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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 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 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=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 由于衰减很快,第二个波峰 常常不易分辨,使测取衰减 周期很困难,可通过测取从 施加给定值扰动开始至达到 第一个波峰的上升时间r。 19 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 然后根据s,和r值,运用表中的经验公 式,计算出调节器参数、I,和D的数值。 具体整定步骤与4:1衰减曲线法完全相同。
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