控制系统的工程整定方法

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1、控制系统的工程整定方法在自动控制系统方案确定，控制器和控制机构已经选定并安装好以后，控制质量将主要取决于控制器的参数选择，控制器的参数确定即为控制系统的整定。控制系统整定的任务就是根据控制对象的特性及控制系统的结构选择最佳的控制器参数及其他仪表参数，使控制过程具有最佳的品质指标。一、PID控制器参数的工程整定在火电机组的控制工程中，常用控制规律是PID，因此，本节主要介绍PID控制器的整定。PID控制器是一类通用的自动控制装置，它适用于各种生产和受控对象的控制。PID控制器的三个参数—比例系数Kp(或比例带δ，δ=1/Kp)、积分时间Ti、微分时间Td都

2、是可以调整的，即可以“整定”的。由于受控过程的动态特性是各不相同的，只有将PID控制器的参数整定到与受控过程的动态特性相匹配时，才能满足生产过程对控制系统所要求的性能指标。PID控制器的参数整定方法有凭操作人员经验的人工整定，有根据仿真模拟试验得到的最佳整定参数来整定，有根据理论计算来整定，还有根据试验和理论计算相结合的自整定，以及根据试验和经验公式相结合的工程整定等。本节将介绍常用的三种工程整定法—衰减曲线法、Z-N法(Ziegler-Nichols于1942年提出)及实际经验法。(一)衰减曲线法衰减曲线法是一种根据受控过程在只有比例控制作用下的具有一

3、定衰减率驴的、由衰减振荡曲线的参数夙和振荡周期Ts来确定各类控制器整定参数的方法。其中式中σp—衰减振荡曲线的最大超调量；σp’—第二个波峰(见图1—19)；δs—比例控制作用的比例带。(1)先把控制器参数设置Ti=∞，Td=0，δ放在较大值，这时控制器只有比例控制作用，比例系数Kp=1/δ。(2)逐渐减小δ值作阶跃响应试验，直至出现衰Ψ=0.75(即σp’/σp／=1／4)的衰减振荡过程。(3)记下比例带δs和振荡周期Ts。最后，控制器的整定参数就可按表1—1来确定。(二)Z-N法Z-N法是一种根据受控过程(或称受控对象)的阶跃响应特性结合经验公式来计

4、算控制器整定参数的方法。它又分成受控过程为无自平衡能力型和有自平衡能力型两种情况。1．受控过程为无自平衡能力型图1-20中，τ为迟延时间，ε=tanα为飞升速度。利用τ和ε通过表1-2的整定计算公式，就可以得控制器得整定参数δ、Ti和Td。2．受控过程为有自平衡能力型有自平衡能力的受控过程如图1-21所示。图1—21中，τ为延迟时间，T为常数，K为比例系数。利用τ、T和K的值及τ／T的比值就可以由表1—3和表1—4的整定公式确定控制器的整定参数τ、Ti和Td。(1)当τ／T<0.2时，见表1—3。(2)当0.2<τ／T<1.5时，见表1—4。(三)实际

5、经验法上述两种工程整定方法最大的优点是简单方便，因此，很适合于生产现场。但是，无论是衰减曲线法还是Z-N法，所确定的控制器整定参数都是初步的，还需在现场调试中予以修正。而在火电机组热工控制工程中，通过长期实践，人们总结了一套参数整定的经验，称之为经验法。经验法可以说是根据经验进行参数试凑的方法，它首先根据经验设置一组控制器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察控制过程；如果过渡过程不令人满意，则修改控制器参数，再作阶跃扰动试验，观察控制过程；反复上述试验，直到控制过程满意为止。经验法整定参数的具体步骤可以归纳如下：(1)将控制器的

6、积分时间Ti放到最大，微分时间Td置于最小，据经验设置比例系数Kp值。将系统投入闭环运行，稳定后作阶跃扰动试验，观察控制过程，若过渡过程有所希望的衰减率(Ψ=0.75～0.9)则可，否则改变比例系数Kp值，重复上述试验。(2)将控制器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入使系统的稳定性下降，这时应将比例系数Kp值适当减小，一般为纯比例作用的1／1.2倍。作阶跃扰动试验，观察控制过程，修改积分时间重复试验，直到满意为止。(3)-保持积分时间不变，改变比例系数，看控制过程有无改善，若有改善则继续修改比例系数，如无改善则反方向修改比例系数直到满意

7、为止。保持比例系数不变修改积分时间，同样反复凑试直到满意为止。如此反复凑试，直到有一组合适的比例系数和积分时间。(4)对于采用PID的控制器，在进行完上述调整试验后，将微分时间Td由小到大地调整，观察每次试验过程，直到满意为止。二、热工控制系统的其他整定除了PID参数整定以外，在实际热工控制系统中，其他环节的正确整定也是同样重要的，如果这些环节整定不正确，将会前功尽弃。这些环节主要有以下几个方面：1．跟踪控制系统投入自动时，首先应避免出现扰动，也就是常说的要“无扰切换”。要做到这一点，必须实现跟踪功能，即在系统处于手动状态时，控制器的输出应自动跟踪操作器

8、的输出，否则当系统投入自动时将引起系统扰动。把操作器人为地切到手动或工况不允许系