甫京骯空說天大學(xué)頒十羊f i 論z 摘要 + 在混凝土外加劑生盧過程中，各f 匕工反應(yīng)器的溫度、壓力等的控制，塒f 萋j 二 皂、半穩(wěn)運行非常重要，已經(jīng)成為# i - 自n 劑生產(chǎn)過程控制的關(guān)鍵部分，出于該溫度、 晤力對象復(fù)雜，具有非線性、參數(shù)時變等特點，為了保證控帶t j 系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運i j ， 必項采用有效的控制算法。 該控制系統(tǒng)采用上、f 位肌結(jié)陶。上應(yīng) 幾是操作站，使用工業(yè)控制機運 if i x 3 2 組奩軟件，用于監(jiān)控、調(diào)參等汪務(wù)：下位機是控制站，使用p l c ，用于實際對反而 器的備種控制。1 混凝土外加劑生孝過程控制采用了p i d 控制算法。由于眩溫度、肚力等對象旦 玎趕純滯后、參數(shù)時變等特點，使用普通p i d 控制器難以適電一j , j l ，本文提出丁 簍汀設(shè)的優(yōu)化控制鱒法。本文從頻率域的角度研宄丁p i d = | 卒制的盤俸一件運爿最 小二乘濁進行閉環(huán)蜥以過程對象的數(shù)學(xué)模型，然j 吾，根據(jù)辨以出：r 的敵學(xué)使絲史 喟單純形尋優(yōu)的方法撅照i t a e 性能指標計算最優(yōu)p i d 參數(shù)，最后，將尋優(yōu)出柬p i d 控制器參數(shù)投入生產(chǎn)過程進行史密斯預(yù)估控制。仿真表明，該控制算法能自；達到j(luò) 頂 燜的挖制目環(huán)。 關(guān)鍵詞：溫度控制，參數(shù)估計，犖純j i j ；尋優(yōu)，史密斯j = ! j j 沾控制 南京航空皖大大學(xué)碩士j 位論交 a b s t r a c t t e m p e r a t u r ec o n t r o l o fc h e m i c a lr e a c t o r w h i c hi sv i t a lt oi t s r u n n i n gs a f e l y a n d s m o o t h l y , h a sb e e nk e yp a r t o ft h ec o n c r e t ea d d i t i v e p r o d u c t i o np r o c e s s d u e t ot h e c o m p l e x i t yo ft h et e m p e r a t u r eo b j e c ta n di t s c h a r a c t e r i s t i co fn o n l i n e a ra n dp a r a m e t e r t i m e v a r y i n g 。e f f e c t i v ec o n t r o la l g o r i t h m s h o u l db e a p p l i e d t h ec o n t r o ls y s t e ma d o p t st h es t r u c t u r eo fu p p e r l e v e la n dl o w e r - l e x 。e lm a c h i n e t h e u p p e r l e v e lm a c h i n ei so p e r a t i o ns t a t i o n w h i c hi s i n d u s t r i a lc o n t r o lc o m p u t e ra n dr u n n i n g f i x 3 2c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r e a n di t s t a s ki st o m o n i t o r i n gt h ep r o c e s s a n dp a r a m e t e r a d j u s t i n g ；t h e l o w e r l e v e lm a c h i n ei sc o n t r o ls t a t i o n w h i c hi sp l c a n di t s t a s ki st o p r a c t i c a lc o n t r o lo n r e a c t o n t h ec o n t r o lm e t h o dw ea p p l i e di nt h ep r o c e s si s p i da l g o r i t h mt h et e m p e r a t u r e o b j e c th a sl a r g el a ga n d t h e p a r a m e t e r o fi t st r a n s f e rf u n c t i o ni st i m ev a r y i n g ，a n dc o m m o l l p i dc o n t r o l l e rd o e sn o tf i ti t t h e r e f o r ，t h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r da s e to f a l g o r i t h m f i r s t l y 、 t h el e a s ts q u a r e sm e t h o di su s e dt oi d e n t i 移t h em a t h e m a t i c a lm o d e li nc l o s el o o p t h e n s i m p l e xp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o nm e t h o di s i n t r o d u c e dt os e e kt h eo p t i m a lp a r a m e t e r so f p i dc o n t r o l l e ra c c o r d i n gt oi t a ep e r t b r m a n c ei n d e x ，l a s t l ) 7t h eo p t i m a lp a r a m e t e r si sp u t i n t oa c t u a lp i dc o n t r o l l e r t h es i m u l a t i o n su n d e rv a r i o u sc o n d i t i o n s i n d i c a t et h a tt h e c o n t r o la l g o r i t h mi sa b l et oc o n t r o lt h eo b j e c te x c e l l e n t l y k e y w o r d s ：y e m p e r a t u r sc o n t r o l ，p a r a m e t e re s t i m a t i o n ，s i m p l e xp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n ， s m i t hc o n t r o j i i 南京珥亢空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 緒論 江亦首建筑科學(xué)研究院混：疑土外加劑生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，是在原來中試的基 礎(chǔ)e 為了進行批量生產(chǎn)而新建的生產(chǎn)線。本文主要設(shè)計丁一套適用于浚系統(tǒng)的優(yōu)化 控制算法。該自動控制系統(tǒng)能夠?qū)腔^程、水解縮合過程、中和過程、過濾過程、 濃縮過程及干燥過程等相關(guān)漫備的運行實施實時監(jiān)控和管理，能夠?qū)ν饧永a(chǎn)裝 置提供遠程監(jiān)控、參數(shù)設(shè)定、工藝參數(shù)自動控制、報警處理及報表打印等功能。 在上、世過程控制中，目前廣泛應(yīng)用的是p i d 控制及其各種變形的形式，但是其 參數(shù)整定一直是困擾著工程技術(shù)人員，如果能夠有一種算法自動整定控制器的最優(yōu) 參數(shù)，是很有實用價值的，本文：降對此進行研究。 一生產(chǎn)工藝概述 混：疑土外加劑生產(chǎn)主要分為磺化、縮合、中和、過濾、濃縮及干燥等六個主要 生產(chǎn)過f l ，具有分段、分時和舊j 隙生產(chǎn)的特點。由于生產(chǎn)過程中使用9 8 的硫酸和 3 6 f l l 十f 鹱，因此生產(chǎn)過程的測控需要考慮防腐、防爆的要求。受工藝參數(shù)測量方 法和手段的限制以及考慮到生產(chǎn)過程的特點和過料等操作的要求，生產(chǎn)1 = 藝需要一 定的入工f 預(yù)。 主要生產(chǎn)過程有三個：磺化、水解縮合、中和過程。 磺化過程 1 、比奈細料人工投放于磺化釜，人工關(guān)閉投料孔。 反應(yīng)釜加溫漿化，物料溫度達8 0 。c 后，啟動攪拌。 磺化釜j j 溫至1 5 0o c 時，定量滴加9 8 的濃硫酸( 1 1 5 小時) 。 磺化釜加溫至1 6 5 。c 時，恒溫2 小時。 打開卸料閥，人工用蒸汽將磺化液過科至縮合釜。 水解縮合過程 磺化液降溫至1 2 0 。c ，取樣測定水解前酸度。 加冷水水解，控溫1 2 0 。c 、酸度2 9 ，時間半小時。 降溫至8 5 9 0 。c ，定量滴加甲醛，時間2 2 5 小時，調(diào)節(jié)滴加速度，防止溢 鍋。 升溫至1 0 0 。c ，縮合反應(yīng)6 小時，適時、適量加入熱水。 打開卸料閥，人工加蒸汽將縮合液過料歪中和釜。 中和過程 定量滴加3 0 的液堿、人工加石灰膏，控溫8 0o c ，測定p h 值，時間3 小時。 第 1 頁 混凝士外加劑生產(chǎn)過程控制算法的優(yōu)化發(fā)計與實現(xiàn) 中和液排放至低濃液貯糟和中和液貯槽。 濃疏艘：甲醛工藝水 氫氧化鈉氧盈化鈣 ，：i 4 l 濃硫酸計量增! ：il 甲醛計量槽il 工藝水汁量櫓1 l 氫氯化鈉計量槽i；氫氧化鈣計量糟l lijl 蔓 ji l - - 1 廠一 ，。生生 崮 肖 | ； l c = = = 鄉(xiāng)弋：= = 二二= 一 i j ；上 叵 刪 r 1 控制要求 控制系統(tǒng)由兩臺上位機( 工業(yè)控制機) 和下位機( p l c ) 組成。上位機作為操作 站，可以雙屏顯示亦可互為備份，各采用大屏幕顯示器。上位機使用組態(tài)軟件，操 作界面完善，具有總貌菜單、控制分組、控制參數(shù)整定、數(shù)據(jù)趨勢記錄、越限及故 障報警等功能，能夠打印各班及任意時間段的報表和關(guān)鍵變量曲線。 下位機作為控制站，采用可編程控制器，能夠與上位機通訊?？刂普疽竽軌?氏期可靠運行，可以在線維修，可以脫離操作站獨立運行，能夠存儲一個工作日以 上的生產(chǎn)記錄，對于單獨回路控制誤差不大于2 ，可通過上位操作站完成編程、參 數(shù)、控制率的調(diào)整，提供方便、靈活的現(xiàn)場人工干預(yù)和遠程軟手操作。也就是況， 具有自動控制、現(xiàn)場手動控制、遙控( 軟手動) 等三種工作方式。 2 控制系統(tǒng)分析 外加劑生產(chǎn)為典型的間歇式化工反應(yīng)過程，具有分時分段控制的特點，而且有 一定的人工干預(yù)，如投料、物料分析和卸料等過程，因此就覺得了間歇式生產(chǎn)過程 的控制需要自動控制和手動控制的有機結(jié)合，才能完成整個生產(chǎn)過程。 隨著可編程控制器和計算機技術(shù)的發(fā)展，間歇過程的控制和操作優(yōu)化已進入實 用階段，而且發(fā)展迅速，取得了顯著的經(jīng)濟效益。這種過程具有順序的性質(zhì)。例如 第2 頁 南京航空航大大學(xué)碩士學(xué)拉論文 先要扣料，要按照一定的升溫曲線加熱，要保溫一段時間，再經(jīng)過一系列工序，最 后要出料。 因為對于一個既定的反應(yīng)器系統(tǒng)來說，當反應(yīng)溫度、壓力、進料的溫度、濃度、 停留時間這些條件確定時，出口的狀態(tài)也基本上破確定了，而這些條件中溫度占主 導(dǎo)地 苞，昕以在控制方案中，溫度作為被控變量用得很廣泛。 混凝土外加劑生產(chǎn)過程控制，從系統(tǒng)的規(guī)模來看，屬于中小型系統(tǒng)，對這種系 統(tǒng)構(gòu)成集數(shù)控制系統(tǒng)的形式有多種，常用的結(jié)構(gòu)有直接d c s 系統(tǒng)( 如h o n e y w e l l r 5 1 0 系列) 或“p l c + 監(jiān)控”模式。在構(gòu)成集散控制系統(tǒng)時應(yīng)該按照生產(chǎn)系統(tǒng)的實際情況 加以決定?；炷镣饧觿┥a(chǎn)過程系統(tǒng)，采用直接d c s 系統(tǒng)會有較大的資源浪費， 而采用”p l c + 監(jiān)控”的控制結(jié)構(gòu)則具有很大的靈活性，可降低工程造價。 在控制過程中，由于在各反應(yīng)釜中有一些反應(yīng)將釋放熱量，在反應(yīng)開始階段時， 需對物料進行加熱，當溫度升至物料進行放熱反應(yīng)后，產(chǎn)生大量的熱量，為保持化 學(xué)反 叫j 勺進行需要冷卻，因此，必須同時連接冷、熱兩種載體。在控制方案中，加 熱載體采用的是蒸汽，冷卻載體采用的是冷水。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各反應(yīng)釜內(nèi)的 溫度變 - h 遵循給定的工藝曲線，其中主要是恒溫段的控制，對于上升階段和降溫階 段的要求不是很高。出于在不同的反應(yīng)階段，對象模型變化比較犬，因此不可能采 用一組p i d 控制參數(shù)控制整個過程必須采用分段控制，即在不同的反應(yīng)階段，采 用不同的控制參數(shù)?；炷镣饧觿┥a(chǎn)過程是一個復(fù)雜的化工反應(yīng)過程，在磺化階 段，要加入9 8 的濃硫酸，這是一個大量放熱的過程，如果處理( 控制) 不當，會 產(chǎn)危險，在這個過程中要盡量：悟反應(yīng)釜溫度保持在給定的誤差范圍內(nèi)：在水解縮 臺階段，需要滴加冷水，也應(yīng)保持溫度不變。因此，在整個生產(chǎn)過程中，溫度控制 是最至關(guān)重要的，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。 。 對于溫度控制存在兩大難題。 1 對象模型變化問題。從各個反應(yīng)釜的運行過程來看，在不同的時間段，需要 投入不同的化工原料，因此化學(xué)反應(yīng)過程不同，加之化學(xué)反應(yīng)過程中的熱量 變化、液位變化，被控對象的模型參數(shù)在反應(yīng)全過程變化較大，通過一次整 定獲得的p d 參數(shù)不能滿足各階段和不同的工藝要求，難以進行有效的控 制，需要在線整定控制參數(shù)。 2 大滯后問題。對溫度的調(diào)節(jié)是通過各反應(yīng)釜升溫閥和降溫閥的動作實現(xiàn)控 制，改變升溫閥或降溫閥的開度，也就改變了反應(yīng)釜外壁和反應(yīng)釜內(nèi)部的熱 交換量，其熱交換的速度取決于溫度差，會產(chǎn)生較大的純滯后：另外，在不 同化工反應(yīng)的階段，溫度變化梯度不同，純滯后時間就不同，控制難度較大。 系統(tǒng)中的溫度、壓力、液位等采用p i d 控制，由p l c 內(nèi)部配置的p i d 模塊實現(xiàn) 第3 頁 混凝土外加劑生產(chǎn)過程控制算法的優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn) 控制。 二 論文結(jié)構(gòu) 本文共分為四章。 第一章監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與控制方案選擇，首先介紹整個控制系統(tǒng)的組成，包括軟、 硬件的構(gòu)成，然后介紹控制系統(tǒng)所采用的組態(tài)軟件，重點分析f i x 3 2 組態(tài)軟件的結(jié) 構(gòu)和特點。 第二章p i d 控制及其參數(shù)整定，首先分所p i d 控制的特點，主要是其魯棒性： 然后，綜述p i d 控制器的參數(shù)整定的方法， 人頻率域的角度分析了p i d 控制的魯棒 性：最后，設(shè)計了一種模糊p i d 控制器，并在此基礎(chǔ)上進行了數(shù)字仿真。 第三章預(yù)估補償自整定控制算法研究，首先針對浚過程控制，提出該溫度對象 數(shù)學(xué)模型的簡化結(jié)構(gòu)，在分析了系統(tǒng)的閉環(huán)可辨識性后，利用最小二乘法辨識對象 參數(shù)，給出了提高辨識精度的方法，并說明了確定對象純滯后的方法；接著，介紹 了控制器參數(shù)優(yōu)化的一般概念，重點是單純形尋優(yōu)的方法，包括原理、性能指標的 選擇及其實現(xiàn)方法，并結(jié)合該過程實際考慮了參數(shù)有約束、尋優(yōu)次數(shù)有限制和尋優(yōu) 初值的確定等實際情況；最后針對溫度控制大純滯后的特點運用史密斯預(yù)估補償方 法進 亍了設(shè)計，以克服對象參數(shù)時變和辨識誤差的影啊。 第四章控制算法的設(shè)計與實現(xiàn)，采用v b 程序?qū)崿F(xiàn)p d 參數(shù)的自整定，通過d d e 通訊從f i x 3 2 實時數(shù)據(jù)庫獲得過程的原始數(shù)據(jù)，在進行參數(shù)整定后，茸由d d e 將整 定的參數(shù)傳回f i x 3 2 。組態(tài)軟件通過串行通訊接口將控制器參數(shù)下載到p l c 。論文 考慮了系統(tǒng)的多回路控制的要求，結(jié)合p l c 中p i d 控制模塊的特點，提出了在不 影響控制效果的情況下提高計算效率的方法，最后對v b 程序代碼和控制算法進行 了優(yōu)化，提高了程序的運行效率。 第4 頁 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)俺：文 第一章監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與控制方案選擇 1 1 控制方案與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)的功能和配置要求，選用兩臺工業(yè)控制機作為操作站t 上位機) ，兩臺 操作站組成雙機備份，在任意臺操作站上可實現(xiàn)對生產(chǎn)全過程的監(jiān)視、控制和參 數(shù)設(shè)定等全部操作，兩機并行運行互不影響，當其中一臺發(fā)生故障時，仍可保證整 個系統(tǒng)的正常運行。 操作站的基本配置 工業(yè)控制機兩臺：c e l e r o n3 6 6 ，3 2 m 內(nèi)存，網(wǎng)卡，大屏幕顯示器等， 打印機一臺 操作系統(tǒng)：中文w i n d o w s9 5 組態(tài)軟件：f i x 3 2v 6 1 操作站的主要功能：以組態(tài)軟件實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的所有人機界面。 現(xiàn)場變量、生產(chǎn)線工作狀況監(jiān)視。 控制參數(shù)的沒定、優(yōu)化及整定。 調(diào)節(jié)閥的自動、手動操作控制。 系統(tǒng)設(shè)備：淡態(tài)( 各泵、開關(guān)閥、風(fēng)機) 運行監(jiān)視。 報警組態(tài)。 控制站是控制系統(tǒng)的核心，它直接面向?qū)ο?，對媾可靠陛、安全陛和抗干擾能 力等有極高的要求?？刂普居膳_三菱公司a n a 系列p l c 構(gòu)成，三菱p l c 以其強 大的運算能力，豐富的i o 模塊極高的可靠性波廣泛用于各種工業(yè)過程控制領(lǐng)域。 控制站通過串行接口與操作站交換信息，通過備i o 模塊接受傳感器信息、開關(guān) 閥、風(fēng)機和泵的狀態(tài)信號，控制現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥開度及開關(guān)閥、風(fēng)機和泵的啟停。 控制站的基本配置：三菱a n as 1p l c ，包括電源模塊、c p u 模塊、模擬i o 模 塊、數(shù)字i o 模塊，此外還配備了一個p i d 模塊，主要用于對各反應(yīng)器f 磺化釜、 水解縮合釜、中和釜) 的溫度、壓力等控制。 控制站的主要功能： 數(shù)據(jù)采集，濾波及標度變換，并及時向上位機傳送有關(guān)過程數(shù)據(jù)。 根據(jù)操作站設(shè)定的控制參數(shù)，對各回路進行p i d 調(diào)節(jié)。 實現(xiàn)安全聯(lián)鎖。 操作站以w i n d o w s9 5 作為操作系統(tǒng)，以f i x 3 2 組態(tài)軟件作為開發(fā)工具：控制站 p l c 軟件用梯形圖編制程序。 操作站采用集成化圖形界面，直接面向操作人員，使用簡單方便。圖形界面包 括總貌圖、沆程圖、_ ；z m 、實時歷史趨勢圖、參數(shù)整定、報警組態(tài)、打印等監(jiān)控 第5 頁 一一塑塞圭叢塑= ! ! ! 篁：蘭整堡堡型豎鯊盟垡些墮生皇塞堡 操作畫面。 控制站控制軟件主要完成原始數(shù)據(jù)信號采集與處理、自動控制、安全聯(lián)鎖等工 作，直接面向控制對象。本系統(tǒng)中的關(guān)鍵是各種計量槽的液位控制及各反應(yīng)釜、原 料貯漕、蒸發(fā)器等設(shè)備的溫度控制。對這些模擬量的控制采用在p l c 內(nèi)部的p i d 控 制模塊，陔模塊可以滿足普通化工設(shè)備的工藝控制要求，參數(shù)控制精確、平穩(wěn)、快 捷，單回路控制誤差不大于2 ，達到控制規(guī)定要求。 本系統(tǒng)采用集散控制系統(tǒng)方式進行設(shè)計，可靠| 生高。下位機直接面向控制對象， 選用三菱p l c ；上位機提供人機操作界面，采用兩臺相同配置的工業(yè)控制機系統(tǒng)， 互為備分工作，其中一臺發(fā)生故障時，不影響另一臺的正常運行。即使兩臺上位機 都發(fā)生故障，在脫離操作站時，控制站也可以獨立運行，并可以保持相關(guān)生產(chǎn)過程 關(guān)鍵數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場傳感器( 包括溫度、壓力和液位等) 輸入信號為4 - 2 0 m a 漠擬囂 輸出信號有月= 關(guān)量( 繼電器型) 和4 - 2 0 m a 的模擬量。該控制系統(tǒng)具有控制分散、 危險分敞、故障影響分散，集中管理的現(xiàn)代化工業(yè)過程控制模式，能夠確保系統(tǒng)安 全運行。 基于操作站與控制站的p i d 控制算法結(jié)構(gòu)如圖1 ，1 1 所示。 傳感器調(diào)節(jié)器 一一一二1 上一一了一一一一一一 i i ln 啦制器j ft控制j 一一一一一一一一二l 一一二二二二 工藝參數(shù)設(shè)定p i d 參數(shù)整定 操作站 i 圖1 1 1p i d 控制算法結(jié)構(gòu) 1 2 控制系統(tǒng)組態(tài) 1 2 1 組態(tài)軟件 隨著科學(xué)技術(shù)的進步，現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)、工藝過程日趨復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備和 裝置的規(guī)模也不斷擴大。企業(yè)生產(chǎn)自動化的要求越來越高，早期傳統(tǒng)的、封閉式、 專用的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)已顯得力不從心。在這種形式下，分布式監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ，s c a d a ) 得到工業(yè)界用戶的廣泛好 第6 頁 墮室墮至墮墨盔堂墮主堂熊堡塞 許。s c a d a 系統(tǒng)是一套功能全面、可大可小、具有伸縮性的系統(tǒng)，即可以是單饑 集中式控制或d c s 分布式控制系統(tǒng)，也可以帶遠程通訊能力的遠程測控系統(tǒng)。它集 中的先進技術(shù)比較多：控制技術(shù)、計算機軟硬件、圖形顯示、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技 術(shù)等；正因為其涉及面較廣，全部軟硬件不可能出自同一家公司?，F(xiàn)在國際上流行 的方式是：硬件部分采用通用硬件，軟件部分則采用j 牙放的組態(tài)軟件。通用硬牛丌 放| 生好、通用性強，產(chǎn)品的成本和價格可控制得較低且便于擴充和維護；組態(tài)軟 件提供了靈活的組態(tài)工具和模塊。人機交互界面好，使系統(tǒng)功能易于實現(xiàn)。這樣不 僅加快了開發(fā)進度，而且使開發(fā)人員集中更多的精力投入到系統(tǒng)的控制策略和算法 研究中去，以便實現(xiàn)最佳的控制方案， 從工業(yè)生產(chǎn)對控制系統(tǒng)的要求出發(fā)，將計算饑控制系統(tǒng)軟、硬件所具有的功能 組裝起來，配置成一個可供實際運行的系統(tǒng)的過程稱為組態(tài)。計算機控制系統(tǒng)的組 態(tài)助能可以分為兩個主要方面，即硬件組態(tài)和軟件組態(tài)。硬件組態(tài)通常以工業(yè)控制 幾、可編程控制器等為主進行選擇和配置。由于工業(yè)控制機具有小型化、模塊化、 標準化、組合化、結(jié)構(gòu)丌放的特點，因此在硬件上可以根據(jù)不同的控制對象，選擇 相也的模塊，組臺成不同的應(yīng)用系統(tǒng)，使硬件的工作只需按照要求對各種功能漠塊 進行安裝、連接。軟件組態(tài)常以工業(yè)控制組態(tài)軟件為主來實現(xiàn)。以往計算機控制系 統(tǒng)的軟件功能( 如實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)點的生成、屏幕顯示、控制回路 以及報表功能的實現(xiàn)j 是靠軟件人員通過編程實現(xiàn)的，工作量大得驚人。這樣設(shè)計 出來的軟件通用性極差，對于每個不同的應(yīng)用對象都要重新發(fā)計或修改程序，這種 方法實現(xiàn)的軟件可靠性也較低。工業(yè)控制組態(tài)軟件是標準化、艦?zāi)；?、商品化的?用過程控制軟件，控制工程師在不必十分了解計算機的硬件和程序的情況f 。在屏 幕上采用菜單方式，用填表的辦法，對輸入、輸出信號用儀表組態(tài)”的方法進行 軟聯(lián)接。這種通用的填表語言具有簡單明了、使用方便等特點，十分適合控制工程 師掌握使用，大大減少了重復(fù)、低層次、低水平應(yīng)用軟件的開發(fā)，提高了軟件的使 用效率和價值，提高了控制的可靠性，縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)周期。因此工業(yè)控制 組態(tài)軟件是眭能優(yōu)良的軟件產(chǎn)品。 近幾年來，工業(yè)控制組態(tài)軟件得到了廣泛的重視和迅速的發(fā)展。組態(tài)軟件大都 由專業(yè)軟件公司開發(fā)，經(jīng)過正規(guī)嚴格的測試，結(jié)合了大量用戶的現(xiàn)場使用的經(jīng)驗， 可以明顯縮短項目開發(fā)周期，避免了許多重復(fù)性的勞動，突出了系統(tǒng)集成的思想， 開發(fā)人員只要著眼于系統(tǒng)整體的選型和構(gòu)成，使項目易于實現(xiàn)、維護。目前，我國 已經(jīng)開發(fā)出很多成功的組態(tài)軟件，而且技術(shù)發(fā)展很快。大多數(shù)的組態(tài)軟件功能是離 線實現(xiàn)的，即在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)階段完成系統(tǒng)的組態(tài)與配置。 控制系統(tǒng)的軟件組態(tài)是生成整個系統(tǒng)的重要部分，對每一個控制回路分別依照 其控制回路圖進行。組態(tài)工作是在組態(tài)軟件的支持下進行的，組態(tài)軟件的主要功能 第7 頁 混凝土外加劑生產(chǎn)過程控制算法的優(yōu)化毆計與實現(xiàn) 包括：控制組態(tài)、圖形( 顯示畫面) 生成、 o 通道配鼉、趨勢曲線生成、報警系 統(tǒng)配詈、報表生成與打印等即方面的內(nèi)容。它包括了系統(tǒng)的控制、顯示和操作等全 部內(nèi)窯?？刂乒こ處熡面I盤、鼠標以人一機對話的方式完成組態(tài)操作： 1 2 2f i x 3 2 組態(tài)軟件 f i xd m a c s ( d i s t r i b u t e dm a n u f a c t u r i n ga u t o m a t i o na n dc o n t r o ls o f t w a r e l 是 i n t e l l u t i o n 公司推出的基于p c 的、真正分布式的、客戶機n 務(wù)器方式的s c a d a 軟 件，采用圖形用戶界面( g u i ) ，其內(nèi)部的圖形處理是基于面向?qū)ο蟮姆椒?，這使得 s c a d a 軟件更具有直觀、生動、操作效率高的特點。f i x 3 2 是一個典型的用于過程 控制的純軟件形式的組態(tài)軟件。 f i x 3 2 是一個高度模塊化的軟件系統(tǒng)，各軟件模塊可以按照一定的規(guī)則搭配成不 同功能的節(jié)點，多個模塊可通過網(wǎng)絡(luò)互相聯(lián)成系統(tǒng)。 f i x 3 2 結(jié)構(gòu)中，從生產(chǎn)過程原始數(shù)據(jù)到組態(tài)軟件數(shù)據(jù)流程如下。 i o 驅(qū)動程序軟件( 也稱為輪詢?nèi)蝿?wù)) 從i o 設(shè)備中讀取原始數(shù)據(jù)，并將它們傳 送到驅(qū)動程序映象表( d r i v e ri m a g et a b l e ，簡稱d i t ) 相應(yīng)的地址中。 掃描、報警與控制程序( s c a n ，a l a r ma n dc o n t r o l ，簡稱s a c ) 從d i t 中讀 取數(shù)據(jù)，進行相應(yīng)的處理。 然后把它們傳送到過程數(shù)據(jù)庫。 需要讀取過程數(shù)據(jù)的f i x 3 2 應(yīng)用程序可以通過內(nèi)部數(shù)據(jù)庫訪問功能對本地和 遠程數(shù)據(jù)庫進行訪問，并且不需要人工于預(yù)。 對于控制數(shù)據(jù)輸出功能，也是一樣，只是工作流程相反。 勰耍p 嗣 凰孥ji n t e r n d t l 固瘟歪雪虱亡= = _ _ 第8 頁 南京航空骯天大學(xué)碩七學(xué)靠論文 任阿工業(yè)自動化軟件必須要做的第一件事就是從生產(chǎn)過程獲取原始數(shù)據(jù)。一般 情況下p l c 或單片機從傳感器獲得原始數(shù)據(jù)并存放到自己的寄存器。f i x 3 2 面 向p l c 的軟件接口能夠讀取這些寄存器中的數(shù)據(jù)，這些軟件就是i o 驅(qū)動程序。由 于每一種驅(qū)動程序只能支持特定的硬件，因此，每種硬件的驅(qū)動程序都要單獨安裝、 配置，4 。能正常使用。 i o 驅(qū)動程序是從硬件寄存器獲取數(shù)據(jù)的工具，一旦有了這些數(shù)據(jù)驅(qū)動程序就 能夠建立并維護驅(qū)動程序映象表( d i t ) 。i o 驅(qū)動程序第二個任務(wù)是按照給定的時 間間隔內(nèi)刷新數(shù)據(jù)，間隔可以設(shè)置為0 秒( 以最快的速度) 到2 5 5 秒。 過喔數(shù)據(jù)庫( p r o c e s s1 3 i a t a b a s e ) f i x 軟件的核心是過程數(shù)據(jù)庫，它是由循環(huán)執(zhí)行的過程控制邏輯維護的，代表了 生產(chǎn)過程目前的：狀態(tài)。過程數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫構(gòu)造器( d a t a b a s eb u i l d e r ) 所創(chuàng)建，包 含一系列控制塊( b l o c k ) 和控制鏈( c h a i n ) 。控制塊是一組執(zhí)行特定任務(wù)的過程控制 指令，而控制鏈是一系列控制塊組成的實現(xiàn)一定功能的控制塊的序列。 掃描、報警與控制程序( s a c ) 該模塊是運行在s c a d a 節(jié)點上的一個系統(tǒng)任務(wù)，主要負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的掃描、 信號調(diào)理、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、報警條件判別及實現(xiàn)控制輸出等。s a c 將處 理過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)本地控制：或?qū)⑿枰h程輸出的數(shù)據(jù)送 到相應(yīng)的i o 驅(qū)動程序，以實現(xiàn)遠程輸出。 圖1 2 2 ：f i x 3 2 分布式處理結(jié)恂圖 總之，輸入輸出驅(qū)動程序、s a c 、過程數(shù)據(jù)庫組成了f i x 3 2d m a c s 軟件的數(shù)據(jù) 第9 頁 混；疑七外叩劑生產(chǎn)過程控制算法的優(yōu)化盤計與實現(xiàn) 采集平u 管理功能。一個s c a d a 節(jié)點就是一個具可過程數(shù)據(jù)庫、運f j 輸入輸出驅(qū)動 程序和s a c 程序的單元。 f i x 3 2 的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊可以利用操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能將p c 機聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)而其現(xiàn)分 布式處理，f i x 3 2 支持對等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以通過n e t b i o s 或t c p i p 仂，議在備個節(jié)點 間實現(xiàn)資源共享( 這里的資源是指過程的實時數(shù)據(jù)和報警信息而言) 。 當采集到的數(shù)據(jù)送入過程數(shù)據(jù)庫后，就能夠以各種方式對其進 亍集成和描述。 上面的一些模塊都是后臺模塊，而人機交互模塊m m i ( m a nm a c h i n ei n t e r f a c e ) 則 可以使用戶能夠通過與計算機的交互了解生產(chǎn)過程【f 窿發(fā)生什么和將要發(fā)生什么， 主要包括繪圖模塊、顯示模塊、歷史趨勢分析模塊等 ( 1 ) 繪圖摸塊( d r a w ) ：提供了基于圖形、文本、數(shù)據(jù)、動畫以及圖表工具。 利用這些工具繪制的圖形具有直觀生動、組織性好、易淹和易于使用等特點。從d r a 、v 中可以進入f i x 3 2 大多數(shù)其它應(yīng)用模塊，以滿足快速修改過程數(shù)據(jù)庫內(nèi)容、測試界 面、配置系統(tǒng)等要求。 ( ! ) 顯示模塊( v i e w ) ：實時動態(tài)顯示由d r a w 建立的圖畫j 對，f 產(chǎn)過程進行實 時監(jiān)控。 圖象應(yīng)用的核心是能夠訪問過程數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)。為了直接顯示數(shù)據(jù)，圖象 應(yīng)用提供了各種聯(lián)接( l i n k ) ，它能夠顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)或過程數(shù)據(jù)，并具有多種形式， 如棒圖，多筆圖、時間信息等。操作人員也可以通過l i n k 把數(shù)據(jù)寫回數(shù)據(jù)庫。而過 程數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)則可以控sr j _ 些動畫特性，例如平移、例移、上升下降、旋轉(zhuǎn)， 這使監(jiān)控畫面看起來豐富多彩，直觀易懂。 ( 3 ) 歷史趨勢分析模塊：以指定的周期采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，供相關(guān)人員塒生產(chǎn) 過程進行分析以進一步優(yōu)化整個系統(tǒng)。該模塊由三個程序組成：配置( h i s t o r i c a l a s s i g n ) 、收集( h i s t o r i c a lc o l l e c t ) 和顯示( h i s t o r i c a ld i s p l a y ) 。 f i x 3 2 的命令語言( c o m m a n dl a n g u a g e ) 是強有力的開發(fā)工具，它通過執(zhí)行用 戶編寫的指令來實現(xiàn)任務(wù)，命令語言把這些指令保存在相應(yīng)的命令按扭的屬性中， f i x 3 2 在v i e w 下按照要求執(zhí)行這些命令。正如其它語言一樣，f i x 3 2 的命令語言可 以作許多工作，例如對過程數(shù)據(jù)庫的控制塊進行操作、文件操作、管理報警、自動 運行其它應(yīng)用程序如e x c e l 等。 1 3 開發(fā)工具的選擇 v i s u a l b a s i c ( 簡稱v b ) 是w i n d o w s 下的一個可視化編程環(huán)境，它采用事件驅(qū) 動的編程的編程機制可以快速地開發(fā)出w i n d o w sf 的應(yīng)用程序，已在各行各業(yè)中得 到了廣泛的應(yīng)用，它具有高效、快捷和功能強大的特點，特別它的可視性、面向?qū)?象和事件等特征使w i n d o w s 應(yīng)用程序的開發(fā)變得簡單、方便，能夠大大縮短開發(fā)周 第1 0 頁 南京航空航天大學(xué)顧七學(xué)f t 論文 胡。使用v b 很容易生成一個復(fù)雜的圖形用戶界面( g u i ) ，這是因為各種可視化對 象都可以方便地放入應(yīng)用程序，所以使用v b 設(shè)計應(yīng)用程序時使設(shè)計者能夠注意 力直接放到具體實現(xiàn)的內(nèi)容上，而不是在細使末節(jié)上花費大量的時間和精力。v b 討流行數(shù)據(jù)庫的廣泛支持，使得設(shè)計者在數(shù)據(jù)庫開發(fā)方面有了較大的回旋余地，尤 其是v b 本身還附帶a c c e s s 數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)訪問對象d a o 框架可以方便的進行 各種數(shù)據(jù)庫的訪問。 v i s u a lb a s i c 內(nèi)置了a c t i v e xc r y s t a lr e p o r t 報表打印控件，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)據(jù)庫的 數(shù)據(jù)進行打印輸出，大大簡化了報表的打印流程，降低了編程量和難度，提高了編 程效率。 v i s u a lb a s i c 的另一個特點是對動態(tài)數(shù)據(jù)交換d d e 的完全支持，既支持作為d d e 字戶程序，岜支持作為d d e 眼務(wù)程序這一點對 本程序是至關(guān)重要的，因為沒有 d d e 的支持就無法實現(xiàn)與f i x 3 2 組態(tài)軟件的雙向數(shù)據(jù)通訊，比如從f i x 3 2 獲取實時 過程數(shù)據(jù)、把p i d 參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果傳回f i x 3 2 軟件。 根據(jù)以上分析，我們確定在開發(fā)過程中，對于模型參數(shù)辨識、p i d 控制器參數(shù) 尋優(yōu)、報表打印采用v i s u a lb a s i c 進行編程，v b 程序作為外掛式應(yīng)用程序通過d d e 與組憊軟件f i x 3 2 進行數(shù)據(jù)通訊。 第1 i 頁 混凝土外加劑生j 。過程控制算法的優(yōu)化垃計與實觀 第二章p i d 控制與及其參數(shù)整定 p i d 控制比其他類型的控制奎具有較強的魯棒性和鞍強的抗干擾能力，工業(yè)生 產(chǎn)現(xiàn)場的隨饑干擾比較大，加之p i d 控制簡單易行，合適的p i d 參數(shù)能夠達到很好 的控制效果，因此p i d 控制在工業(yè)過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用。在本控制系統(tǒng)中 對于溫度、壓力、液位的控制等均采用p i d 控制，由于陂控對象的數(shù)學(xué)模型在反應(yīng) 不同的階段時，有比較大的變化，而且各種擾動( 如反應(yīng)過程中定量滴加濃硫酸、 冷水、熱水，還有外界的隨機干擾) 也使控制的難度加大，因此p i d 控制參數(shù)的整 定是控制算法設(shè)計的關(guān)鍵，它將直接影響到控制的效果。 2 1p i d 控制 在生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中，p 1 d 控制是歷史最久、生命力最強的基本 控制方式。在本世紀4 0 年代以前，除在最簡單的情況下可采用開關(guān)控制外，它是唯 一的控制方式。此后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計算機的誕生和發(fā)腱，涌 現(xiàn)出許多新的控制方式。盡管各種高級控制算法在不斷完善，然而直到現(xiàn)在，p i d 控制山f 它自身的優(yōu)點仍然是得到最廣泛應(yīng)用的基本控制方式。究其原因，主要是 各種高級控制算法還不十分完善、工程技術(shù)人員對于各種高級控制算法難以掌握， 而且大多數(shù)工業(yè)場合使用常規(guī)p i d 控制就可以滿足。 p i d 控制具有以下優(yōu)點。 1 ) 原理簡單，使用方便， 2 ) 適應(yīng)性強，可以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶會、煉油以及造紙、建材等各 種生產(chǎn)部門。按p i d 控制進行工作的自動調(diào)節(jié)器早已商品化。在具體實現(xiàn)上，經(jīng)歷 了機械式、液動式、氣動式、電子式等發(fā)展階段，但始終沒有脫離p i d 控制的范疇。 即使是號用的過程控制計算機，其基本控制功能也仍然是p i d 控制。 3 ) 魯棒性強，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不太敏感。 由于具有這些優(yōu)點，在過程控制中，人們首先想到的總是p i d 控制。一個大型 的現(xiàn)代化生產(chǎn)裝置的控制回路可能多達幾百個，其中絕大多數(shù)都可以采用p i d 控制。 例外的情況有兩種，一種是被控對象易于控制要求又不高的，可以采用為更簡單的 珊關(guān)的控制方式；另一種是被控對象難以控制要求又特別高的，這時如果p i d 控制 難以達到生產(chǎn)要求，就要考慮采用更先進的控制方法。 用計算機實現(xiàn)p i d 控制，就不僅僅是簡單的把p i d 控制規(guī)律數(shù)字化而是進一 步與計算機強大的邏輯判斷功能結(jié)合起來使p i d 控制更加靈活多樣，使其滿足生 產(chǎn)過程提 乜的各式各樣的要求。 2 2 調(diào)節(jié)器的參數(shù)的工程整定 第1 2 頁 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法很多，至今已經(jīng)有幾十種，這些方法可分為兩大類，即 理論計算類與工程整定類。理論整定如反應(yīng)曲線法、頻率特性、根軌跡法等，它們 都需要獲得對象的動態(tài)特性，由于化工對象的動態(tài)特性比較復(fù)雜，理論推導(dǎo)或?qū)嶒?測定對象的動態(tài)特性都有一定的困難，或者方法煩瑣，計算工怍量大，或者需要忽 略某些因素，作一些近似簡化，因而比較難以得到完全符合實際對象的動態(tài)特性， 這就使最后所得到的參數(shù)實用性不是很高，一般都需要在現(xiàn)場進行修改，因而在工 程上采用的不多。 2 2 1 參數(shù)整定準則 用于參數(shù)整定的準則可分為兩類： 1 1 特征輸出響應(yīng)準則?；谙到y(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)的某些特性量的要求選擇p i d 參數(shù)， 指標的確定利用響應(yīng)曲線上的一些選擇的點。這類指標簡單、直觀、意義明確，但 它們往往只是比較籠統(tǒng)的概念，難以準確衡量。常用的有：系統(tǒng)的輸出響應(yīng)的超調(diào) 量、衰減比、穩(wěn)態(tài)誤差、調(diào)節(jié)時間、上升時間等。 單項特性只是從某一側(cè)面描述所希望的動態(tài)響應(yīng)，而人們往往要求滿足更多的 指標，例如同時希望最大動態(tài)偏差和調(diào)節(jié)時間都最小。顯然，多個指標不可能同時 得到滿足。所以整定時必須權(quán)衡輕重，兼顧各方面的要求。很多調(diào)節(jié)器具有兩個以 上的整定參數(shù)，它們可以有多種不同的搭配，且都能夠滿足給定的指標，這時，還 可輔以其他陛能指標，以便從中選擇最佳的一組整定參數(shù)。 2 1 系統(tǒng)誤差泛函準則，如基于各類誤差的積分型性能指標等。 p i d 控制算式的所謂“最佳參數(shù)”，就是系統(tǒng)在給定的輸入下的輸出響應(yīng)使某一 積分指標取最小值的參數(shù)。經(jīng)對比研究表明，以誤差積分準則為基礎(chǔ)的各種參數(shù)整 定方法較好，尤其適合于被控對象f f 比值比較大的情況，而在各類積分準則中， 又以1 1 i a e 性能指標為綜合最佳。 與模擬調(diào)節(jié)器參數(shù)整定不同，在整定離散p i d 控制算式各參數(shù)的同時，必須考 慮采樣周期丁的影響，因為數(shù)字p i d 系統(tǒng)的控制品質(zhì)不僅取決于對象的動態(tài)特性和 p i d 算式的參數(shù)量。，f ，乃而且還與采樣周期，有關(guān)。 工程整定法如經(jīng)驗法、i 臨界比例度法、衰減曲線法等，避開對象動態(tài)特性的確 定，直接在控制過程中對參數(shù)進行整定，方法簡單，計算方便，容易掌握，雖然這 些都是近似的整定方法，所得到的結(jié)果不一定是調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)，但是相當實用 可靠，可以解決一般的實際問題，因而在生產(chǎn)上得到廣泛的應(yīng)甩。 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定原則必須結(jié)合具體系統(tǒng)的控制要求來考慮，工程整定的一般 原則是： 第1 3 頁 混凝土外加劑生產(chǎn)過程控制算法的優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn) 1 1 要有一定的穩(wěn)定裕度，這樣在對象特性發(fā)生變化時，調(diào)節(jié)器的參數(shù)仍然能夠 適直系統(tǒng)的控制要求，對于定值控制系統(tǒng)，常取衰減比4 ：l ；對于隨動控制系統(tǒng)，常 取衰減比為1 0 ：l 。 2 1 ，在滿足穩(wěn)定裕度的前提下，使其他品質(zhì)指標盡可能好些。 3 ) 在選擇比例度占、積分時間r 和微分時間z ，還有一些經(jīng)驗準則。 2 2 2 經(jīng)驗整定法 在現(xiàn)場控制系統(tǒng)整定工作中，經(jīng)驗豐富的運行人員常常采用經(jīng)驗整定法。經(jīng)驗 法是對于生產(chǎn)上最為多見的溫度、流量、壓力、液位等四類控制系統(tǒng)，根據(jù)運行經(jīng) 驗，將調(diào)節(jié)器參數(shù)預(yù)先設(shè)置在一定范圍的某些數(shù)值上，待系統(tǒng)平穩(wěn)運行后，人為加 入擾動，然后觀察被控量或調(diào)節(jié)器輸出的過渡過程，如過渡過程不夠理想，則按照 一定的程序改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，這樣反復(fù)試湊，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。經(jīng) 驗法是在理論基礎(chǔ)上通過實踐總結(jié)出來的，通過幾次不復(fù)雜的實驗，便能較迅速地 獲得調(diào)節(jié)器的近似最佳整定參數(shù)，因而在工程中得到廣泛的應(yīng)用。 試湊的方法有兩種，應(yīng)用較多的是先試湊比例度再加上積分，最后引入微分 作用。按照這一種方法，先將_ 置于最大，7 ：，置于零，比例度取某一經(jīng)驗數(shù)值，閉 合控制系統(tǒng)，若過渡時間過長，則減小比例度，若振蕩過于激烈，則加大比例度， 直到過渡過程具有兩個完整的波形為止。在引入積分作用時，需將已調(diào)好的比例度 適當放大1 0 2 0 ，然后將積分時間f 由大到小不斷調(diào)整，直到取得滿意的過渡 過程。微分作用最后加入，這時萬可取得比純比例時更小些，積分時間r 也可相應(yīng) 減少一些，微分時間般先取( 1 3 1 4 ) r ，也需要不斷試湊，以使過渡過程最短， 超調(diào)量最小。這種方法如果使用得當，可以獲得合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，取得較好的控 制效果，對正常的生產(chǎn)過程影響小，缺點是這種方法完全取決于個人的經(jīng)驗。 2 2 3 臨界比例度法 該方法將首先控制系統(tǒng)處于純比例作用之下，即先將調(diào)節(jié)器的f 置于最大，f ， 置于零，逐步減小比例度占直至系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩為止，這時的比例度和振蕩周期， 分別稱為臨界比例度甌和臨界周期瓦，是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的依據(jù)j 此方法簡單明了， 容易判斷整定質(zhì)量，因而在生產(chǎn)上也得到一定的應(yīng)用，但是當工藝上約束條件較為 苛刻，不允許被控變量等幅振蕩時，此法不宜采用，特別是對于占小或f 大的對象， 第1 4 頁 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文 振幅叮能很大，工藝上往往不容許，另外有的系統(tǒng)臨界比例度很小，甚至：海比例度 占調(diào)到調(diào)節(jié)器所允許的最小值還未出現(xiàn)等幅振蕩。 2 2 4 衰減曲線法 對于定值控制系統(tǒng)，衰減曲線法以4 ：l 的衰減比例作為整定的要求，先選定某一 比例度，將系統(tǒng)閉合，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，改變設(shè)定值或生產(chǎn)負荷，加以幅度適宜的階 躍擾王j j ， 見察過渡過程的衰減比，如衰減比大于4 ：l ，則將比例度調(diào)小一些，直到出 現(xiàn)4 ：l 的衰減過程為止，記下這時的衰減比j 和振蕩周期r ，根據(jù)規(guī)則整定調(diào)節(jié)器 的參數(shù)。階躍擾動的幅度太小，過渡過程曲線的衰減比不易判別：擾動幅度太大又 為工藝條件所限制，一般以不超過設(shè)定值的5 為宜。衰減曲線法整定質(zhì)量較高，整 定過程安全可靠，因而在生產(chǎn)上得到廣泛的應(yīng)用。但有時衰減很難觀察，遇到調(diào)節(jié) 過程很不覘則時就無法應(yīng)用了。 2 2 5 調(diào)節(jié)器參數(shù)的自整定 大多數(shù)生產(chǎn)過程是非線性的，顯然，當工況改變時，調(diào)節(jié)器的“最佳”值就不 同。此外，大多數(shù)生產(chǎn)過程的特性隨時間變化，調(diào)節(jié)器參數(shù)根據(jù)過程參數(shù)的標稱值 整定，一般過程特性的較大變化將導(dǎo)致調(diào)節(jié)性能的降低。這意味著需要適時地調(diào)整 調(diào)節(jié)器參數(shù)。 傳統(tǒng)的p i d 調(diào)節(jié)器是采用試驗加試湊的方法由人工整定。這種整定工作不僅需 要熟練的技巧，而且往往還相當費時。更為重要的是，當被控對象特性發(fā)生變化需 要調(diào)節(jié)器參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整時，p i d 調(diào)節(jié)器就沒有這種“自適應(yīng)”能力，只能依靠人 工重新整定參數(shù)。而且由于生產(chǎn)過程的連續(xù)性以及參數(shù)整定需要的時間，這種重新 整定實際很難進行，甚至幾乎是不可能的。調(diào)節(jié)器整定的參數(shù)與系統(tǒng)控制質(zhì)量是直 接有關(guān)的，因此，實現(xiàn)調(diào)節(jié)器參數(shù)的自整定是一項具有較高工程應(yīng)用價值的工作。 目前，市場上己出現(xiàn)若于工業(yè)自適應(yīng)自整定調(diào)節(jié)器，如f o x b o r o 公司的e x a c t 和 h o n e y w e l l 公司的v d c 5 0 0 0 等。 研究調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定的目的是尋找- - , c o 對象驗前知識不需要很多，簡單且魯 棒性叉奸的方法。圖2 1 t 所示自校正調(diào)節(jié)器是調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)的- - e e 方法，它由兩 個回路組成，內(nèi)回路包括被控對象和一個具有可變參數(shù)的普通線性反饋調(diào)節(jié)器：外 回路用來調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)，由參數(shù)估計器和調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整機構(gòu)兩個部分組成。參 數(shù)估計器一般將過程控制對象簡化為具有純滯后的一階模型。 迎一墨，1 、 u ( s ) r s 4 - 1 7 第1 5 頁 混凝土外加荊生產(chǎn)過程控制算法的優(yōu)化設(shè)計與實現(xiàn) 然后，利用調(diào)節(jié)量“及被控量y 的測量值，應(yīng)用最小二乘估計法對對象參數(shù)世。、 r 和r 進行估計，一旦估計出對象參數(shù)k ，f 和t 的值，調(diào)節(jié)機構(gòu)就按照既定的整 定規(guī)則，求出調(diào)節(jié)器參數(shù)的“最佳”值，修改調(diào)節(jié)器參數(shù)。 圖2 2 1自校止凋節(jié)器 自校正調(diào)節(jié)器需要相當多的被控對象的驗前知i ：r ，特別是有關(guān)對象時洲常數(shù)的 數(shù)量級，以便選擇合適的采用周期和數(shù)字濾波器的時間常數(shù)。此外，參