【摘要】：在熱工過程中,PID控制器應(yīng)用廣泛,其控制性能優(yōu)劣直接影響調(diào)節(jié)品質(zhì)以及機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。PID控制器是按一定的性能基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)的,隨著運(yùn)行時間的推移,其控制性能會下降,達(dá)不到預(yù)期的性能目標(biāo),導(dǎo)致實(shí)際性能與預(yù)期要求有較大的差距。而工業(yè)過程中有許多的控制回路處于振蕩狀態(tài)中,性能普遍較差,這其中有不少的控制回路振蕩是由控制閥門粘滯特性引起。若僅對PID控制器參數(shù)進(jìn)行整定,就會出現(xiàn)誤操作的現(xiàn)象。因此,在對控制回路進(jìn)行性能評價及優(yōu)化時,對控制閥門粘滯特性進(jìn)行診斷和補(bǔ)償,很有實(shí)際意義。本論文把PID控制系統(tǒng)的性能評估、控制回路振蕩檢測、控制閥門粘滯特性診斷,以及控制系統(tǒng)優(yōu)化相結(jié)合,進(jìn)行了以下研究:1.提出了PID控制系統(tǒng)的性能評價綜合指標(biāo)。對PID控制系統(tǒng)抗擾性能、設(shè)定值隨動性能和控制系統(tǒng)響應(yīng)快慢三方面進(jìn)行研究。首先,對復(fù)雜的被控對象模型進(jìn)行簡化,通過3σ準(zhǔn)則對控制系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)判斷;然后基于ITAE方法獲得理想閉環(huán)特性形式下的性能評估模型,通過計(jì)算控制回路的實(shí)際ITAE值與理論值的偏離程度判斷控制回路的性能;再結(jié)合閑置指數(shù),對控制回路響應(yīng)快慢進(jìn)行判斷,然而單一的性能指標(biāo)并不能全面的評價控制回路性能,因此,將ITAE與閑置指數(shù)相結(jié)合,給出PID控制系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo),為進(jìn)一步研究控制系統(tǒng)優(yōu)化做鋪墊。2.綜合考慮控制回路振蕩檢測和閥粘滯檢測方法。首先,提出了基于時域法和面積法的回路振蕩檢測及振蕩程度判斷方法,給出控制回路振蕩強(qiáng)弱區(qū)間;其次,以Kano二參數(shù)模型為粘滯模型,在Simulink中搭建仿真回路,計(jì)算控制器輸出和過程輸出的互相關(guān)函數(shù),通過分析該互相關(guān)函數(shù)的奇偶性,對粘滯特性進(jìn)行定性判斷。為彌補(bǔ)定性檢測法的不足以及研究粘滯特性下的控制回路補(bǔ)償方法,提出了定量計(jì)算粘滯參數(shù),判斷粘滯強(qiáng)弱的方法,并結(jié)合控制器輸出和閥門輸出偏差以及粘滯區(qū)間占比來劃分粘滯強(qiáng)弱區(qū)間。當(dāng)粘滯較小時,可通過調(diào)整控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,無需進(jìn)行閥門維護(hù);而當(dāng)閥粘滯特性較大時,需要采取相應(yīng)的閥門補(bǔ)償措施。3.研究并提出PID控制系統(tǒng)性能優(yōu)化的解決方案。利用控制閥門粘滯補(bǔ)償信號和基準(zhǔn)控制器參數(shù)模型對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。首先,在閥粘滯參數(shù)定量計(jì)算的基礎(chǔ)上,通過加入短脈沖補(bǔ)償信號,對粘滯特性進(jìn)行補(bǔ)償,并給出了脈沖補(bǔ)償信號參數(shù)的選取建議。此外,根據(jù)綜合性能評價指數(shù)給出理想閉環(huán)傳遞函數(shù)的過程時間常數(shù)τ_c,給出了抗擾性能和隨動性能下的基準(zhǔn)控制器的參數(shù)模型。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM621;TP273
【圖文】：

。簡化前后模型的階躍響應(yīng)曲線如圖2-2 所示。圖 2-2 模型簡化前后響應(yīng)曲線圖仿真結(jié)果表明，該模型近似方法能得到與原模型響應(yīng)特性相似的低階模型，且具有相近的穩(wěn)定裕量。

3θc2τc c c1 1 1(t ) (t ) (t )3 3 2c4 3 2 2 3c c c ct e dt ( ) t e | 3 t e dt=6 6 3 (2-25)代入式(2-24)中，得到：d4 3d c c3c| KA |ITAE (6τ 2τ θ)2τ 被控對象傳遞函數(shù)模型已知，由式(2-19)和(2-26)可知：τC是唯一的接關(guān)系著控制性能指標(biāo)的大小。以式(2-19)為例，將理論 ITAEd與閉AE 相比較，得出 τC變化時的 ITAE 值如圖 2- 3 所示。當(dāng)c0.5 時大，在仿真初期控制誤差較大，此時仿真得到的實(shí)際 ITAE 值很大 ITAE 取得全局最小值，且與理論 ITAEd相接近。

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本文編號：2734681