高级过程控制参考

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1、高级过程控制（工程硕士）考试题1、简述在实际应用中为什么需要整定PID参数.答：控制器PID参数的整定，是自动控制系统中相当重要的一个问题。在控制方案已经确定，仪表及调节阀等已经选定并已装好之后，调节对象的特性也就确定了，调节系统的品质就主要决定于调节器参数的整定。因此，调节器参数整定的任务，就是对已选定的调节系统，求得最好的调节质量时调节器的参数值，即所谓求取调节器的最佳值，具体讲就是确定最合适的比例度、积分时间和微分时间。所以需要整定PID参数。2、举例说明采用SIMC方法整定PID参数的原理.答：①内模控制是由Garcia和Morari发展起来的一种所谓统一结构控制器

2、，即内模控制（IMC，InternalModelControl）。该结构有很多优点，所以在控制系统分析设计上得到广泛应用。内模控制器结构如图2.1所示。dr~ruqpy-~~yp~-d图2.1内模控制结构②内模控制与经典反馈控制的关系：图2.2通过方框图表示了内模控制结构与经典反馈控制结构的等效变换关系。dc+urqpy-+~p（a）dqrucpy--（b）~p~p-图2.2内模控制结构与经典控制结构的等效变换（a）内模控制结构与经典控制结构的等效变换；（b）经典控制结构与内模控制结构的等效变换。③内模控制IMC–PID通过说明内模控制原理、内模控制结构与经典反馈控制结构的

3、关系。则内模PID控制器设计如方框图所示。+r(s)y(s)qu(s)+~p其中，r(s)–y(s)是经典反馈控制器的误差项，上图简化为q(s)r(s)y(s)u(s)~1p(s)q(s)可以使用IMC设计方法来帮助我们设计一个经典反馈控制器。由上可知，经~典反馈控制器是内部模型p(s)和内模控制器q(s)的一个函数，如方程（2.1）所示。即与IMC等价的经典反馈控制为q(s)c(s)（2.1）~1p(s)q(s)基于IMC的PID控制系统的设计步骤如下：（1）寻找IMC控制器传递函数q(s)，它包含一个滤波器f(s)，使得q(s)为半真的，或使其有微分作用（q(

4、s)分子的次数比其分母的次数多1）。这是与内模控制设计方法的主要差别。在基于内模控制的方法中，为了找到一个等效PID控制器，容许q(s)为非真。（2）使用变换，寻找等效的标准反馈控制器，将该式写成两个多项式之间的比。（3）将上式表示成PID形式，寻找，，。有时该法得到一个与滞后cID项（）串联的PID控制器，即F2IDsIs11gckc（2.2）s1IF（4）对于标称模型和具有模型失配两种场合进行闭环仿真。选择一个希望的值作为性能和鲁棒性之间的折中。Eg:基于IMC的无滞后过程的反馈控制设计通过两个例子说明前面介绍的设计步

5、骤，即一阶过程和二阶过程。为简单起见，我们将去掉所有过程模型参数上面的~符号。例2.1一阶过程的IMC-PID设计。kp寻找一阶过程p(s)的IMC的PID等效表达式。ps1（1）寻找IMC控制器的传递函数q(s)，其中包含一个滤波器使得q(s)半真，即~1ps11q(s)q(s)f(s)p(s)f(s)（2-1）ks1p1s1pq(s)（2-2）ks1p（2）使用下面的转换式，求等效的标准反馈控制器，即s1pq(s)kp(s1)ps1g(s)（2-3）c1p(s)q(s)kpps1kps1s1k(s1)p

6、p而PI控制器的传递函数为s1Ig(s)k（2-4）ccsI（3）将式（2-3）重组成式（2-4）的形式，然后乘以，得pps1ppgc(s)（2-5）kpps比较式（2.1）和式（2.2），可得PI整定参数为pk（2-6）ckp（2-7）Ip综上所述，可以得出结论：对于一阶过程，由IMC-PID设计步骤可以得到PI控制器。与常规PI控制器参数整定相比，IMC-PI主要差别是整定参数不再有两个自由度（k,），仅需要调整比例增益。积分时间常数可简单设置等于过程的时cI间常数。比例增益与是反比关系，小，控制器增益大；大，

7、控制器增益小。例2.2二阶过程的IMC-PID设计。kp寻找二阶过程g的等效IMC的PID表达式。p(s1)(s1)12（1）寻找IMC控制器的传递函数q(s)，这里容许q(s)非真，因为最终要得到PID控制器，则有~1(1s1)(2s1)1q(s)q(s)f(s)gp(s)f(s)（2-8）k(s1)p（2）使用下面的转换式，求等效的标准反馈控制器，即(s1)(s1)12k(s1)2q(s)p12s(2)s1g(s)c~k1gp(s)q(s)p(