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1、课程：化工DCS识用与操作江苏高校品牌专业石油化工技术知识点：控制器参数整定项目八：控制器和控制规律内容提要控制器控制规律的选择及参数整定控制规律的选择控制器参数的工程整定 知识点：控制器参数整定一、控制规律的选择目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律:比例控制规律P、比例积分控制规律PI和比例积分微分控制规律PID。 特点适用于比例控制器控制器的输出与偏差成比例控制器的输出与偏差成比例, ,阀门位置与偏差阀门位置与偏差之间有一一对应关系。当负荷变化时之间有一一对应关系。当负荷变化时, ,比例控比例控制器克服干扰能力强制器克服干扰能力强, ,过渡过程时间短。纯比过渡过程时间短。纯比例控制器在
2、过渡过程终了时存在余差。例控制器在过渡过程终了时存在余差。 调节通道滞后较小、负荷变调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。差要求的系统。 比例积分控制器积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例, , 过渡过程结束时无余差。但使稳定性降低。过渡过程结束时无余差。但使稳定性降低。 调节通道滞后较小、负荷变调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有化不大、工艺参数不允许有余差的系统。余差的系统。 比例积分微分控制器微分作用使控制器的输出与偏差变化速度成微分作用使控制器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后
3、有显著效果。在比比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性例的基础上加上微分作用能提高稳定性, ,再加再加上积分作用可以消除余差。上积分作用可以消除余差。 容量滞后较大、负荷变化大、容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统控制质量要求较高的系统 表表表表1 1 三种控制器性能比较表三种控制器性能比较表三种控制器性能比较表三种控制器性能比较表 1.临界比例度法 二、控制器参数的工程整定 按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例度、积分时间TI和微分时间TD。 方法方法方法方法理论计算的方法和工程整定法。 几种常用的工程整
4、定法几种常用的工程整定法几种常用的工程整定法几种常用的工程整定法 先通过试验得到临界比例度k和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 图1 临界振荡过程控制作用比例度/%积分时间TI/min微分时间TD/min比例比例+积分比例+微分比例+积分+微分2k2.2k1.8k1.7k0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk表 2临界比例度法参数计算公式表特点特点特点特点 比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。 对于临界比例度很小的系统不适用。对于临界比例度很小的系统不适用。 对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统
5、本方法亦不适用。 通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。图241和101衰减振荡过程控制作用/%TI/minTD/min比例s比例+积分1.2s 0.5TS比例+积分+微分0.8s 0.3TS0.1TS控制作用/%TI/minTD/min比例s 比例+积分1.2s 2T升比例+积分+微分0.8s 1.2T升0.4T升表341衰减曲线法控制器参数计算表表4101衰减曲线法控制器参数计算表2.2.2.2.衰减曲线法衰减曲线法衰减曲线法衰减曲线法 在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。在达到稳定后，用改变并将比
6、例度预置在较大的数值上。在达到稳定后，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至出现减比，然后从大到小改变比例度，直至出现4141或或10 110 1衰减比为止。通过比例度衰减比为止。通过比例度s 和衰减周期和衰减周期T TS S, ,得到控制器的参得到控制器的参数整定值。数整定值。知识点：控制器参数整定 （1 1）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的来定，一般为额定值的5 5左右，也有例外的情况。左右，也有例外的情况。（2 2）必
7、须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的则得不到正确的S 、TS或或S和和T升升值。值。（3 3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4141衰减衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到定，就可以近似地认为达到4141衰减过程了。衰减过程了。 注意！注意！注意！注意！知识点：控制器参数整定 根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控
8、制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用、TI、TD对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。 3.3.3.3.经验凑试法经验凑试法经验凑试法经验凑试法 控制变量特 点/%TI/minTD/min流量对象时间常数小，参数有波动，对象时间常数小，参数有波动， 要要大；大；TI要短；不用微分要短；不用微分401000.3 1温度对象容量滞后较大，即参数受干扰候变对象容量滞后较大，即参数受干扰候变化迟缓；化迟缓；应小；应小；TI要长；一般需加微要长；一般需加微分分20 603 100.5 3压力对象的容量
9、滞后一般，不算大，一般不对象的容量滞后一般，不算大，一般不加微分加微分30 700.4 3液位对象时间常数范围较大。要求不高时，对象时间常数范围较大。要求不高时，可在一定范围内选取，一般不用微分可在一定范围内选取，一般不用微分20 80表5 各类控制系统中控制器参数经验数据表 整定的步骤整定的步骤整定的步骤整定的步骤（1 1）先用纯比例作用进行凑试，待过渡过程已基本）先用纯比例作用进行凑试，待过渡过程已基本稳定并符合要求后，再加积分作用消除余差，最后稳定并符合要求后，再加积分作用消除余差，最后加入微分作用是为了提高控制质量。加入微分作用是为了提高控制质量。 关键关键关键关键看曲线，调参数。看曲
10、线，调参数。知识点：控制器参数整定 图3三种振荡曲线比较图4比例度过大、积分时间过大时两种曲线比较比例度过小、积分时间过小或微分时间过大，产生的周期性激烈振荡。 如果比例度过大或积分时间过大，过渡过程变化缓慢的情形。 （2）先按表5中给出的范围把TI定下来，如要引入微分作用，可取TD(1/31/4)TI，然后对进行凑试，凑试步骤与前一种方法相同。 特点特点特点特点 方法简单，适用于各种控制系统。 特别是外界干扰作用频繁，记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。 此法主要是靠经验，在缺乏实际经验或过渡过程本身较慢时，往往较为费时。 对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，可能得出不同的参
11、数值。 在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进行的过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须重新整定。 注意！注意！注意！注意！ 例题分析整定整定方法方法特特 点点使使 用用 场场 合合临界临界比例比例度法度法方法简单、容易掌握、容易判断临界方法简单、容易掌握、容易判断临界振荡振荡; ;产生临界振荡时产生临界振荡时, ,对生产影响较对生产影响较大大广泛用于一般自动控制系统广泛用于一般自动控制系统, , 对对不允许产生等幅振荡的系统不允许产生等幅振荡的系统, ,特特别是临界比例度较小的系统不适别是
12、临界比例度较小的系统不适用用经验经验法法方法简单、方便可靠方法简单、方便可靠; ;实质上是实质上是“看看曲线、调参数曲线、调参数”, ,因此取决于现场调因此取决于现场调试经验试经验; ;对对PIDPID三作用控制器整定时可三作用控制器整定时可能花时间较长能花时间较长应用广泛应用广泛, ,特别适用于记录曲线特别适用于记录曲线不规则不规则, ,外界干扰很频繁的系统外界干扰很频繁的系统衰减衰减曲线曲线法法对生产的影响较小对生产的影响较小, ,可按一定衰减比可按一定衰减比直接整定直接整定; ;在记录曲线不规则的情况在记录曲线不规则的情况下下, ,难于判断衰减比难于判断衰减比可用于不允许产生等幅振荡的对
13、可用于不允许产生等幅振荡的对象象, ,对于外界干扰频繁、记录曲对于外界干扰频繁、记录曲线不规则的控制系统不适用线不规则的控制系统不适用 1.试总结归纳一下控制器参数整定的方法、特点与使用场合。解解解解: : : :工程上常用的整定方法的特点与使用场合列表如下: 2.图5是锅炉的压力和液位控制系统的示意图,试确定系统中控制阀的气开、气关型式及控制器的正反作用。图5 锅炉控制解：解：解：解：在液位控制系统中,如果从安全角度出发,主要是要保证锅炉水位不能太低,则控制阀应选择气关型,以便当气源中断时,能保证继续供水,防止锅炉烧坏。如果要保证蒸汽的质量,汽中不能带液,那么就要选择气开阀,以便气源中断时,不再供水,以免水位太高。 例题分析 本题我们假定是属于前者的情况，控制阀应选择气关型，为“-”方向；当供水流量增加时，液位是升高的，故对象为“+”方向；测量变送器一般都是“+”方向，故在这种情况下，液位控制器LC应为正作用方向。 在蒸汽压力控制系统中，为了保证气源中断时，能停止燃料供给，以防止烧坏锅炉，故控制阀应选择气开型，为“+”方向；当燃料量增加时，蒸汽压力是增加的，故对象为“+”方向；测量变送器为“+”方向，故压力控制器PC应为反作用方向。 例题分析谢谢观看！江苏高校品牌专业石油化工技术知识点：控制器参数整定项目八：控制器和控制规律
