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DCS系统核心-PID调节控制-DCS系统/自动化控制行业动态-河北2019久久久高清

文章出处:河北2019久久久高清 人气:发表时间:2019-6-6 15:04:03

  DCS系统核心-PID调节控制,何为PID,PID是数学术语比例,积分和微分的首字母缩略词。比例意味着一个常数倍数。如果存在一个常数n使得y = nx,则一个数字被认为是另一个数字的一个比例。这个n可以是正值或负值,大于或小于1。为了使由PID控制器的标准式更加准确,比例由下式给出P和X项是控制环路误差ε为:y = ? P(ε)。

  术语积分意味着在给定的时间间隔内函数的总和。在PID控制器的情况下,即错误的随时间的总和: =∫F(ε)DT。最后,导数是在给定的时间间隔内的变化率。由PID控制器解释:所有这三个PID控制器组件根据被调节过程的测量误差创建输出。如果控制回路正常工作,由设定值变化或过程扰动引起的任何错误变化都可以通过三个因素P,I和D的组合迅速消除。现在让我们分析每个因素如何影响性能。

   DCS系统核心-PID控制器的工作是强制反馈与设定值相匹配。有时,反馈和设定值之间的误差是由设定值变化引起的,但在大多数应用中,设定值不会被调整太多。更常见的是,回路中的误差是由测量的反馈中的干扰引起的。

DCS系统核心-PID调节控制   

   一个dcs系统要能很好地完成任务,首先必须工作稳定,同时还必须满足调节过程的质量指标要求。即:系统的响应快慢、稳定性、最大偏差等。很明显,自动控制系统总希望在稳定工作状态下,具有较高的控制质量,我们希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。为了保证系统的精度,就要求系统有很高的放大系数,然而放大系数一高,又会造成系统不稳定,甚至系统产生振荡。反之,只考虑调节过程的稳定性,又无法满足精度要求。因此,调节过程中,系统稳定性与精度之间产生了矛盾。

    如何解决这个矛盾,可以根据控制系统设计要求和实际情况,在控制系统中插入“校正网络”,矛盾就可以得到较好解决。这种“校正网络”,有很多方法完成,其中就有PID方法。

    简单的讲,PID“校正网络”是由比例积分PI和比例微分PD"元件组"成的。为了说明问题,这里简单介绍一下比例积分PI和比例微分PD。

微分:

    从电学原理我们知道,见图2,当脉冲信号通过RC电路时,电容两端电压不能突变,电流超前电压90°,输入电压通过电阻R向电容充电,电流在t1时刻瞬间达到最大值,电阻两端电压Usc此刻也达到最大值。随着电容两端电压不断升高,充电电流逐渐减小,电阻两端电压Usc也逐渐降低,最后为0,形成一个锯齿波电压。这种电路称为微分电路,由于它对阶跃输入信号前沿“反应”激烈,其性质有加速作用。

积分:

    我们再来看图3,脉冲信号出现时,通过电阻R向电容充电,电容两端电压不能突变,电流在t1时刻瞬间达到最大值,电阻两端电压此刻也达到最大值。电容两端电压Usc随着时间t不断升高,充电电流逐渐减小,最后为0,电容两端电压Usc也达到最大值,形成一个对数曲线。这种电路称为积分电路,由于它对阶跃输入信号前沿“反应”迟缓,其性质是“阻尼”缓冲作用。

DCS系统核心-PID调节控制   

   现在我们首先讨论自动控制系统引入比例积分PI的情况,见图4。曲线PI(1)对阶跃信号的响应特性曲线,当t=0时,PI的输出电压很小,(由比例系数决定)当t>0时,输出电压按积分特性线性上升,系统放大系数Ue线性增大。这就是说,当系统输入端出现大的误差时,控制输出电压不会立即变得很大,而是随着时间的推移和系统误差不断地减小,PI的输出电压不断增加,既,系统放大系数Ue不断线性增大。我们称这种特性为系统阻尼。决定阻尼系数因素是PI比例系数和积分时间常数。要不断提高控制系统的质量,就要不断改变PI比例系数和积分时间常数。

DCS系统核心-PID调节控制         

    我们再讨论控制系统引入比例微分PD的情况,见图4。曲线PD(2)对输入信号的响应特性曲线,当t=0时,PD使系统放大系数Ue骤增。这就是说,当系统输入端出现误差时,控制输出电压会立即变大。我们称这种特性为加速作用。可以看出,过强的微分信号会使控制系统不稳定。所以在使用中,必须认真调节PD比例系数和微分时间常数。

   为妥善解决系统稳定性与精度之间的矛盾,往往将比例积分PI与比例微分PD组合使用,形成“校正网络”,也称PID调节。PID调节特性曲线PID(3)(图4),是PI、PD特性曲线合成的。适当的调节PI、PD上述各系数,就能保证控制系统即快又稳的工作。

结论:

DCS系统核心-PID调节控制

   DCS系统PID调节器实际是一个放大系数可自动调节的放大器,动态时,放大系数较低,是为了防止系统出现超调与振荡。静态时,放大系数较高,可以蒱捉到小误差信号,提高控制精度。DCS系统调整的最后方法是称为Cohen-Coon的质量过程模型,它是Ziegler-Nichols方法的修改版本。这种离线方法涉及到一些数学,但只适用于一阶过程。在手动模式下,等待进程处于稳定状态,然后在输入中引入步进更改。从基于阶跃测试的测量中,评估过程参数。基于这些,公式应该规定控制器设置。

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