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調節器正/反作用方式的選擇和調節器的參數整定

更新時間:2014-09-15      瀏覽次數:3771

調節器正/反作用方式的選擇

由于過程控制系統中的執行器(調節閥)有氣開與氣關兩種形式,為了與此相對應, 通常把被控過程和調節器也分為正作用與反作用兩種類型。當被控過程的輸入量增加(或 減小)時,過程的輸出量(即被控參數)也隨之增加(或減?。?,則稱為正作用被控過程; 反之則稱為反作用被控過程。當反饋到調節器輸入端的系統輸出增加(或減?。r,調節 器的輸出也隨之增加(或減小),則稱為正作用調節器;反之,則稱為反作用調節器。與此 相適應,正作用被控過程的靜態增益K規定為正值,反作用被控過程的Kc規定為負值;正 作用調節器的靜態增益Kc規定為負值,反作用調節器的&規定為正值。氣開式調節閥的靜 態增益I規定為正,氣關式則為負。測量變送環節的靜態增益Km規定為正值。

根據反饋控制的基本原理,對于圖5-1所示過程控制系統,要使系統能夠正常工作,構成系統開環傳遞函數靜態增益的乘積必須為正。由此可得調節器正反作用類型的確定方法 為:首先根據生產工藝要求及安全等原則確定調節閥的氣開、氣關形式,以確定&的正負; 然后根據被控過程特性確定其屬于正、反哪一種類型,以確定Kc的正負;zui后根據系統開 環傳遞函數中各環節靜態增益的乘積必須為正這一原則確定調節器Kc的正負,進而確定調 節器的正反作用類型。

在工程實際中,調節器正反作用的實現并不難。若是電動調節器,可以通過正、反作用選擇開關來實現。若是氣動調節器,調節換接板即可改變調節器的正反極性。

調節器的參數整定

調節器的參數整定也是過程控制系統設計的核心內容之一。它的任務是根據被控過程的特性,確定HD調節器的比例度δ、積分時間T1以及微分時間TD的大小。

在簡單過程控制系統中,調節器的參數整定通常以系統瞬態響應的衰減率ψ= 0.75~ 0.9 (對應衰減比為4:1~10:1)為主要指標,以保證系統具有一定的穩定裕量(對于大多數過程控制系統而言,當系統的瞬態響應曲線達到ψ=0.75~0.9的衰減率時,則接近* 的過渡過程曲線)。此外,在滿足ψ主要指標的條件下,還應盡量滿足系統的穩態誤差(又稱靜差、余差)、zui大動態偏差(或超調量)和過渡過程時間等其他指標。由于不同的工藝 過程對系統控制品質的要求有不同的側重點,因而也有用系統響應的平方誤差積分USE)、 誤差積分(IAE)、時間乘以誤差積分(ITAE)等分別取極小值作為指標來整定調節器參數的。

調節器參數整定的方法很多,概括起來可以分為三類,即理論計算整定法、工程整定法 和自整定法。理論計算整定法主要是依據系統的數學模型,采用控制理論中的根軌跡法、頻 率特性法、對數頻率特性法、擴充頻率特性法等,經過理論計算確定調節器參數的數值。這 些方法不僅計算繁瑣,而且過分依賴數學模型,所得到的計算數據還要通過工程實踐進行調 整和修改。因此,理論計算整定法除了有理論指導意義外,工程實踐中較少采用。工程整定 法則主要依靠工程經驗,直接在過程控制系統的實際運行中進行。工程整定方法簡單、易于掌握。由于工程整定法是由人根據經驗按照一定的計算規則整定的,因而要求操作人員具有 豐富的經驗并要占用相當長的時間,即使參數調整完畢,由于對象的非線性和系統工作點的 變化或對象特性的變化也會使系統偏離*工作狀態,因而需要多次反復進行。而自整定法 則是對一個正在運行中的控制系統特別是設定值改變的控制系統,進行自動整定控制回路中 的PID參數,因而得到越來越廣泛的應用。

下面分別介紹調節器參數整定的理論基礎、工程整定和自整定方法。

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