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整定自控系統需要注意的幾個問題

2019/10/3 12:35:59 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://www.uzmie.tw/tech/622.html

整定自控系統很多人會想到自控系統PID參數整定,云南昌暉儀表制造有限公司與大家分享自控系統現場調試干貨:整定自控系統除PID參數整定外,還應注意執行機構動作次數、PID死區、系統調節裕度、調節閥通流量、調節閥空行程、調節閥線性和系統耦合問題,才能真正讓自控系統到達最佳控制效果。
 
1、執行機構動作次數
執行機構動作次數不能過頻,過頻則容易燒壞電機。動作次數與比例積分微分作用都有關系。一般來說,合適的比例帶使得系統波動較小,調節器的輸出波動也就小,執行器波動也少;如果輸入偏差不為零,積分作用就會讓輸出一直向一個方向積下去。積分過強的話,會讓執行器一次只動作一點,但是頻繁地一點點向一個方向動作;微分作用會讓執行器反復波動。
 
一般來說,國產DKJ系列的執行器的電機耐堵轉特性較好,其他性能不一。電機在剛得電動作的時候,電流大約是正常運轉電流的5-10倍。電機頻繁動作很容易升溫,從而燒壞電機。另外對執行機構的傳動部件也有較大磨損。
 
一般來說,不管對于直行程還是角行程,對于國產還是進口,對于智能還是簡單的執行器,動作次數不大于10次/分鐘。對于一些進口執行器,尤其是日本的,次數還要減少。
 
對于執行機構是變頻調節的(這里是說純變頻調節,而不是指執行機構采用變頻電機),可以讓參數快點,因為變頻器始終處于運行狀態。需要注意的是,變頻器轉速線性不能太陡,否則變頻器輸出電流大幅度變化,影響變頻壽命。
 
2、PID死區問題
為了減少執行器動作次數,一般都對PID調節器設置死區。在死區范圍內,都認為輸入偏差為0。當超過死區后,輸入偏差才從0開始計算。死區可以有效減少執行器的動作次數。但是死區過大的話又帶來了新的問題:調節精度降低,不過對于一般的調節系統,不要求調節精度過高,精度高意義也不大。
 PID死區=3時被調量的波動   
圖1      PID死區=3時被調量的波動


 PID死區=2時被調量的波動馬上減小  
圖2     PID死區=2時被調量的波動馬上減小

 
提高死區降低精度的同時,也會降低調節系統穩定性。因為它造成了調節滯后。這一點不大容易被人理解。圖2表明了死區過大帶來的調節滯后。上面圖1和圖2兩個圖片,前半部分都是死區過大帶來調節滯后,影響系統穩定性。后半部分降低了死區,調節效果馬上有了大幅度的好轉。
 
對于串級調節系統,主調的死區可以降低甚至取消。設置副調的死區就可以降低執行機構動作次數了。
 
3、調節裕度問題
調節系統要有一個合適的調節裕度。如果執行機構經常處于關閉或者開滿狀態,那么調節裕度就很小,調節質量就受到影響。一般來說,閥門在80%以上,流量已經達到最大,所以執行機構經常開度在80%也可以說裕度減小了。
 
這里所說的閥門,包括了各種調節工質流量的機構,包括閥門、泵的調速部分等。
  
4、通流量問題
調節閥門的孔徑都是經過嚴格計算的。不過也存在計算失誤的時候。通流量過大,執行機構稍微動作一點就可能發生超調;反之執行機構大幅度動作還不能抑制干擾。所以這個問題也是個重要問題。如果通流量不合適,有些系統甚至不可能穩定運行。
 通流量過小,輸出波動較大,系統難以達到理想穩態的現象 
圖3 表明了通流量過小,輸出波動較大,系統難以達到理想穩態的現象。 
  

5、空行程問題

在一定的開度內,調節器輸出有變化,執行器也動作了,可是閥門流量沒變化,這屬于空行程問題。空行程有的是執行器產生的,也有閥門產生的。一般的機構都存在這個問題。空行程一般都比較小,可以忽略。可是如果過大,就不得不重視這個問題了。
 
解決空行程的辦法有很多,一般都在DCS內完成。當然,如果執行器和閥門能夠解決的,要以硬件解決為主。
 
6、線性問題
一般來說閥門開度與流量的關系都成平滑的線性關系。這些線性關系包括直線型、等百分比型、拋物線型等。如果閥門使用時間長,或者閥門受到損傷線性就會改變。線性問題可以有多種解決辦法,既有參數整定的,也有控制策略的。當然最根本的解決辦法在于對線性惡化的治理。如果是比較貴重的調速泵線性惡化,難以治理更換,那只好從調節系統尋找解決辦法了
 
還有一個普遍存在的問題:調節閥的線性惡化這基本上是個頑疾。因為調節閥動作頻繁,經常在完全關閉和打開之間反復波動,相當多的閥門線性都很不好,而且還伴隨著空行程偏大的問題。兩個問題加起來,給自動調節帶來很大的困難。本站在其他技術文章會專門談到怎么從自動控制方面解決線性惡化問題。
 
7、耦合問題
一個調節系統或者執行機構的調節,對另一個系統產生干擾,或者是兩個調節系統間互為干擾,產生直接耦合。解耦的辦法是先整定主動干擾的調節系統,再整定被動系統。也可以在主動干擾的輸出乘以一個系數,作為被動干擾的前饋。
 
還有一種間接耦合。這個現象在協調控制中比較明顯:負荷與汽壓的關系是互為耦合。解決問題的辦法有兩種:一種是互為修正前饋,這個解決辦法的應用比較普遍,效果不是太好;更有效的辦法是整定參數,效果要比前者優越得多,抗干擾能力也很大,可惜擅長此道的人太少。
 
上述的七個問題,除調節裕度、調節閥通流量無法用參數解決且只能用參數緩解以外,其他問題都可以通過控制策略、甚至僅僅靠整定參數就可以解決。舉個例子:鍋爐蒸發量430t/h。給水執行器平均每2min動作1次。一次發生意外,左側主汽門突然關閉,蒸汽流量瞬間下降100t/h,負荷由130MW下降到80MW,蒸汽壓力下降1MPa。而汽包水位自動沒有退出,波動范圍是-49~73mm,設定值是39mm。我們的控制策略就是很簡單很普遍的三沖量調節系統,沒有做任何修改。
作者:白志剛

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