第2章 调节器_公式转图片.ppt

此式，为位置式PID算式。还有增量式 上式为理想PID的离散表达式。实际中，理想PID的效果往往不够好，如：理想微分部分对于高频干扰十分敏感。常将理想微分用不完全微分代替。 增量式PID算式。 连续式不完全微分： 写成差分形式： 此即为不完全微分的离散表示形式。将其替代前面理想PID中的微分部分即得较实用的PID运算式。 不完全微分部分 2.5.2 采样周期的选择 1.香农定理：对于一个具有有限频谱（-?max ? ?max）的连续信号进行采样，采样频率必须大于或等于信号所含最高频率的两倍（ ? 0?2 ?max ），即?T≤T/2。但在实际中，采样周期要比实际计算的小数倍。 ?T≤[主要扰动周期]/10 ?T≤[对象时间常数]/10 2. 在考虑对象的时间常数时，应该为广义对象的时间常数，如：在流量系统中，要将对象和调节阀及测量仪表一并考虑，此时，广义对象的时间常数应该在秒级。 3.一般的数字测控仪表采样周期为0.1~0.2s。 4.采样PI调节 许多工业对象，纯滞后时间与惯性时间常数非常大，此时，不宜采用常规PID控制，从而引入“采样PI调节器”，其调节器每隔一定时间才改变一次输出，即“调－等－调”。 在数字仪表中，实现采样PI，应该使得采样周期足够长。一般，采样周期取为纯滞后时间与惯性时间之和。 缺点：对扰动作用响应速度较慢。 2.5.3 变形的PID算法 由于采用了数字仪表，许多原来在模拟仪表中难于实现的控制功能，在数字式仪表中可以通过程序较方便地实现，以适应不同的控制对象。 1. 微分先行的PID算法（PI-D算法) 在基本PID算法中，当给定值改变时，微分作用会使得调节器输出产生急剧的跳动，又称“微分冲击”。为了改善这种操作特性，让微分对给定值不起作用，而只对测量值起作用，如下式所示： 图c在TiTd时，可以近似为图d，图d实际上相当于在基本PID的设定值通道中增加一个时间常数Td的一阶惯性环节。 2.比例先行的PID算法（也称I-PD算法） 与微分先行想法类似，同时考虑到比例作用在设定值阶跃时也会产生冲击，可以将比例也先行，即对设定值不进行比例运算。 3. 带可变型设定值滤波器SVF的PID算法 当?＝0，?＝0时：为比例先行； 当?＝1，?＝0时：为微分先行； 当?、?在0～1间取值时由比例先行到微分先行连续变化。 2.5.4 混合过程PID算法 在某些化工过程控制中，常需要控制多种产品按照一定的比例混合，得到所需要的产品，如图所示。这种控制的关键是各成分的比例，而不是瞬时流量的恒定。若采用普通PID控制，流量偏离设定值时，虽然可以通过调节马上回归到设定值，但会使得该组成分的总量少阴影部分面积对应的数量。 为了，满足此类控制的需要，希望控制特性如(b)图所示。即，正负偏差积分总和为0。 混合PID控制的原理方框： 工作原理：偏差信号先进行积分再送入PID调节器。通过PID调节可以使得偏差的积分趋近0。 2.6 单回路可编程控制器 特点：1.以微处理器为控制核心； 2.一般一个控制器只对一个控制回路进行控制； 3.除了可以接受多路模拟量和数字开关量输入，产生控制输出外，由于微处理器的引入，还可以完成很多复杂的运算控制功能，以及通信和系统自检功能； 4.与控制现场之间采用4～20mA电流信号，与控制室其他环节采用1～5V联络信号。 5.可以取代模拟仪表（如模拟PID调节器）。 SLPC：Single Loop Programmable Controller SLPC型可编程控制器电路 组成： 1.数字开关量输入、输出口（DI、DO）； 2.模拟量输入口； 3.调节器模拟量输出口； 4.CPU和RAM、ROM（系统ROM，用户ROM）及D/A等； 5.测量指示电路及通信端口； 6.键盘及编程口； 1.数字开关量输入、输出口： 共有6个DI/DO口，每个口既可以设置为输入也可以设置成输出，而且既可以接收电平型输入，也可以接收通断型输入。每个DI/DO采用的是变压器隔离方式，目的是抑制干扰的引入。 每个DI/DO的结构： 输出功能 S1始终处于断开状态。 若要输出“1”，S2做一定频率的通断切换。由于N1和N2的耦合，在N2上感应相应电压，经过VD2整流使得VT1导通，从而接通外面负载。 若要输出“0”，S2不做切换，VT1截止。 输入功能 S1始终处于接通状态。S2做不停的通断切换。 DI为“1”时（外部接点接通，电阻小；外加低电压，－0.5V~+1V），N3两端可视为短路，在S2接通时，N1上电压也为0，D上得到高电平；DI为“0”则反之。VD1还有续流作用。 2.A/D、D/A转换功能 S