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通过了解自我调节、整合和失控过程才能更好地控制过程
编辑: 来源: 发布时间:2018-11-28
    工业中遇到的三种类型的过程响应是基于开环测试定义的,其中澳门葡京娱乐厂的PID处于手动或远程输出,因此PID没有响应过程(没有闭环响应)。在控制器输出中进行步进改变。观察过程响应直到可以识别过程。在测试期间,应该没有干扰,因此看到的过程响应完全是PID输出的阶跃变化的结果。
    这三种过程是自我调节,整合和失控。由于过程中的负反馈,自我调节过程将减速到新的稳态操作点(见图)。整合过程将不断从过程中缺乏反馈开始。失控过程将加速,直到由于过程中的积极反馈而达到减压或互锁设置。随着过程中负反馈的程度(自我调节程度)降低,需要来自PID控制器的更多负反馈动作(通过更高增益设置的更多比例动作)。为了估计环路性能和调整设置,用于识别每种响应类型的参数是增益,时间常数和死区时间。参数的定义取决于响应的类型。这些术语在行业中具有替代名称。例如,“滞后”用于时间常数,“延迟”用于死区时间,“灵敏度”用于增益。
 
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观察到的反应
    在这些测试中观察到的响应包括模拟输出,最终控制元件(例如,控制阀或变频器),过程,传感器,变送器,模拟输入以及PID输入的过程变量(PV)的响应。观察到的响应包括自动化系统中速度限制,死区时间,时间常数和增益的影响。更好的术语是“开环响应”而不是“过程响应”,因为观察到的响应几乎包括循环响应中的所有内容。此外,在响应中创建特定动态的各个参数的来源应该在该术语之前(例如,阀死区时间和测量死区时间)。
    
    所有进程都有一个死区时间,即输出中的步骤更改和进程中第一个可识别的更改之间的时间间隔。噪声会延迟识别,直到偏移超出噪声范围,从而产生更长的死区时间。观察到的死区时间通常称为过程死区时间。观察到的死区时间实在是一个总循环的死区时间(θ ?)这是所有时间常数的所有纯死区时间和等效死区时间的总和,小于第一阶(一个时间常数)加死区时间近似的循环中的最大时间常数。对于包含次级时间常数的二阶加死区时间近似,所有时间常数越小,最大时间常数产生等效死区时间。次要时间常数在死区时间之后马上在初始响应中创建弯曲。随着时间常数与最大时间常数之比变小,等效死区时间从时间常数的30%增加到99%。与最大时间常数相比较小的时间常数总计为基本上100%死区时间。
    大家将在未来关于环路性能的帖子中看到,峰值的最终限制和积分误差分别与死区时间和死区时间平方成正比。如果没有死区时间且没有噪音,则可以完美控制。
额外延迟
    在这些开环响应中没有看到从闭合循环操作中经历的额外延迟,从输出信号通过死区(间隙),阈值灵敏度(静摩擦)和最终控制元件的分辨率限制所花费的时间(例如, , 控制阀)。测试使用大于这些限制的阶跃变化。在闭环操作中,输出的阶跃变化可以发生在设定点的阶跃变化,但随后的闭环动作从过冲或干扰中恢复涉及输出的逐渐变化。来自这些极限的额外死区时间可以近似为极限除以信号的变化率(例如,阀门死区除以PID输出的变化率)。
 
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自我调节过程响应
    开环时间常数(τ ò)是最大时间常数(即主时间常数)加上较小时间常数的任何部分,不作为次要时间常数或有效死区时间。虽然通常称为过程时间常数,但最大的时间常数可以出现在循环中的任何位置。对于液体压力和流量回路,最大时间常数通常在自动化系统中的某处(例如,阀门,传感器,变送器或DCS)。理想情况下,最大时间常数是扰动和操纵流进入过程下游过程的主要时间常数。大家将在关于循环性能的部分中看到,这种主要时间常数的影响是有益的。峰值和积分误差的最终极限与该主要时间常数成反比。主过程时间常数减慢了扰动的偏移,为PID提供了时间,以便赶上它。如果最大时间常数在测量中,则趋势图振荡可能看起来更好,因为振幅通过测量时间常数的滤波效应而衰减。在开环测试中,您无法辨别最大时间常数的位置。
    第二大的时间常数被称为次级时间常数(τ 小号)。由于温度过程中的传热表面和热套管滞后以及浓度或pH过程中的混合或电极滞后,次级时间常数可能非常大。
控制元件,过程和测量增益
    开环增益(K o)是最终控制元件,过程和测量增益的乘积。考虑一个带控制阀的回路。最终控制元件增益(流量变化除以%PID输出的变化)是阀门安装特性曲线的斜率。过程增益(过程变量的变化除以阀门流量的变化)是过程变量与阀门流量的关系曲线的斜率。测量增益(%PID输入的变化除以过程变量的变化)是100%除以测量范围。
    由于PID算法使用%信号,开环增益的计算必须涉及%信号,尽管PID块和图形显示PID过程变量,而在某些DCS中,PID输出以工程单位显示。自调节过程由总回路死区时间,开环时间常数和称为稳态增益的开环增益定义(见图)。次要时间常数可用于描述响应中的初始滞后(弯曲)。开环增益是稳态增益,即PID输入从其初始值到其最终值的百分比变化除以PID输出的%变化,给出无量纲增益。液体压力和流动回路具有自我调节响应。连续成分,pH值,温度回路具有自调节过程响应,但大型混合容器的过程时间常数非常大,以至于在PID感兴趣的时间范围内(4个死区时间),响应类似于积分过程的斜坡。对于调整和分析,将时间常数远大于总循环死区时间的自调节过程视为“近似积分”是有用的。下一篇文章将详细先容积分过程和失控过程的动态响应。
选择调整规则
    确定流程响应的类型并相应地选择调整规则。对流程进行步骤更改,以确定总死区时间,开环增益和辅助时间常数。如果过程在PID响应的主要部分的时间范围内减速(响应开始后的四个死区时间),则该过程可以被分类为自我调节。对于此过程响应,还需要识别主时间常数,并使用自调节过程调整规则,注意使用PID结构和调整以最小化控制器输出中的大的突然变化。在这些过程中,可能不需要将PID输出过驱动超过其最终静止值。

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