调节器参数的整定一般有两种方法:一种是理论计算法,即根据广义对象的数学模型和性能要求,用根轨迹法或频率特性法来确定调节器的相关参数;另一种方法是工程实验法,通过对典型输入响应曲线所得到的特征量,然后查照经验表,求得调节器的相关参数。工程实验整定法有以下四种:
1、经验法
若将控制系统按照液位、流量、温度和压力等参数来分类,则属于同一类别的系统,其对象往往比较接近,所以无论是控制器形式还是所整定的参数均可相互参考。表2-1为经验法整定参数的参考数据,在此基础上,对调节器的参数作进一步修正。若需加微分作用,微分时间常数按TD=(~
3114)TI计算。
表2-1 经验法整定参数
系 统 δ(%) 温 度 流 量 压 力 液 位 20~60 40~100 30~70 20~80 参 数 TI(min) 3~10 0.1~1 0.4~3 TD(min) 0.5~3
2、临界比例度法
图2-8 具有周期TS的等幅振荡
这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=∞,TD=0,使调节器工作在纯比例情况下,将比例度由大逐渐变小,使系统的输出响应呈现等幅振荡,如图2-8所示。
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根据临界比例度δk和振荡周期TS,按表2-2所列的经验算式,求取调节器的参考参数值,这种整定方法是以得到4:1衰减为目标。
表2-2 临界比例度法整定调节器参数
临度法的
调节器参数 调节器名称 P PI PID δ TI(S) TD(S) 2δk 2.2δk 1.6δk TS/1.2 0.5TS 0.125TS 界比例优点是
应用简单方便,但此法有一定限制。首先要产生允许受控变量能承受等幅振荡的波动,其次是受控对象应是二阶和二阶以上或具有纯滞后的一阶以上环节,否则在比例控制下,系统是不会出现等幅振荡的。在求取等幅振荡曲线时,应特别注意控制阀出现开、关的极端状态。
3、衰减曲线法(阻尼振荡法)
图2-9 4:1衰减曲线法图形
在闭环系统中,先把调节器设置为纯比例作用,然后把比例度由大逐渐减小,加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程,直至出现图2-9所示的4:1衰减过程为止。这时的比例度称为4:1衰减比例度,用δS表示之。相邻两波峰间的距离称为4:1衰减周期TS。根据δS和TS,运用表2-3所示经验公式,就可计算出调节器预整定的参数值。
表2-3 衰减曲线法计算公式
调节器参数 调节器名称 δ(%) TI(min) TD(min) - 14 -
P PI PID δS 1.2δS 0.8δS 0.5TS 0.3TS 0.1 TS
4、动态特性参数法
所谓动态特性参数法,就是根据系统开环广义过程阶跃响应特性进行近似计算的方法,即根据第二章中对象特性的阶跃响应曲线测试法测得系统的动态特性参数(K、T、τ等),利用下表2-4所示的经验公式,就可计算出对应于衰减率为4:1时调节器的相关参数。如果被控对象是一阶惯性环节,或具有很小滞后的一阶惯性环节,若用临界比例度法或阻尼振荡法(4:1衰减)就有难度,此时应采用动态特性参数法进行整定。
表2-4 经验计算公式
调节器参数 δ(%) 调节器名称 P PI PID K?TTI TD ×100% ×100% ×100% 3.3τ 2τ 0.5τ 1.1K?TK?T0.85第3章 双容水箱液位系统控制实验
3.1实验所用装置说明
3.1.1 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台
“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。它是本企业根据工业自动化及其他相关专业的教学特点,并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处,经过精心设计,多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。本装置结合了当今工业现场过程控制的实际,
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是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数,可实现系统参数辨识,单回路控制,串级控制,前馈-反馈控制,滞后控制、比值控制,解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表,DDC远程数据采集,DCS分布式控制,PLC可编程控制,FCS现场总线控制等多种控制系统,它既可作为本科,专科,高职过程控制课程的实验装置,也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。
3.1.2 THSA-1型过控综合自动化控制系统对象
实验系统总貌图如图3-1所示:
本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路:一路由三相(380V恒压供水)磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成;另一路由变频器、三相磁力驱动泵(220V变频调速)、涡轮流量计及手动调节阀组成。
(1) 被控对象:水箱、模拟管道、盘管、管道及阀门。
(2) 检测装置:压力传感器、变送器、温度传感器、流量传感器、变送器。 (3) 执行机构:电动调节阀、水泵、电磁阀、三相电加热管。
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图3-1 实验系统总貌图
3.1.3 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台
“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”主要由控制屏组件、智能仪表控制组件、远程数据采集控制组件、DCS分布式控制组件、PLC控制组件等几部分组成。
a.控制屏组件
(1) SA-01电源控制屏面板
充分考虑人身安全保护,装有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。图1-2为电源控制屏示意图。合上总电源空气开关及钥匙开关,此时三只电压表均指示380V左右,定时器兼报警记录仪数显亮,停止按钮灯亮。此时打开照明开关、变频器开关及24V开关电源即可提供照明灯,变频器和24V电。按下启动按钮,停止按钮灯熄,启动按钮灯亮,此时合上三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ、单相Ⅲ空气开关即可提供相应电源输出,作为其他设备的供电电源。
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