調(diào)節(jié)器正/反作用方式的選擇和調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定

調(diào)節(jié)器正/反作用方式的選擇

由于過程控制系統(tǒng)中的執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）有氣開與氣關(guān)兩種形式，為了與此相對應(yīng)， 通常把被控過程和調(diào)節(jié)器也分為正作用與反作用兩種類型。當(dāng)被控過程的輸入量增加（或 減小）時，過程的輸出量（即被控參數(shù)）也隨之增加（或減小），則稱為正作用被控過程； 反之則稱為反作用被控過程。當(dāng)反饋到調(diào)節(jié)器輸入端的系統(tǒng)輸出增加（或減小）時，調(diào)節(jié) 器的輸出也隨之增加（或減小），則稱為正作用調(diào)節(jié)器；反之，則稱為反作用調(diào)節(jié)器。與此 相適應(yīng)，正作用被控過程的靜態(tài)增益K規(guī)定為正值，反作用被控過程的Kc規(guī)定為負(fù)值；正 作用調(diào)節(jié)器的靜態(tài)增益Kc規(guī)定為負(fù)值，反作用調(diào)節(jié)器的&規(guī)定為正值。氣開式調(diào)節(jié)閥的靜 態(tài)增益I規(guī)定為正，氣關(guān)式則為負(fù)。測量變送環(huán)節(jié)的靜態(tài)增益Km規(guī)定為正值。

根據(jù)反饋控制的基本原理，對于圖5-1所示過程控制系統(tǒng)，要使系統(tǒng)能夠正常工作，構(gòu)成系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)靜態(tài)增益的乘積必須為正。由此可得調(diào)節(jié)器正反作用類型的確定方法 為：首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，以確定&的正負(fù)； 然后根據(jù)被控過程特性確定其屬于正、反哪一種類型，以確定Kc的正負(fù)；zui后根據(jù)系統(tǒng)開 環(huán)傳遞函數(shù)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)增益的乘積必須為正這一原則確定調(diào)節(jié)器Kc的正負(fù)，進(jìn)而確定調(diào) 節(jié)器的正反作用類型。

在工程實際中，調(diào)節(jié)器正反作用的實現(xiàn)并不難。若是電動調(diào)節(jié)器，可以通過正、反作用選擇開關(guān)來實現(xiàn)。若是氣動調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)換接板即可改變調(diào)節(jié)器的正反極性。

調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定

調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定也是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容之一。它的任務(wù)是根據(jù)被控過程的特性，確定HD調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時間T1以及微分時間TD的大小。

在簡單過程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率ψ= 0.75~ 0.9 (對應(yīng)衰減比為4:1~10:1)為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量（對于大多數(shù)過程控制系統(tǒng)而言，當(dāng)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)曲線達(dá)到ψ=0.75~0.9的衰減率時，則接近* 的過渡過程曲線）。此外，在滿足ψ主要指標(biāo)的條件下，還應(yīng)盡量滿足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（又稱靜差、余差）、zui大動態(tài)偏差（或超調(diào)量）和過渡過程時間等其他指標(biāo)。由于不同的工藝 過程對系統(tǒng)控制品質(zhì)的要求有不同的側(cè)重點，因而也有用系統(tǒng)響應(yīng)的平方誤差積分USE)、 誤差積分（IAE)、時間乘以誤差積分（ITAE)等分別取極小值作為指標(biāo)來整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的。

調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方法很多，概括起來可以分為三類，即理論計算整定法、工程整定法 和自整定法。理論計算整定法主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用控制理論中的根軌跡法、頻 率特性法、對數(shù)頻率特性法、擴(kuò)充頻率特性法等，經(jīng)過理論計算確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的數(shù)值。這 些方法不僅計算繁瑣，而且過分依賴數(shù)學(xué)模型，所得到的計算數(shù)據(jù)還要通過工程實踐進(jìn)行調(diào) 整和修改。因此，理論計算整定法除了有理論指導(dǎo)意義外，工程實踐中較少采用。工程整定 法則主要依靠工程經(jīng)驗，直接在過程控制系統(tǒng)的實際運(yùn)行中進(jìn)行。工程整定方法簡單、易于掌握。由于工程整定法是由人根據(jù)經(jīng)驗按照一定的計算規(guī)則整定的，因而要求操作人員具有 豐富的經(jīng)驗并要占用相當(dāng)長的時間，即使參數(shù)調(diào)整完畢，由于對象的非線性和系統(tǒng)工作點的 變化或?qū)ο筇匦缘淖兓矔瓜到y(tǒng)偏離*工作狀態(tài)，因而需要多次反復(fù)進(jìn)行。而自整定法 則是對一個正在運(yùn)行中的控制系統(tǒng)特別是設(shè)定值改變的控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動整定控制回路中 的PID參數(shù)，因而得到越來越廣泛的應(yīng)用。

下面分別介紹調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ)、工程整定和自整定方法。