所谓控制器的特征,是指控制器的输出与输入之间的关系,我们知道,从控制系统的角度讲,控制器的输入信号e(t)是指控制变量的设定值r(t)与测量值y(t)之差,即e(t)= r(t)- y(t)[但须注意:调节器中的定义是e(t)= y(t)- r(t)];控制器的输出是送往执行机构的控制命令u(t).因此,分析控制器的特征,也就是分析控制器的输出信号u(t)随输入信号e(t)变化规律,即控制器的控制规律.
比例控制规律时,调节器输出信号u(t)与输入信号e(t)之间的关系为:
u(t)=Kc*e(t)
Kc为比例增益.Kc越大,在相同的e(t)输入下,输出u(t)越大.因此Kc是衡量比例作用强弱的因素. 在工业生产中所有的调节器,一般用比例度δ来表示比例作用的强弱.
δ=(1/Kc)*100%
δ越小, Kc越大,比例控制作用越强,反之, δ越大, Kc越小,比例控制作用越弱.
比例作用及比例度δ对系统过渡过程的影响:
华南师大bbs1. 在扰动及设定值变化时有余差存在.
2. 比例度δ越大,过渡过程曲线越平稳;随着比例度δ的减小,系统的振荡程度加剧,衰减比减小,稳定程度降低.当比例度δ继续减小到某一数值时,系统将出现等幅振荡,这时的比例度δ称为临界比例度δk,当比例度δ小于比例度δk时,系统将发散控制,这是很危险的.
3. 最大偏差在二类外作用下不一样:在扰动作用下, δ越小,最大偏差越小;在设定的情况下, δ越小,最大偏差越大.这是因为最大偏差取决于余差和超调量,在扰动的情况下,主要取决于余差, δ小则余差小;在设定的情况下,则取决于超调量, δ小则超调量大,所以余差大
4. 如果δ较小,则振荡频率提高,因此把被调量拉回到设定值所需要的时间就短.
二、 比例积分控制规律
比例积分控制规律是比例作用和积分作用的叠加,调节器输出信号u(t)与输入信号e(t)之间的关系为:
衡茶吉铁路u(t)=Kc[e(t)+1/Ti∫e(t)dt]
Ti称为积分时间, Ti越大,积分作用越弱;混凝土多孔砖>诉求对象 Ti越小,积分作用越强,消除余差较快,控制系统的振荡加快,系统的稳定度下降.
Ti的定义:在阶跃偏差作用下,调节器输出达到比例输出的两倍所经历的时间,就是积分时间Ti.
比例积分调节器在投用前,需对比例度和积分时间进行校验.一般是将比例度置于100%的刻度上,然后对调节器输入一个幅值为A的阶跃偏差,测出调节器的输出跳变值,同时按秒表记时,待到积分输出与比例输出相同时,所经历的时间就是积分时间.
一个比例积分调节可以看成是粗调的比例作用和细调的积分作用的组合.
在比例控制系统引入积分作用的优点是能够消除余差,但降低了系统稳定性.若要保证系统原有的衰减比,必须加大调节器的比例度.如果余差不是系统的主要的控制指标,就没有必要引入积分作用.在过程的容量滞后大,时间常数大,或负荷变化大,由于积分作用较为迟缓,系统的工艺指标不易满足要求时,才考虑在系统中增加积分作用.
积分饱和:当某一极性的偏差持续存在时,一个比例积分调节器或一个比例积分微分调节器的输出将会达到上下限的极限值,以后即使偏差减小,调节器输出仍维持在极限值,调节阀也仍处于全开或全关的极限位置,一直要到偏差改变极性,输出才会发生变化,从而使调节阀的开度也开始变化.
解决积分饱和问题的常用方法是使调节器实现PI-P控制规律,即当调节器的输出在某一范围之内时,它是PI控制作用,能消余差;当输出超过某一限值时,他是P作用,能防止积分饱和.
三、 比例微分控制(PD)
理想的微分控制规律,其输出信号正比于输入信号对时间的导数.
u(t)=Td*de(t)/dt,Td为微分时间
从实际使用的情况来看,比例微分控制规律用得较少,在生产上微分往往与比例积分结合在一起使用,组成PID控制.
四、 比例积分微分控制(PID)
单项控制指标
衰减比n:
振荡过程第一个波的振幅与同一方向的第二个波的振副之比,n越小,意味着控制系统的振荡程度越剧烈,稳定度越低;一般希望过渡过程有二个波左右,与次对应的衰减比在4:1到10:1的范围内.
最大动态偏差emax或超调量σ:
描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量,也是衡量过渡过程稳定的一个动态指标.对于定值控制系统,最大偏差是指第一个波的波峰值与设定值之差.
余差e:
过渡过程终了时设定值与被控变量的稳定值之差.
回复时间Ts和振荡频率ω:
控制系统在受到外作用后,被控变量从原来的稳定值达到最终稳定值所需要的时间.
投运过程
1. 检测系统投入运行:将检测系统投入运行,观察测量指示是否正常.
2. 现场人工操作:现场投入旁路运行,遥控操作是否正常.
3. 手动遥控:在控制室内,手动操作,观察调节阀的特性.
4. 自动控制:待手动遥控使工况稳定,被控变量接近或稳定一段时间后,即可将系统由手操无扰切换到自动运行,实现生产过程的自动控制.
5.
调节器参数整定的一般原则
1. 系统要具有一定的稳定裕度,以便在过程特性有些变动后,调节器参数仍能适应.对于定值调节系统,常取衰减比为4:1,对于随动控制系统,常取衰减比为10:1.
2. 在满足稳定裕度的条件下,统筹考虑,重点保障主要控制指标,同时使其它控制指标好一些.
3. 选择比例度δ积分时间Ti和微分时间Td的一些规则如下表:
经验法
一、 先比例,后积分微分:
在纯比例作用下,先对比例度进行凑试,待过渡过程基本稳定符合要求后,再加积分作用消除余差,最后加微分作用以提高控制质量,具体整定方法如下:
各种控制系统整定参数的范围
| 比例度δ(%) | 积分时间Ti(min) | 微分时间Td(min) |
温度 | 20-60 | 3-10 | 0.5-3 |
流量 | 40-100 | 0.1-1 | |
压力 | 30-70 | 0.4-3 | |
液位 | 20-80 | | |
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1) 在闭合运行的控制系统中,将调节器的Ti置最大, Td置零, δ取上表中的经验数值,改变设定
值,观察记录曲线,若过度时间较长,应减小比例度;若震荡过于剧烈,则应加大比例度,使系统达到4:1衰减震荡的过渡过程为止.
2) 在加入积分作用时,需将已凑试好的比例度加大10%-20%,然后再将积分时间Ti由大到小凑试,若曲线回复时间教长,应减小Ti,若曲线波动较大,则应增大Ti,直到达到4:1衰减震荡的过渡过程为止.
3) 若系统需加入微分作用, δ应取得比纯比例作用时更小些, Ti也可相应减小些,一般先取Td=(1/3-1/4) Ti,将微分时间Td由小到大凑试,若曲线超调量大而衰减慢,应增大Td,若曲线震荡厉害,则应减小Td,同时观察曲线,适当调整Ti和δ,以使过度时间短,超调量小,控制质量达到工艺要求为止.
调节器正反作用的选择
枕式包装机控制系统>电力设施保护条例正作用:指调节器的输出随着正偏差(测量值大于设定值)的增加而增加.
反作用:指调节器的输出随着正偏差(测量值大于设定值)的增加而减小.
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