控制系统用PID调节器不易控制的主要原因
时间:2015-11-06 15:44 来源:自动控制网
| 许多控制系统是以PI（D）控制功能为中心构成的，这些过程控制都在PID调节器，系统获得良好控制效果跟PID参数设置、控制方案、PID调节器内部PID控制算法和被控系统自身特性等均有关系，自动控制网小编在本文着重分析控制系统用调节器不易控制的主要原因。 控制系统不易控制的主要原因 控制系统存在时滞时间长、响应慢、响应性发生变化、存在积分性（液位等）、多个回路间相互耦合、无超调、外部干扰大等因素，用PID调节器进行。 1、时滞时间长的过程 除时滞时间长之外，时间常数与时滞时间的比值也决定着控制的难易度。  在PID控制中，L（时滞时间）/T（时间常数）的值在1以上时（时滞时间比时间常数大），很难进行控制。时滞时间不仅是指过程的时滞时间，还包括传感器及操作端的时滞时间。在分析仪中，采样装置的时滞时间会比较长。 2、存在积分性的过程 存在积分性的过程是指蓄积液体及热量等的过程。一旦开始蓄积就不能返回原来状态，无自调节性的液位的流入控制等就是典型的例子。自调节性是指像锅炉一样，通过加热和散热的平衡调节来决定温度的过程。  3、响应慢的过程 例如: PH（由搅拌、混合、反应引起的延迟）控制、热容量大的锅炉的温度控制等。 在PID控制中，达到稳定前需要几个控制周期，如果控制周期为1小时，达到稳定有时需要4-5小时，所以就需要尽量缩短达到目标值和稳定运行的时间。 4、响应性变化的过程 随着反应的进行而发生的黏度变化、发热（或者吸热）、催化剂活性变化、热交换器灰尘附着、品种改变引起的原料更换及混合比例变更等，都会导致响应性发生变化。 通常，PID控制的稳定性足以克服这些响应性的变化，但并非所有的情况都能克服。 5、多个回路之间耦合强的过程 下图是典型的相互耦合的例子。PIC和FIC的PI常数基本相同时，回路之间会发生耦合，变得不稳定。通常，将FIC的PI常数取最佳值，降低PIC端的灵敏度，可以减少相互耦合产生的影响，使用解耦控制时，可以实现优异的控制。  6、无超调的过程 有时即使短时间地超过限制条件范围，也会对产品质量产生重大影响。 例如，在生物反应器中，即使温度一时过高，也会造成杆菌及酵母菌等死亡。在这种情况下使用批量调节器或采用模糊控制的调节器。 下图批量调节器的示例中，最初手动预设值1接近设定值SV，当测量值达到SV-ΔE时，将手动预设值2作为初始值，切换为AUTO，防止超调的发生。  在模糊控制中，温度上升时，自计算并设定比实际目标温度低的设定值，防止超调的发生。 7、外部干扰大的过程 锅炉必须对蒸汽使用量的大幅度变化做出响应，是外部干扰大的过程的典型示例。在石油精炼厂中，更换油种(例如：阿拉伯原油和中国原油的组成有很大的区别)等也会造成很大的外部干扰。在蒸馏塔控制中，气温、风、直射阳光等造成的影响也是不能忽视的。热处理炉中的受热物质的装入/取出、排水处理中的排水流量及pH变化也是很大的外部干扰因素。因此，检测外部干扰量，并根据干扰量来改变操作量的前馈控制是很有效的。 外部干扰是指从控制回路外施加的变动因素，在流量控制回路中，调节阀的上游端及下游端的压力变动是主要的外部干扰。例如，调节阀的上游端压力上升时，即使阀的开度相同，流量也会增加。通过流量传感器检测出该流量变化，使用流量调节器将调节阀的开度减少，可消除压力上升的影响。 控制回路正是为了消除这些外部干扰的影响而存在的。  高进控制 许多控制系统是以PI（D）控制功能为中心构成的，高级控制也称为优化控制或者先进控制，在仅使用PID控制器无法满足要求的情况下，可以考虑使用。 在选择控制方法时，要对包括控制的要求、经济性、过程的现状、传感器、操作端在内的整体系统进行全面的考虑。研究过程中，有时也会发现除改善控制方法以外的有效的解决方法。 |
