DCS中的PID控制器参数自整定技术初探

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1、DCS中的PID控制器参数自整定技术初探李平康文摘在分析现有DCS中PTD控制系统参数整定技术的基础上,提出用Mat1ab开发独立软件包进行DCS中PID参数在线自整定的方法，结合工程SAMA控制系统结构和电厂大迟延对象给出了一种极点匹配的自整定算法，分析了该算法在DCS中的应用技术，并给出了计算机仿真实例。关键词分散控制系统(DCS)PTD控制器参数自整定SAMA结构PreliminaryStudyonAutomaticRegulativeTechnologyofPIDControllerParametersinDCS在火电厂等过程工业控制系统中，由于受控对象和环境

2、的复杂性、变化性及不确定性，往往难以建立精确的数学模型，这给有效控制带来很大的困难。一个闭环控制系统在构成之后，控制器参数整定的优劣将是决定该闭环控制系统运行品质的主要因素。计算机技术的引入将控制系统带入了智能时代。自动化技术已促使生产过程控制向智能化发展。现代工业企业已广泛采用了分散控制系统(DCS)oDCS具有很强的过程控制和管理功能，不仅可以实现前馈、超驰、比值、串级、解耦等各种初级先进控制算法，也可采用基于模型的先进控制算法。目前典型的有：TDC3000中的HPC(滚动预测控制)软件、MAX-1000中的自适应算法功能、TERMPERMME中的状态估计及预测算

3、法、Tnfi-90±的LTS(冋路整定系统)等。然而，不管采用何种先进控制技术，PID控制在DCS系统屮仍占据主导地位。工业过程的先进控制技术往往以DCS或控制仪表的常规P1D控制为基础。在P1D控制中，一个关键的问题就是PID参数整定。传统的方法是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定原则来确定PID参数。工程上有时单凭经验，在系统调试吋估计给出PTD参数值。然而由于设备运行中负荷变化、噪声及各种因素等干扰，引起对彖模型参数变化较大甚至模型结构改变，要求PII)参数能在线调整。P1D控制器参数的自整定技术已在工业部门中得到了广泛应用，许多DCS装置中都有了PID自

4、整定功能。如贝利Infi-90中的参数自整定，整定原则为内模控制原理;FOX1/A的自整定EXACT功能组件,釆用Z-N方法;以及西门子TELEMERMAS230的PC16-11自适应功能块，BBC公司的ProcontrolTT算法等。但是这些PII)自整定调节器和软件并没有大面积地推广应用，各个公司对PID自整定的技术都有所保留，使许多技术人员对自整定的认识不深入，使许多的回路述停留在经验整定的水平上。近年来由于电厂热控装置类型多、型号新，缺少有经验的技术人员，而且经验整定麻烦，所以有些回路常因整定不好干脆手动。为帮助工程技术人员理解DCS系统的PTD自整定技术，本

5、文将给岀一种利用Matlab实现的可用于分散控制系统(DCS)结构的、按工程SAMA图标准描述的PID控制器参数自整定方案。在介绍极点匹配的闭环运行自整定技术、P1D参数的自整定工作原理、自整定工作过程的基础上，讨论了在DCS中实现PID参数自整定的方案，并给出了计算机仿真实例。1PID参数在线自整定技术PTD控制算法的参数整定有多种方法，最具代表性的可分为3种:第一种是基于K.J.Astrom等人提出的砰砰测试信号法，又称为极限循环法,它将传统的开环阶跃测试整定技术用于一些在控制中能够经受扰动变化的过程。典型产品有Fisher公司的Sattcontrol继电器式自调

6、节器和Honeywell公司LOOPTUNE-II自整定软件。第二种是根据E.H.Bristrkl的模式识别法，如由Foxboro开发的Exact自调整控制器。第三种是日本YoshikazuNishikawa等提岀的特征值法，亦称探索整定法。前两种自整定技术都需要采用隐式或显式方法定义过程模型，一般需对增益、纯滞后、时间常数等模型参数进行辨识，然后通过代数整定规则给出适当的PID参数值。探索式自整定技术则完全超越了模型化方法，在观察闭环操作性能的基础上直接处理整定参数。本文将探索式自整定技术和代数整定规则结合，采用极点匹配的闭环运行数据实现PID参数自整定。闭环运行数

7、据可以从DCS的实时数据或历史数据库中得到。随着目前DCS向开放性方向的发展，优化的P1D参数可以离线存储在基于PC的工程师站上。R⑸图1控制系统设控制系统如图1,其闭环传递函数可近似为（二阶迟延系统）:式中K（qS十1用一心C(S)〜aM+2?rS+1(1)K=C^/Ar3■/〕亠打ln~-系统的数据信号备、5、Cs、At如图2所示，A为设定值R(S)的阶跃变化量。设过程可用下述模型描述(一阶迟延模型)：G竝⑸心S+1)⑸图2系统的数据信号为简单起见，闭环传递函数为：设系统在比例控制方式运行，即Gc(S)=Kc,则采用模型(5)的('(S)-心心宀