過(guò)程控制系統(tǒng)：應(yīng)用、設(shè)計(jì)與整定內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)結(jié)合具體的控制對(duì)象論述過(guò)程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、整定及其應(yīng)用問(wèn)題，包括常見(jiàn)控制回路的分析、線性與非線性調(diào)節(jié)器的選擇、復(fù)雜控制系統(tǒng)的組成、控制算法與控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和評(píng)估，以及各類(lèi)典型單元及過(guò)程的控制方案，乃到一些高級(jí)的控制系統(tǒng)，如解耦系統(tǒng)、適應(yīng)性控制和基于模型的控制等。本書(shū)巧妙地把控制理論融合于應(yīng)用之中，使過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加科學(xué)和切合實(shí)際。

本書(shū)可用作大學(xué)本科自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)師生的教學(xué)參考書(shū)，對(duì)從事過(guò)程控制應(yīng)用研究的研究生和工程技術(shù)人員也很有參考價(jià)值。

第1篇 反饋控制的基本原理

第1章 控制回路中的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)

1.1 負(fù)反饋

1.2 難以控制的環(huán)節(jié)——遲延

1.3 容易控制的環(huán)節(jié)——容積

1.4 單容加遲延

符號(hào)說(shuō)明

習(xí)題

第2章 實(shí)際過(guò)程的特性

2.1 多容過(guò)程

2.2 靜態(tài)增益

2.3 生產(chǎn)裝置的測(cè)試

符號(hào)說(shuō)明

參考文獻(xiàn)

習(xí)題

第3章 一些常見(jiàn)回路的分析

3.1 流量控制

3.2 壓力控制

3.3 液位與水力共振

3.4 成分控制

2.5 溫度控制

3.6 小結(jié)

符號(hào)說(shuō)明

參考文獻(xiàn)

習(xí)題

第2篇 反饋調(diào)節(jié)器的選擇

第4章 線性調(diào)節(jié)器

4.1 性能準(zhǔn)則

4.2 擾動(dòng)

4.3 PI和PID調(diào)節(jié)器

4.4 基于模型的調(diào)節(jié)器

4.5 斷續(xù)控制回路

4.6 數(shù)字控制

符號(hào)說(shuō)明

參考文獻(xiàn)

習(xí)題

第5章 非線性控制環(huán)節(jié)

5.1 閉合回路中的非線性環(huán)節(jié)

5.2 非線性相移環(huán)節(jié)

5.3 各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器

5.4 復(fù)式系統(tǒng)的概念

5.5 非線性PID調(diào)節(jié)器

符號(hào)說(shuō)明

參考文獻(xiàn)

習(xí)題

第3篇 多回路系統(tǒng)

第6章 利用多回路改善控制

6.1 串級(jí)控制

6.2 多輸出控制系統(tǒng)

6.3 選擇性控制回路

6.4 適應(yīng)性控制系統(tǒng)

6.5 小結(jié)

符號(hào)說(shuō)明

參考文獻(xiàn)

習(xí)題

……

第4篇 應(yīng)用

附錄A 圖形符號(hào)說(shuō)明

附錄B 習(xí)題解答

附錄C 本書(shū)所涉及的工程單位及其轉(zhuǎn)換

內(nèi)容索引2100433B

PID控制算法(ProportionalIntegral-Differential，比例一積分一微分)作為一種最常規(guī)，最經(jīng)典的控制算法，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的實(shí)踐檢驗(yàn)。因?yàn)檫@種控制具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，對(duì)模型誤差具有魯棒性及易于操作等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中又較易于整定，所以它在工業(yè)過(guò)程控制中有著廣泛的應(yīng)用 。有調(diào)查表明，在煉油、化工、造紙等過(guò)程超過(guò)11,000個(gè)控制器中，有超過(guò)9796的控制器是PID類(lèi)控制器 ,PID控制器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用也在增長(zhǎng)[6]。

PID整定Z - N參數(shù)整定法

Ziegler-Nichol響應(yīng)曲線法 ，是根據(jù)被控對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線獲取被控對(duì)象的模型式(1)，根據(jù)模型的增益K，時(shí)間常數(shù)T以及純滯后時(shí)間，再利用如下的經(jīng)驗(yàn)公式(2)整定PID控制器參數(shù)。

公式（1）：

公式（2）：

一般來(lái)說(shuō)由于Z-N整定的PID控制器超調(diào)較大。為此C.C.Hang提出改進(jìn)的Z-N法[8]，通過(guò)給定值加權(quán)和修正積分常數(shù)改善了系統(tǒng)的超調(diào)。這種方法被認(rèn)為是Z-N法最成功的改進(jìn)。

Ziegler-Nichols臨界振蕩法只對(duì)開(kāi)環(huán)穩(wěn)定對(duì)象適用。該方法首先對(duì)被控對(duì)象施加一個(gè)比例控制器，并且其增益很小，然后逐漸增大增益使系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定振蕩·則此時(shí)臨界振蕩增益就是比例控制器的數(shù)值K,，振蕩周期就是系統(tǒng)的振蕩周期凡，然后根據(jù)公式(3)整定PID控制器參數(shù)。

公式（3）：

類(lèi)似的整定方法有Cohen-Coon響應(yīng)曲線方法[9]，該方法同Ziegler-Nichols響應(yīng)曲線法操作相同，只是整定公式不同，其整定公式如式(4)：

公式（4）：

PID整定基于誤差性能指標(biāo)的整定方法

為評(píng)價(jià)控制性能的優(yōu)劣，定義了多種積分性能指標(biāo)，基于誤差性能指標(biāo)的參數(shù)整定方法 是以控制系統(tǒng)瞬時(shí)誤差函數(shù)e(θ,t)的泛函積分評(píng)價(jià)Jn(θ)為最優(yōu)控制指標(biāo)，它是評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)性能的一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的一種綜合性能指標(biāo)，一般以誤差函數(shù)的積分形式表示。其中Jn(θ)的基本形式如式(5)：

公式（5）：

n=0,m=0IAE

n=0,m=2ISE

n=1,m=2ISTE

Jn(θ)可以是ISE,1AE,1STE,1TAE等，然后經(jīng)過(guò)尋優(yōu)，搜索出一組PID控制器參數(shù)Kc，Ti，Td，使Jn(θ)的取值為最小，此時(shí)的PID控制器參數(shù)為最優(yōu)。

PID整定內(nèi)模整定

根據(jù)內(nèi)?？刂葡到y(tǒng) , 與常規(guī)反饋控制系統(tǒng)間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系，必要時(shí)對(duì)模型進(jìn)行降階簡(jiǎn)化處理，便可完成IMC-PID設(shè)計(jì)

圖中Gp(s)為實(shí)際被控過(guò)程對(duì)象，Gm(s)為被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，即內(nèi)部模型，Q(s)為內(nèi)?？刂破?，它等于Gm(s)的最小相位部分的逆模型。u為內(nèi)?？刂破鞯妮敵觯瑀，y，d分別為控制系統(tǒng)的輸入、輸出和干擾信號(hào)。

為抑制模型誤差對(duì)系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，在控制器中加人一個(gè)低通濾波器F(s)，一般F(s)取最簡(jiǎn)單形式如下：

公式（6）：

式中階次n取決于模型的階次以使控制器可實(shí)現(xiàn)，r為時(shí)間常數(shù)。則內(nèi)?？刂频刃У目刂破鳛椋?

公式（7）：

對(duì)于如式(1)表示的一階加純滯后過(guò)程，采用一階Pade近似，得到如下模型：

公式（8）：

將式(8)的最小相位部分代入式(7)，可得到如下的PID控制器參數(shù)：

公式（9）：

安全閥的整定壓力一般不大于壓力容器或管道的設(shè)計(jì)壓力。

安全閥的整定壓力，除了工藝有特殊要求外，為正常工作壓力的1.10倍，最低為1.05倍。