关键字 |
| FOPDT、PID控制器、混合过程,控制器调优、时间响应特性。 |
介绍 |
| 大部分的工业过程是由许多动态元素,通常是一阶。这使整个过程有一个非常高阶的线性模型。尽管这些高阶模型是非常精确的他们不是用于控制目的。而不是使用高阶模型,过程的行为仅仅是描述为一个线性一阶系统死时间的元素,在大多数的情况下,[1]。时间延迟通常出现在系统实际上是一个延迟由于运输延迟。死时间可能会因为很多原因,特别是由于遥远的传感器位置[2]。人们普遍认为,PID控制器及其变化(P,π和PD)是最常用的控制器在过程控制应用程序。因为他们可以弥补延迟和非延迟的影响过程和易于实现,这些控制器在工业应用中使用[3],和超过90%的现有控制回路包括PID控制器[4]。无数的方法预测了调优这些控制器,但每种方法都有一些约束[3]。因此,PID控制器的设计仍然是一个挑战之前,研究人员和工程师。 A PID controller has the following transfer function: |
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| PID控制器优化的目的是找出PID参数c我d (K, T和),以满足给定的一个闭环系统性能[6]。 |
| 这个过程被认为是在这个工作是一个简单的混合过程。混合操作,控制目标是混合或混合两个输入口流,使最终的控制输出,确保最终产品满足客户规范。搅拌-罐混合过程是图1所示。流1是一个混合的两个化学物种,a和B,它的质量流率w1是恒定的,但质量分数的x1,随时间。流2由纯,因此x2 = 1。的质量分数的出口流用x和所需的值由Xsp(设定值)。因此控制问题,控制变量x,操纵变量w2,扰动变量x1 [5]。 |
图1所示。搅拌釜混合系统[5] |
| 大量的工业过程大约可以模拟由FPODT传递函数为: |
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| 在静态增益k是过程,τ是死时间和T是时间常数。设计PID控制器为这种类型的流程模型中,已经提出各种方法在过去六十年[9]。 |
比较优化公式 |
| 有几个例子出现在文学,可以用来评估各种PID设计或优化方法。不过,具体的方法可能是有效的为一个特定的植物模型或一个过程,因此很难得出一般结论的方法是方便或更好的选择的过程。我们能结束的是哪个方法显示过程中更好的性能。可以计算性能的调优参数如比例增益常数p K, T和导数积分增益常数我获得基于时间响应常数d T和上升时间等特点,设置时间,过度(%)、峰值、增益和相位裕度和闭环稳定。 |
| 1。流程模型与死时间一阶(FOPDT) |
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| 2。下面的PID调整公式是我如表所示: |
| •Ziegler-Nichols (zn)方法有两个版本即一个依赖于反应曲线和其他,最终获得和最终的时期。 |
| •Cohen-Coon(碳碳)方法基于反应曲线。模型与一个切线和角度推导出调整PID控制器。 |
| •内模控制(IMC)方法提出了里维拉,莫拉里和Skogested。较小的是闭环系统有更好的性能。这里的调优参数λ选为0.25延迟τ,最小的价值建议参考[7]。 |
| •赛义德ITAE性能指标和马赫迪提出公式利用量纲分析和数值优化技术,优化PID控制器的优化方法FOPDT模型[9] |
表我PID优化公式 |
| 书中建议的那样,λ> 0.25里维拉等和u K是最终获得(7、9) |
方法 |
| 混合操作是常用于许多工业,确保最终产品满足客户规范。给出了传递函数[8]) |
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表二世PID控制器参数 |
| 不同控制器的控制器参数优化公式表二所示。 |
结果和讨论 |
| 仿真分析设置点跟踪和执行不同的单位阶跃响应特性即上升时间、沉淀时间,过度(%),和闭环稳定。图2显示了一步反应值之间的比较不同的控制器调优技术例如Ziegler-Nichol Cohen-Coon,内模控制和赛义德马赫迪提出的公式。 |
图2:比较的反应不同的控制器设计方法 |
表3比较的时间响应特性 |
| 从表3可以看出 |
| •由zn和IMC控制器调整方法有大比例获得碳碳方法相比,赛义德和马赫迪提出方法。 |
| •由IMC控制器优化方法和赛义德马赫迪收益即有大量积分。6.46和6.25提供稳态响应的稳定。 |
| •赛义德和马赫迪方法小导数获得与其他方法进行比较。 |
| •zn、碳碳和IMC提供大型沉降时间即20.4,8.82和11.9的过程与赛义德和马赫迪提出加权5.96。 |
| •赛义德和马赫迪方法没有超过2.69,上升时间即好。这是需要过程比其他选择的优化方法。 |
| 形成这种观察很明显,控制器调优赛义德提出的公式和救世主,是相对较新的一个更好的选择对于控制选择FOPDT过程而不是其他控制器调优技术探索在目前的调查。 |
结论 |
| 大量的PID控制器调优规则定义了单输入单输出过程与死亡时间。选择四个不同类型的控制器调优规则来控制选择FOPDT过程。绩效评估是基于时间响应等特点,上升时间、沉降时间和超调。比较表明,赛义德的控制器调整和马赫迪方法有最好的反应在所有其他选择的优化方法。 |
承认 |
| 作者欣然承认„电气和电子工程系”、“图形时代大学”,乌吉,印度的直接和间接贡献本文的原始版本。 |
引用 |
- Kurtulan, S。,Goren L。,“A design method for a wide class of industrial processes”, Turkish Automatic Control Committee National Congress,October, 2005 (In Turkish).
- OA¢Dwyer, A。,“PID compensation of time delayed processes 1998-2002: a survey”, in Proc. American Control Conf., Denver, Colorado,USA, pp. 1494-1499, 2003.
- Astrom, k . J。,and Hagglund, T., Automatic Tuning of PID Controllers, Instrument Society of America, 1998.
- Koivo h . N。,and Tanttu, J. T., “Tuning of PID Controllers: Survey of SISO and MIMO Techniques,” in Proceedings of Intelligent Tuningand Adaptive Control, Singapore, 1991
- 威廉·s·莱文,W。(编辑),CRC控制手册,72章,纸浆和造纸过程的“控制”。CRC媒体和IEEEPress, Bialkowski W。,72章,1996年版。
- Ogata, K。,Modern Control Engineering, Prentice Hall, 1997.
- 温家宝Tan,牛玉广,同陈,霍雷肖·j·马尔克斯“一些著名的PID调整公式的比较”电脑和ChemicalEngineering ELSEVER 30 (2006) 1416 - 1423。
- 丹•陈和Seborg戴尔E。,“PI/PID Controller Design Based on Direct Synthesis and Disturbance Rejection”, Ind. Eng. Chen. Res 2004,41,4807 - 4822页。
- TavakoliSaeed&Tavakoli马赫迪“最优PID控制器的优化利用维一阶+延迟模型”的控制和自动化FourthInternational会议上(ICCAA¢03),蒙特利尔,加拿大,2003年6月10 - 12。
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