主要內容

1、主要內容,常用調節(jié)規(guī)律可編程邏輯控制器（PLC）簡介比例積分微分（PID）控制改進的PID控制算法調節(jié)器控制規(guī)律的選擇 先進過程控制策略,常用調節(jié)規(guī)律,位式控制，即兩位式邏輯開或關（ON/OFF）控制； 比例(proportional)積分(integral)微分(derivative)控制，簡稱PID控制；模糊（Fuzzy）控制；神經(jīng)網(wǎng)絡（Neural Network）控制；專家系統(tǒng)等。,可編程邏輯控制器（PLC）簡

2、介,可編程邏輯控制器（programmable logic controller：PLC）是一種數(shù)字式的電子裝置，早期專用于順序邏輯和程序控制。使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。,PLC特點,高可靠性和較強的適應惡劣環(huán)境的能力；結構緊湊；速度快；功能強；靈活通用；編程容易；維護方便。,PLC發(fā)展,采用高性能的處理器，在保證快速完成順序邏輯運

3、算的前提下，普遍增加：回路調節(jié)功能、代數(shù)運算功能、高速通訊網(wǎng)絡等。 當今的PLC已成為一個集邏輯控制、調節(jié)控制、網(wǎng)絡通訊和圖形監(jiān)視于一體的綜合自動化系統(tǒng)。,常用PLC,西門子（Siemens）S7-200/300/400、S5系列；歐姆龍（Omron）CS1、C200H、CPM系列；三菱FX系列；GE Fanuc系列等。,比例積分微分（PID）控制,過程控制中應用最廣泛的一種控制規(guī)律。計算機控制系統(tǒng)中首先采用的控制算式

4、。 實際運行經(jīng)驗及理論分析充分證明，這種控制規(guī)律在對相當多的工業(yè)對象（一階、二階）進行控制時能夠得到較滿意的結果。,模擬的PID算式,u：輸出Kp：比例系數(shù)e：偏差Ti：積分時間常數(shù)Td：微分時間常數(shù),,比例帶（度）,反映比例控制器的比例控制作用強弱的一個參數(shù)。數(shù)值上比例度等于輸入偏差變化相對值與相應的輸出變化相對值之比的百分數(shù),,比例帶（度）,可以理解為使控制器的輸出變化滿刻度（也就是使控制閥從全關到全開或相反）時，相應所

5、需的輸入偏差變化量占儀表測量范圍的百分數(shù)。 比例度δ越大，表示比例控制作用越弱。 (δ =1/Kp ）減小比例度，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但可相應地減小余差，提高靜態(tài)精度。,例題,一臺DDZ-Ⅲ型溫度比例控制器，測溫范圍為200～1200℃。當溫度給定值由800℃變動到850℃，其輸出由12mA變化到16mA。試求該控制器的比例度及放大系數(shù)。,例題,根據(jù)比例度的定義： =20%,,,,差分的PID算式 （位置

6、式）,ek ：第k次采樣所獲得的偏差信號 △ ek ：本次和上次測量值偏差的差,,差分的PID算式 （增量式）,積分系數(shù) 微分系數(shù),,增量式控制算法特點,計算機只輸出增量，把累計工作交給執(zhí)行機構承擔，誤動作??； 手動切換到自動時沖擊??； 算式中不需要累加運算，增量只與最近幾次采樣值有關。,改進的PID控制算法,積分分離的PID算法 在啟動階段或具有設定值大幅度變化的時刻，在短時間內將存在很大的偏差，運算式

7、中的積分項取值很大；在消除偏差過程中，必然導致系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調及長時間的振蕩，而且會產(chǎn)生嚴重的積分飽和現(xiàn)象，甚至損壞設備。,積分分離的PID算法,N——邏輯判斷系數(shù) N= 0 E（k）＞M ；N= 1 E（k）≤M 。M——預先設定的門限值。,,帶有死區(qū)的PID控制,只要測量值與給定值的差值在死區(qū)范圍內，調節(jié)器輸出無變化。 Y（k）= 0 當 調節(jié)器輸出不變Y（k）= Y（k）當

8、 調節(jié)器輸出變化,微分先行的PID算法,調節(jié)器采用PI規(guī)律，而將微分作用移到反饋回路上去；微分作用直接對被控量進行微分，對被控量的變化速度進行運算；在給定值變化頻繁的情況下，優(yōu)先選擇微分先行控制方案。,選擇調節(jié)器的控制規(guī)律,根據(jù)τo/To比值來選擇調節(jié)器的控制規(guī)律即當 時，選用比例或比例積分控制規(guī)律；當 時，選用比例積分或比例積分微分控制規(guī)律；當 時，采用單回路控制系統(tǒng)往往已不能滿

9、足工藝要求，應根據(jù)具體情況采用其他控制方式，如串級、前饋、采樣等控制方式。,P、I、D控制規(guī)律的特點,比例控制規(guī)律（P）：能較快地克服擾動的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來，但有余差；比例積分控制規(guī)律（PI）：應用最廣泛； 比例微分控制規(guī)律（PD）：對改善系統(tǒng)的動態(tài)性能指標，有顯著的效果。不適用于純滯后較大，測量信號有噪聲或周期性擾動的系統(tǒng)； 比例積分微分控制規(guī)律（PID）：是一種理想的控制規(guī)律，但參數(shù)整定困難。,先進過程控制策略,目前配置在

10、過程控制計算機中的先進控制策略及相應軟件主要有：多變量預測控制自適應控制（包括自適應PID控制）模糊控制及故障診斷神經(jīng)元網(wǎng)絡等。采用先進控制可以克服由于系統(tǒng)本身的時變性、非線性和外擾的隨機性等帶來的問題。,多變量模型預測控制,80年代初逐漸發(fā)展成為一項成熟的控制技術。其基本原理是利用一個過程動態(tài)模型（脈沖響應模型或ARMA模型）和可測量的信息來預測將來的過程行為，再利用滾動優(yōu)化的方法，使預測過程的響應和設計希望的響應差別為最

11、小。模型預測控制還能處理過程變量有不等式約束的情況，如當傳感器和調節(jié)器失效時，可以通過改變相應的不等式約束來解決。近年來一些商品化軟件產(chǎn)品已大量應用于石化和化工過程。,自適應控制,70年代初，已在熱工、化工對象上應用成功。利用在線最小二乘辨識律和最小方差控制律的自校正調節(jié)器，自校正PID調節(jié)器在國外都有商品化軟件。一種更簡單實用的自整定器（Auto-tuner）已配置在DCS中。它根據(jù)對象的特性自動給出PID參數(shù)，這種自整定在正

12、常工作過程中仍以固定參數(shù)PID調節(jié)器的形式工作，不進行在線參數(shù)辨識和修改控制。,模糊控制,仿照人工操作思維程序工作。首先把測量輸出的精確量模糊化，變?yōu)槟：Z言變量，由模糊規(guī)則進行模糊決策，再把模糊決策量清晰化轉變成精確量進行控制。與傳統(tǒng)控制方法相比，模糊控制無需建立數(shù)學模型，被控對象的特性和參數(shù)變化對控制質量的影響較小，對于非線性和大時滯對象采用模糊控制的效果要比PID效果好。目前國內外已有商品化軟件。,人工神經(jīng)元網(wǎng)絡,模仿人類腦