1:A,FL11=0:MB1：PID比比例度参参数A4：输输出补偿偿，控制制输出MVA4FL1：输入上上限报警警，若eB6,则FL1=1B6：报报警上限限设定值值SLPC应用实实例缓冲容器器选择控控制系统统SLPC应用实实例缓冲容器器选择控控制系统统SPRG Programmer第2章调调节器器练习增量式PID运运算具有有许多优优点，但但使用时时必须具具有下列列哪项条条件？

12、a.不不等周期期采样场场合b.执执行器须须带有积积分或累累加功能能c.需需要无扰扰动切换换的场合合e.偏偏差较小小的系统统答：b第2章调调节器器练习已知数字字积分运运算：积分时间间Ti=0.1s，采样周期期T=0.2s，输入采样样值x(0)=2,x(1)=2,x(2)=1,x(3)=1,求k=3时刻的的数字积积分运算算结果。第2章调调节器器练习已知数字字积分运运算：积分时间间Ti=0.1s，采样周期期T=0.2s，输入采样样值x(0)=2,x(1)=2,x(2)=1,x(3)=1,求k=3时刻的的数字积积分运算算结果。解：Y(3)=(0.2/0.1)(2+2+1+1)=12第2章调调节器器练习SLPC可编程程调节器器的主要要外部连连接特征征包括下下列哪几几项：A：模拟拟量输入入/输出出B：开关关（状态态）量输输入/输输出C：双向向串行数数据接口口D：SPRG编编程器接接口第2章调调节器器练习SLPC可编程程调节器器的主要要外部连连接特征征包括下下列哪几几项：A：模拟拟量