第5讲常规控制策略ppt课件.ppt

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1、1控制器是硬件和软件的结合体，从硬件上来说，过程控制中最常用控制器有：可编程控制器（PLC）数字调节器（DigitalRegulator)工控机（IPC）集散控制系统（DCS）从软件上体现的是各种过程控制策略。2过程控制策略开关（ON/OFF）控制PID控制PID控制算法、数字PID算法PID改进算法复杂过程控制串级控制、前馈控制、解耦控制等先进过程控制（APC）预测控制、智能控制等3第五讲常规控制策略5.1开关控制5.2PID控制算法P、I、D调节原理PID调节规律5.3数字式PID算法5.4PID算法整定5.5PID改进算法5.6简单过程控制系统设计45.1开关控制（ON/

2、OFF）指通过执行器（如电磁阀）的全开或全关实现过程控制。适用于对被控量没有严格要求的场合，如要求被控量在一定范围内即可。如采用电磁阀控制液位系统，防止溢出或抽空。55.1开关控制虽然过程控制系统主要控制一些连续变化的参量（温度、压力、流量、液位等），但在实施控制时，涉及更多的变量往往是开关量，诸如启停、联锁、切换等等。实践表明，过程控制中连续变量与开关量的点数比约在1:10以上。PLC在进行开关量输入/输出控制时具有明显优势。65.1开关控制（一）PLC的特点PLC最基本功能是DI/O控制，中高档PLC普遍带有AI/O功能。当今PLC已成为一个集逻辑控制、调节控制、网络通讯和

3、图形监视于一体的综合自动化系统。PLC在过程控制中约占控制器总量的80%以上，其广泛应用的最根本原因在于它的可靠性和编程方式。7（一）PLC的特点1、PLC的可靠性PLC的最大特点即是其高可靠性，基本免维护。适合于工业极其恶劣的生产场合，如振动、噪声、粉尘、强电磁干扰等场合。PLC输入/输出一般都采用光电隔离及滤波整形电路；内配开关电源，允许电源波动范围宽；CPU冗余设计等。82、PLC的编程方式PLC最基本的编程方式为梯形图（LAD）编程。使用最广，适用于电气自动化人员。中高档PLC一般还提供：状态列表（STL）编程，适用于软件专业人员；功能块流程（FBD）编程，适用于电子专

4、业人员。中高档PLC一般采用子程序调用结构，适用于大型复杂编程。9一个实际的PLC程序结构西门子（SIEMENS）S7-300系列PLC程序结构；OB1为主程序，多级程序调用。如OB1->FC9->FC15->SFC58(SFC59)10一个实际的PLC通讯结构两台PLC各带多个远程I/O；PLC通过各自通讯模块与上位机（操作站）通讯；两台PLC之间通过总线通讯。11（二）国际著名PLC供应商PLC产品以国外产品为主，主要面向中高档PLC的供应商有：SIEMENS；GE；ABB；AB；MODICON；CITECT。主要面向中低档PLC的供应商有：OMRON；MITSUBISHI

5、；FUJI。国内市场占有率以SIEMENS最高，S7-200、S7-300、S7-400、LOGO!等。125.2PID控制算法PIDP－比例（proportional）I－积分（integral）D－微分（derivative）历史最久、生命力最强的控制算法135.2.1PID概述（一）反馈控制控制器执行器被控对象测量/变送器-+目标误差输出广义对象PID14（二）PID控制系统结构15（三）PID的特点PID控制的优点原理简单，使用方便；适应性强；鲁棒性强；控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。对模型依赖少。PID是过程控制中应用最广泛的控制规律，占控制规律总数的95%以上

6、。对相当多的工业对象（一阶、二阶）均获得了满意的控制结果。165.2.2PID调节原理（一）比例调节原理1、基本原理控制器的输出信号u与偏差信号e成比例，即：式中称为比例增益，为比例带。17（一）比例调节原理2、比例带为表示控制器输入和输出之间的比例关系，在过程控制中习惯用比例带δ来代替比例增益：式中emax–emin－偏差信号范围，即仪表量程；umax–umin－控制器输出信号范围，即控制器输出的工作范围。18（一）比例调节原理2、比例带δ的物理意义（1）如果u代表调节阀开度的变化量，δ就代表使调节阀开度改变100%，即从全关到全开时所需要的被调量的变化范围。（2）当被调量处

7、在”比例带”以内，调节阀的开度(变化)才与偏差成比例。（3）超出这个“比例带”以外，调节阀已处于全关或全开的状态，控制器的输入与输出已不再保持比例关系。19（一）比例调节原理3、比例调节的阶跃响应P调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后。输出u实际上是对其起始值（平衡点）的增量。u0的大小是可以通过调整控制器的工作点加以改变的。u020（一）比例调节原理4、比例调节的特点（1）比例调节的输出量与输入量呈一一对应的比例关系。（2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特