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流量控制回路PID參數整定

2024/3/13 20:08:26 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://www.gsipv.com/tech/5404.html

在工業生產過程中,被控對象除了有慣性滯后外,往往不同程度地存在純滯后。當純滯后時間τ與被控對象時間常數T之比τ/T≥1時,被控對象被稱為大純滯后對象或純滯后主導對象。純滯后和時間常數的比值大才是大純滯后對象,純滯后時間大不一定是大純滯后對象。

流量是過程控制中數量占比最大的重要工藝參數。使用調節閥控制流量時,被控對象的時間常數往往都比較小,此時如果整個過程中存在純滯后導致τ/T≥1,那么這個流量被控對象就是一個大純滯后對象。


和流量類似的自衡對象控制回路進行參數整定時,首先整定比例增益以保證基本的穩定性,然后加必要的積分時間以消除余差,在大部分情況下這種方法很有效。使用Lambda整定方法對大純滯后被控對象的PID參數進行整定,我們有一個普遍的流量控制回路PID推薦參數。


圖1是一個典型的流量控制回路開環階躍響應曲線。從響應曲線可以看出,由于流量被控對象的時間常數非常小,這個流量就是一個大純滯后對象。

流量開環階躍響應曲線
圖1 流量開環階躍響應曲線


有些集散控制系統默認的PID參數為1/20/0[比例增益/積分時間(s)/微分時間(s)]。很多流量控制回路都能直接使用該參數進行控制,但是對于上面的流量被控對象,控制回路采用默認參數時,其設定值階躍響應如圖2所示。同相位振蕩非常明顯,響應曲線說明比例作用太強了,這和被控對象的純滯后時間有關。純滯后時間與時間常數的比越大比例增益應該越小,否則容易導致同相位振蕩。

流量被控對象使用默認參數(1/20/0)的控制性能
圖2 流量被控對象使用默認參數(1/20/0)的控制性能


這說明在這種情況下,即使對流量控制回路采用默認參數也不能取得令人滿意的控制性能,還是要根據被控對象的特性合理選擇參數。為了控制這類快速對象,推薦的PID參數為0.25/20/0。針對過程控制中常見的流量控制回路,使用這一參數的控制器的魯棒性會得到改善,同時控制性能也能令人滿意。


流量控制回路使用弱比例、強積分的PID參數,適用范圍更寬、控制器魯棒性更好,是一種綜合考慮了可能存在的大純滯后特性的合理選擇。針對這個流量控制回路使用推薦的PID參數,其控制性能如圖3所示。

流量被控對象推薦默認參數(0.3/12/0)的控制性能
圖3 流量被控對象推薦默認參數(0.3/12/0)的控制性能


使用推薦的PID參數的流量控制回路更魯棒,能適應更大的純滯后時間對流量控制回路的影響。如果對流量控制的響應速度要求不高,推薦PID參數適用范圍更廣。如果對流量控制回路的性能有更高要求,例如流量控制回路作為串級控制的副控制回路,則要進行開環階躍測試并用Lambda方法進行整定。


最優的PID參數要綜合考慮控制回路的特性和控制要求,基于Lambda整定方法給出。

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