过程控制_国海峰过程控制20讲

1、1 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 3.6.2 调节器参数整定3.6.2 调节器参数整定 1.参数整定：系统联调1.参数整定：系统联调 参数：比例度，积分时间，微分时间 ? 过程控制采用的控制器(调节器)通常都有一个或多个 需要调整的参数和调整这些参数的相应机构(如旋钮、 开关等)或相应设备(如计算机控制系统中的组态软件、 可编程控制器中的编程器)。 ? 通过调整这些参数使控制器特性与被控过程特性配合 好，获得满意的系统静态与动态特性的过程称为控制 器参数整定。 2 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 ? 由于人们在参数调整中，总

2、是力图达到最佳的控制效 果，所以常称为“最佳整定”，相应的控制器参数称为 “最佳整定参数”。 ? 参数整定?最佳控制效果?最佳整定?最佳整定参数 ? 设置和适当调节器参数?提高系统指标 ? 若调节器参数设置不当?质量差，不稳定 3 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 2.整定方法：2.整定方法： 计算整定法计算整定法(理论理论)： ? 理论计算整定法是在已知过程的数学模型基础上，依据控 制理论，通过理论计算来求取“最佳整定参数” ； ? 频率特性法，根轨迹法?数学模型?计算； ? 从原理上讲，理论计算整定法要比工程整定法更能实现控 制器参数的“最佳整定”， ? 过

3、程数学模型都只能近似反映过程的动态特性理论计算 所得到的整定参数值可靠性不够高，需进行反复调整。 4 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 ? 理论计算推导出的结果是工程整定法的理论依据。 工程整定法：工程整定法： 是根据工程经验，直接在过程控制系统中进行的控制 参数整定方法。 基于对象的响应特性曲线，或直接在闭环系统中进行。 动态特性参数法；稳定边界法；阻尼震荡法 (衰减曲线 法)；试凑法(经验法)；极限环自整定法。 （1）动态特性法：（1）动态特性法：根据系统开环广义过程阶跃响应曲 线，按照一些经验公式，求取调节器最佳参数整定值 的开环整定方法 5 3.6 控制

4、系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 求广义过程阶跃响应曲线示意图 在调节阀Wv(s)的输人端加一阶跃信号，记录测量变送 器Wm(s)的输出响应曲线，根据该曲线求出代表广义过 程的动态特性参数(过程的滞后时间，T过程的时 间常数，过程响应速度)，然后根据这些参数的数 值，分别应用相应公式计算出调节器的整定参数值。 6 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 自平衡过程阶跃响应曲线 0 ( ) (1)n y x W s Ts = + 3n 0 ( ) (1) s n y x W se Ts = + 无滞后 有明显纯滞后 A.自衡过程A.自衡过程 K0 0

5、 求出、 T 7 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 整定计算公式： 自衡过程的整定计算公式自衡过程的整定计算公式（0.75，为自平衡率，为比例度） 已知、 T 8 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 例：已知单回路控制系统的被控过程为 0 3 0 1 ( ) (1) W s T s = + 现采用动态特性参数法整定调节器参 数，测得滞后时间21s，时间常数 T100s，自平衡率1，分别采用P、 PI、PID调节器，试求0.75时调节 器的整定参数值。 0.21 T = 解：0.211.5 T 比例调节：比例度 0.08 10.21

6、0.08 2.62.60.37 0.21 0.7 0.7 T T = + + 9 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 比例积分微分调节： 0.15 10.21 0.15 2.62.60.16 0.21 0.08 0.08 T T = + + I 0.810.190.81 1000.19 2184.99TTsss=+=+= D1 0.250.25 84.9921.25TTss= 比例积分调节： 0.08 10.21 0.08 2.62.60.42 0.21 0.6 0.6 T T = + + I 0.80.8 10080TTss= 10 3.6 控制系统的投运和参数

7、整定3.6 控制系统的投运和参数整定 B.无自衡过程B.无自衡过程 无自平衡阶跃过程响应曲线 11 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 自衡过程的整定计算公式（0.75，为比例度） 已知和 12 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 (2)稳定边界法(临界比例度法)(2)稳定边界法(临界比例度法) 这是一种闭环的整定方法。它基于纯比例控制系统临界振 荡试验所得数据，即临界比例度临界比例度k和临界振荡周期临界振荡周期k， 利用一些经验公式求取调节器最佳参数值。 方法： 将控制系统处于纯比例作用下，逐步减小 比例度，直到出现等幅振荡为止，记

8、下此 时的临界比例度k k和临界振荡周期k k。 13 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 A.置调节器I=Imax,D=0,系统闭环稳定运行 B.逐步减小比例度（即增大比例放大倍数）至出现等 幅振荡，比例度-临界比例度k，振荡的两个波峰 之间的时间即为临界振荡周期k C.根据k,k按照表公式设置,i,d 14 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 临界振荡整定计算公式已知k,k 15 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 ? 根据上述计算结果设置调节器的参数值。观察系统的响应 过程，若曲线不符合要求，再适当

9、调整整定参数值。 ? 特点： 简单方便，容易掌握和判断 ,但生产过程不许反复振荡就 不能应用（(例如锅炉给水控制系统和燃烧控制系统) 思考题：用临界比例度法整定某过程控制系统 所得的临界比例度为，临界振荡周期 为1分钟，当调节器分别采用P,PI,PID时， 求其最佳整定参数。 16 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 （3）阻尼振荡法（3）阻尼振荡法 先在单纯比例作用基础上，找出达到规定衰减比的比 例度数值，然后用经验公式求取PID参数值，对定值 控制系统，以4：1的衰减比作为要求。 A.在闭合系统中，置调节器积分时间为最大，微分时 间为最小 （I=Imax,D=

10、0 ），比例度取较大数 值，反复做给定值扰动试验，并逐渐减少比例度， 直至记录曲线出现4：1的衰减为止。这时的比例度称 为4：1衰减比例度s，两个相邻波峰间的距离称为4： l衰减周期s。 17 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 B.根据s和s值按表 中经验公式，计算出 调节器各个参数、 I ，和D=0的数值。 4：l衰减曲线 阻尼振荡整定计算公式 18 3.6 控制系统的投运和参数整定3.6 控制系统的投运和参数整定 10：1衰减 对大多数控制系统，4：1衰减过程是最佳整定。但在有 些过程中，例如热电厂锅炉的燃烧控制系统，希望衰减越 快越好，则可采用10：1的衰减过程。 10：l 衰减曲线 由于