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反饋控制回路如何抑制擾動

2024/5/7 7:27:43 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://www.gsipv.com/tech/5547.html

在化工生產過程中,所謂的第一性原理,實際上按三傳一反兩衡原則分析問題如果化工裝置能被研究清楚,變成一個確定性系統,那么就不會有安全事故發生。化工裝置本質上是一個復雜系統,很多內在特性并沒有被完全充分掌握,過程不確定性不可避免。作為復雜系統的一部分,以裝置自動化提升為核心目標的控制回路優化也非常復雜,PID參數整定只是控制回路優化復雜工作的一部分,這也是PID參數自整定軟件沒有工業普及的根本原因。

通過反饋控制和PID,克服工業過程中的不確定性干擾,將工藝參數穩定在目標值。是實現裝置本質安全的有效手段。反饋控制回路如何抑制擾動?本文給大家解決問題的答案。


1、不自擾

控制回路投自動,首先要盡量避免由于控制作用太強,引起的自激性有規律振蕩。自激性有規律振蕩,會導致波動在整個流程中持續傳播。一旦裝置運行中,出現工藝參數有規律的波動,不是定期作業干擾,控制回路的抗擾不足造成的,就是控制作用太強參數導致的。

PID參數太強引起整個裝置不穩定,而且又沒有找到根本原因,導致形成了早期“自動沒有手動穩”的概念。尤其是液位控制,現場大量的液位控制都存在積分作用太強,導致的有規律振蕩在系統內傳播的問題。其實只要操作人員能完成的操作都可以通過程序自動實現。


異相位振蕩、非光滑振蕩往往是控制回路本身的問題。同相位振蕩則可能是比例作用太強或外部干擾造成。關于異相位振蕩、非光滑振蕩和同相位振蕩這三種振蕩可以看《PID控制回路出現振蕩時的解決方法》。


2、抗擾

有的工藝參數明明已經被一個控制回路控制了,但是當干擾出現后還是需要人工干預。這種干預就是控制回路抗擾能力不足的表現。“行有不得,反求諸己”不等不靠不要,想方設法提高裝置的抗擾能力有兩個方法:1)使用Lambda方法進行PID參數優化;2)如果還是不行,就要重新進行工藝需求分析和控制方案改進。一般說來PID參數整定比較標準,通過參數整定,提高控制回路抗擾能力比較容易。但是想對已有的控制方案進行重新改進,以提高其抗擾能力比較困難。因為這種改進,往往牽涉到多控制回路的解耦、變量配對等深層次問題。這部分工作很多是裝置安全高效運行的關鍵,而且藝術性很高,可能需要過程控制專家的指導。要提高理解本質需求的思維方法和設計合理控制方案的認知能力。

有控制回路但是偶爾人工干預,會造成干擾沒有被充分抑制,從而引起裝置波動。控制回路出工不出力也是一種“假自動”,是很多提供PID整定服務的公司容易犯的錯誤。當真正的干擾出現時,這種PID參數會增加裝置的安全風險。應該把有控制回路,但是偶爾需要干預幫助的控制回路,放到更高優先級去解決掉。


3、消除干擾

由于自身原因或者干擾復雜性,當出現控制性能始終不能滿足要求時。通過設備或者儀表提高本質抗擾能力,或者想辦法在源頭上消除干擾,才能提升控制性能。一般說來,如果操作工的操作,能夠確保工藝參數穩定在目標值,則更換設備,消除干擾不是必要的。

認為工藝或者儀表有問題,建議更換要非常謹慎,因為這些改進,也可能達不到預期。操作工不能處理的干擾,才是真正的需要消除的干擾。這個決定與投資有關。工程師要學會使用有限的資源實現合適的目標。結構、約束和取舍是工程師思維的三個核心特征,簡單說就是發揮聰明才智,花小錢辦大事。


控制回路評價:抗擾不自擾、操作干預少;
過程控制工程師要求:會整定、有方案、不犯錯。

作者:馮少輝博士

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