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常规硅碳棒控制系统原理

    硅碳棒控制是最早发展起来的控制策略之一,其算法和控制结构都是比较简单,而且十分适应于工程应用背景,迄今为止己经具有几十年的应用经验。直到目前,大多数的工业控制回路仍应用着各种形式的硅碳棒控制算法。究其原因有:该算法蕴涵了动态控制过程中的过去、现在和将来的主要信息,且其配置几乎最优;适应性好,有较强鲁棒性;算法简单明了,有较完整的设计和调整方法,易为工程技术人员所掌握。然而它有一个缺点就是不适用于有大滞后的控制对象硅碳棒控制器是一种基于偏差的“过去、现在和未来”信息估计的有效而简单的控制算法。常规硅碳棒控制系统原理如图2.4所示。整个系统主要由硅碳棒控制器和广义被控对象(含调节阀和测量仪表)组成。作为一种线性控制器,硅碳棒控制器根据给定值:和实际输出值y构成控制偏差即然后对偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制。由图2.4可得到硅碳棒控制器的理想算法为或者写成传递函数的形式为:其中,K p ,T,.和T分别为硅碳棒控制器的比例增益·积分时间和微分时间。硅碳棒控制器各校正环节的作用[X22]如下:
    ①比例环节:及时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减小偏差。控制作用的强弱取决于比例系数Kp。缺点是对于具有自平衡能力的被控对象存在静差。增大K*比例控制值将会减小静差,但是K*值过大,会导致系统超调增大,使系统的动态性能变坏。
    ②积分环节:能对误差进行记忆并积分,有利于消除系统的静差。不足之处在于积分作用具有滞后特性,积分作用太强会使控制对象的动态品质变坏,会导致闭环系统的不稳定。
    ③微分环节:能反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间。缺点是对干扰信号同样敏感,使系统对干扰的抑制能力降低。
    硅碳棒控制器参数的工程整定,就使控制器获得最佳参数,即过渡过程要有较好的稳定性与快速性。一般希望调节过程具有较大的衰减比,超调量要小些,调节时间越短越好,没有余差。对于定值控制系统,一般希望有4:1的衰减比,即控制过程的响应曲线振荡一个半波就大致稳定。当对象时间常数太大,调整时间太长的时候,可采用10:1衰减比。对于硅碳棒作用的控制器,整定的参数有比例度8,积分时间T,和微分时间TD三个参数。
    最常用的工程整定方法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法和反应曲线法等。临界比例度法是应用较广的一种整定调节器参数的方法,特点是不需要求得被控对象的特性,可以直接在闭环情况下进行参数整定。临界比例度法的整定步骤如下:①取界二二,几二0,比例度占取较大数值(一般可取100%以上),系统按纯比例控制投入运行,稳定后,逐步地减小比例度,在外界输入作用下(给定或干扰的变化)下,观察过程变化情况,直到系统不稳定出现幅值不变的振荡为止,记下此时比例度咨、和振荡周期TK。它们分别称作为临界比例度和临界振荡周期。②根据占、和乓,按表2.1中所列的经验算式,分别求出3种不同情况下的控制器最佳参数值。③将比例度放到比计算值略大一些的刻度上,然后由大而小将积分作用TI加入;TD由小而大将微分作用加入。④将比例度调到计算值上,观察运行,适当调整,使过渡过程达到指标要求。此法简单明了,容易判断整定质量,因而在生产上应用较多,但是当工艺上被控变量不允许出现振荡的时候则不宜采用。www.sdzygw.com

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