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什么是比例,积分和衍生物控制?

介绍

本机的目的是描述使用比例,积分和衍生物控制。该课程还介绍了更新的控制方法;级联,比例,馈电,自适应和多变量。

比例控制作用

基本连续控制模式是“比例控制”。随着比例控制,控制器输出与对控制器的误差输入信号成像成比例。控制器的简单框图模型显示了这一点。

比例控制作用

在这种情况下,控制器输出是控制器的增益(K)乘以误差信号(E),或者

O / P =柯

该等式称为控制算法。k的值可以在较旧的气动设备上手动设置。在现代DCS系统上,它使用计算机程序设置。

调整许多工业控制器上增益的机制以比例带(PB)表示。比例频带被定义为输入的值的跨度,其对应于输出中的完整或完全变化。这通常表示为百分比,与比例增益相关:

Pb = x 100%

在这种情况下,控制器输出是控制器的增益(K)乘以误差信号(E),或者

O / P =柯

该等式称为控制算法。k的值可以在较旧的气动设备上手动设置。在现代DCS系统上,它使用计算机程序设置。

调整许多工业控制器上增益的机制以比例带(PB)表示。比例频带被定义为输入的值的跨度,其对应于输出中的完整或完全变化。这通常表示为百分比,与比例增益相关:

PB =(1/增益)x 100%

在实际应用中,宽频带(PB百分比高)增益低,窄频带增益高。有很多方法可以显示不同比例的频带的影响。图中显示了一个示例

比例控制作用

比例控制非常简单。它是连续控制模式中最容易调整的,因为只有一个值要调整。它非常稳定,并能快速响应变化。

然而,比例控制有一个很大的缺点。在稳态时,显示“偏移”。这意味着在稳态时设定值(SP)和测量变量(MV)的实际值之间存在差异。

积分(重置)控制操作

RESET(积分)动作提供了一种值,取决于误差信号的大小。它与比例控制不同,因为它将继续取消任何错误,直到偏移量为零。

复位(积分)控制动作与比例控制动作相结合。这种组合称为比例-复位或比例-积分动作(PI控制)。这种组合提供了一个稳定的控制动作,响应迅速,没有偏移。

积分(重置)控制操作

上图显示了P&I控制的动作。应用积分动作的速率取决于复位时间调整。这是根据制造商的每分钟重复或分钟的重复或分钟测量。下面的简单图表用于显示这意味着什么。

积分(重置)控制操作

在上面的图中,重置动作在一分钟内重复比例动作两次。因此,复位时间是每分钟每分钟重复或每重复0.5分钟

衍生物(速率)控制动作

微分(速率)控制动作产生与误差信号变化的速度(速率)成正比的输出信号。这种类型的控制只在循环响应非常慢的时候使用。对快速响应变化的循环使用导数控制是危险的。输出移动太快到一个最大值或最小值,并可能在被控制的过程中产生冲击波。

微分控制作用只用于比例和积分作用。这三种控制模式一起提供了所谓的比例-积分-微分控制行动,(PID控制)。

图中显示了PID控制对误差信号中一个阶跃变化的影响。

衍生物(速率)控制动作

输出信号是三种控制动作的组合。请注意,利率调整改变了微分信号应用的时间。一些制造商称派生行动为“预行动”,因为它只在开始时产生一个信号,以加快反应时间。

旧类型的控制器(例如Foxboro气动类型43AP或SPEM 200模拟电气/电子)将PID控制与误差信号上操作的单个单元相结合。然而,现代微处理器控制器使用大量的PID控制,而是以不同的方式使用。下面的框图显示了差异。

旧和现代控制器之间的区别

1.型控制器

框图显示了一个典型的老式PID控制器。如果设定值发生改变,导数动作会引起输出中较大且不稳定的变化。D只用于非常慢的循环。

2.现代DCS控制器

框图显示了一个典型的基于微处理器的DCS.控制器。导数作用仅适用于测量值的变化。设置点的变化不受派生动作的影响。该方法能更好地响应工艺变化,控制更准确。注意,PID设置是用计算机程序更改的。此程序必须具有“算法”的控制器特性

控制系统的主要特征

开/关控制

  • 便宜的
  • 非常简单
  • 适用于对大容量(体积)系统的控制。
  • 过程变量围绕设定值循环。
  • 控制阀门都很容易磨损。
  • 不能用于小容量系统。

成比例的。

  • 简单的
  • 适合小的容量。
  • 稳定时,设置(调整)正确。
  • 快速反应。
  • 以稳态偏移。
  • 易于调谐。

比例加重置(P&):

  • 没有抵消
  • 响应时间比单独重置好
  • P&I可以降低环路的稳定性。添加重置时可能需要减少增益。

比例+复位+速率(PID)。

  • 最复杂的
  • 最贵的
  • 快速反应
  • 没有抵消
  • 难以调整
  • 最好的控制如果正确调整。

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