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控制系統用PID調節器不易控制的主要原因

時間:2015-11-06 15:44來源:www.jamespellerite.com 編輯:自動控制網
許多控制系統是以PI(D)控制功能為中心構成的,這些過程控 制都在PID調節器,系統獲得良好控制效果跟PID參數設置、控制方案、PID調節器內部PID控制算法和被控系統自身特性等均有關系,自動控制網小編在本文著重分析控制系統用調節器不易控制的主要原因。 控
許多控制系統是以PI(D)控制功能為中心構成的,這些過程控制都在PID調節器,系統獲得良好控制效果跟PID參數設置、控制方案、PID調節器內部PID控制算法和被控系統自身特性等均有關系,自動控制網小編在本文著重分析控制系統用調節器不易控制的主要原因。
控制系統不易控制的主要原因
控制系統存在時滯時間長、響應慢、響應性發生變化、存在積分性(液位等)、多個回路間相互耦合、無超調、外部干擾大等因素,用PID調節器進行。

1、時滯時間長的過程
除時滯時間長之外,時間常數與時滯時間的比值也決定著控制的難易度。
時滯時間長的過程響應 
在PID控制中,L(時滯時間)/T(時間常數)的值在1以上時(時滯時間比時間常數大),很難進行控制。時滯時間不僅是指過程的時滯時間,還包括傳感器及操作端的時滯時間。在分析儀中,采樣裝置的時滯時間會比較長。
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2、存在積分性的過程
存在積分性的過程是指蓄積液體及熱量等的過程。一旦開始蓄積就不能返回原來狀態,無自調節性的液位的流入控制等就是典型的例子。自調節性是指像鍋爐一樣,通過加熱和散熱的平衡調節來決定溫度的過程。
積分性大的過程響應 
3、響應慢的過程
例如: PH(由攪拌、混合、反應引起的延遲)控制、熱容量大的鍋爐的溫度控制等。
在PID控制中,達到穩定前需要幾個控制周期,如果控制周期為1小時,達到穩定有時需要4-5小時,所以就需要盡量縮短達到目標值和穩定運行的時間。
4、響應性變化的過程
隨著反應的進行而發生的黏度變化、發熱(或者吸熱)、催化劑活性變化、熱交換器灰塵附著、品種改變引起的原料更換及混合比例變更等,都會導致響應性發生變化。
通常,PID控制的穩定性足以克服這些響應性的變化,但并非所有的情況都能克服。
5、多個回路之間耦合強的過程
下圖是典型的相互耦合的例子。PIC和FIC的PI常數基本相同時,回路之間會發生耦合,變得不穩定。通常,將FIC的PI常數取最佳值,降低PIC端的靈敏度,可以減少相互耦合產生的影響,使用解耦控制時,可以實現優異的控制。

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容易耦合的回路示例 
6、無超調的過程
有時即使短時間地超過限制條件范圍,也會對產品質量產生重大影響。
例如,在生物反應器中,即使溫度一時過高,也會造成桿菌及酵母菌等死亡。在這種情況下使用批量調節器或采用模糊控制的調節器。
下圖批量調節器的示例中,最初手動預設值1接近設定值SV,當測量值達到SV-ΔE時,將手動預設值2作為初始值,切換為AUTO,防止超調的發生。
采用批量調節器防止超調的示例 

在模糊控制中,溫度上升時,自計算并設定比實際目標溫度低的設定值,防止超調的發生。
7、外部干擾大的過程
鍋爐必須對蒸汽使用量的大幅度變化做出響應,是外部干擾大的過程的典型示例。在石油精煉廠中,更換油種(例如:阿拉伯原油和中國原油的組成有很大的區別)等也會造成很大的外部干擾。在蒸餾塔控制中,氣溫、風、直射陽光等造成的影響也是不能忽視的。熱處理爐中的受熱物質的裝入/取出、排水處理中的排水流量及pH變化也是很大的外部干擾因素。因此,檢測外部干擾量,并根據干擾量來改變操作量的前饋控制是很有效的。 本文來自www.jamespellerite.com
外部干擾是指從控制回路外施加的變動因素,在流量控制回路中,調節閥的上游端及下游端的壓力變動是主要的外部干擾。例如,調節閥的上游端壓力上升時,即使閥的開度相同,流量也會增加。通過流量傳感器檢測出該流量變化,使用流量調節器將調節閥的開度減少,可消除壓力上升的影響。
控制回路正是為了消除這些外部干擾的影響而存在的。
外部干擾示例 

高進控制
許多控制系統是以PI(D)控制功能為中心構成的,高級控制也稱為優化控制或者先進控制,在僅使用PID控制器無法滿足要求的情況下,可以考慮使用。
在選擇控制方法時,要對包括控制的要求、經濟性、過程的現狀、傳感器、操作端在內的整體系統進行全面的考慮。研究過程中,有時也會發現除改善控制方法以外的有效的解決方法。

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