积分饱和现象对自动调节过程的影响及解决方法
《计算机控制技术》复习资料
成考复习资料《计算机控制技术》复习资料1一、填空题1、在计算机控制系统几种典型的应用中系统是开环的控制结构，系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，系统能自动的改变给定值，使生产过程达到最优。
2、STD总线是一种规模最小，面向工业控制，设计周密的位系统总线，VME总线是1981年推出的第一代位工业开放标准总线。
3、D/A转换器的转换原理可以归纳为“按权展开，然后相加”，因此D/A转换器内部必须要有一个，以实现按权值分别进行D/A转换。
4、数控系统由输入装置、输出装置、和 4部分组成，其一般步骤是曲线分割、、。
5、PID控制中积分饱和会引起输出超调使系统不稳定，通常改进的方法有法、法和有限偏差法。
6、根据步进电机的结构分析可知，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，改变步进电机的可以改变其运行方式；改变，可以控制步进电机的正、反转。
7、达林算法的目标是设计合适的数字控制器D(z)，使整个计算机控制系统等效的闭环传递函数期望为一个和相串联，并期望闭环系统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间。
8、在连续系统中，表示输入信号和输出信号关系的数学模型用和来描述；在离散系统中，则用、和离散状态空间表达式来描述。
二、简答题1、过程输入输出通道与主机交换的信息类型有哪些？2、画出数字量输入/输出通道的结构。
3、什么是共模干扰？抑制共模干扰的措施有哪些？4、振铃现象是怎样产生的？它有什么危害？应怎样克服？5、简述冗余技术及其分类。
答案一、填空题1、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统；2、8、32；3、解码网络；4、控制器、插补器、插补计算、折线逼近；5、遇限削弱积分法、积分分离法；6、各相的通电方式或脉冲分配、通电顺序；7、纯滞后环节、一阶惯性环节（顺序可互换）；8、微分方程、传递函数、差分方程、脉冲传递函数。
二、简答题1、答：1）数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，包括数字量和模拟量。
2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。
积分饱和现象与抗积分饱和的措施
•例
•3 .
•例
•4 .
•例
•5 .
•2.6. •串联超前校正
3 •一般而言，当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所 要求的数值时，系统有可能不稳定，或者即使能稳定，其动 态性能一般也不会理想。在这种情况下，需在系统的前向通 路中增加超前校正装置，以实现在开环增益不变的前题下， 系统的动态性能亦能满足设计的要求。超级校正网络的结构 与极点分布如下图2.6.3.1。
•在校正装置中，常采用比例(P)、微分(D)、积分(I)、比例微分 (PD)、比例积分(PI)、比例积分微分(PID)等基本的控制规律。
•1. 比例(P)控制
•具有比例控制规律的控制器称为比例控制器．其特性和比 例环节完全相同，它实际上是一个可调增益的放大器。
•传递函数
X (s) E(s)
Kp
•动态结构图为
m
arctg
a 2
1 a
arcsin
a a
1 1
a m
•但a不能取得太大(为了保证较高的信噪比),a一般不超过20这种超前 校正网络的最大相位超前角一般不大于65o，如果需要大于65o的相位 超前角，则要在两个超前网络相串联来实现，并在所串联的两个网络 之间加一隔离放大器，以消除它们之间的负载效应。
1
R(s)
E(s)
•串联校正
Gc((ss))
•YC(s))
Go (s)
•校正装置 •校
H (s) •图 串联校正
•正
•反馈校正 R(s)
E(s)
•方
Go (s)
•式
•前馈校正
•校正装
•复合校正
置
Gc (s) H (s)
仪表工考试：中级化工仪表维修工考试资料四
仪表工考试：中级化工仪表维修工考试资料四1、问答题正在运行的气动薄膜调节阀，如果阀芯与阀杆脱节，会出现什么现象？正确答案：1）被调参数突然变化；2）调节阀不起控制作用，气动阀杆在某一极限位置不动。
2、问答题（江南博哥）什么是调节阀的流通能力,确定流通能力的目的是什么？正确答案：流通能力C表示调节阀的容量，其定义为：调节阀全开，阀前后压差为0.1MPa、流体重度为1g/cm3，每小时通过阀门的流体流量m3或kg。
流通能力C表示了调节阀的结构参数，根据调节阀C值，查出公称直径和阀门直径。
3、问答题仪表的线性还较好，试分析说明该表应如何调整才能合格？正确答案：由题可知，该表允许的最大绝对误差为Δa＝2.5%×（2.5－0）＝0.0625Pa，又因已知在加压过程中发现仪表的线性较好，且指针在压力为零时，约指示0.08ＭＰａ处。
综上情况分析，很可能是指针发生了相对位移与仪表量程稍小所致。
重新安装指针，并略增大扇形齿轮上OB的距离。
仪表就可能调整合格。
4、问答题什么叫攻丝？什么叫套丝？正确答案：用丝锥（螺丝攻）在孔中切削出螺纹称攻丝，用板牙在圆杆上切削出外螺纹称为套丝。
5、问答题执行器在自动控制系统中起什么作用？正确答案：在过程控制系统中，执行器接受调节器的指令信号，经执行机构将其转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构，改变被控对象进、出的能量或物料，以实现过程的自动控制。
在任何自动控制系统中，执行器是必不可少的组成部分。
如果把传感器比拟成控制系统的感觉器官，调节器就是控制系统的大脑，而执行器则可以比拟为干具体工作的手。
6、单选如果把1151变送器的电源极性接反，则仪表（）A.烧坏B.没有输出C.输出跑最大D.输出跑最小正确答案：B7、单选一台电Ⅲ型差压变送器，所供电电压为12DC，那么它能正常工作吗？（）A.可以B.显示不正常C.不可以D.视具体情况而定正确答案：C8、单选关于比例作用对闭环系统稳定性影响的描述，（）是正确的。
积分饱和现象与抗积分饱和的措施
积分饱和的分类
01
根据积分饱和的程度，可分为轻微积分饱和、中等 积分饱和和严重积分饱和。
根据积分饱和发生的时刻，可分为动态积分饱和与 稳态积分饱和。
03
根据积分饱和的持续时间，可分为短暂积分饱和与 持续积分饱和。
02
积分饱和现象的危害
对控制系统性能的影响
01 积分饱和可能导致系统超调量增大，调节时间延 长，甚至出现系统振荡，影响控制精度。
积分饱和现象与抗积分饱和 的措施
汇报人： 2024-01-09
目录
• 积分饱和现象概述 • 积分饱和现象的危害 • 抗积分饱和的措施 • 抗积分饱和算法研究 • 积分饱和现象与抗积分饱和的
实验研究
01
积分饱和现象概述
定义与特性
定义
积分饱和现象是指在控制系统中，由 于积分作用导致系统输出超过其最大 或最小限值，从而使系统调节效果变 差甚至产生振荡的现象。
实验结果与分析
要点一
积分饱和现象
实验结果表明，当积分增益过大或积分时间常数过小，系 统输出会迅速接近或达到饱和值，导致系统性能下降甚至 出现不稳定。
要点二
抗积分饱和控制器效果
通过设计抗积分饱和控制器，可以有效避免积分饱和现象 的产生，提高系统性能和稳定性。实验结果表明，抗积分 饱和控制器可以有效地抑制系统输出达到饱和值，减小超 调量和调节时间。
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积分饱和现象与抗积分饱和的 实验研究
实验设计
实验目标
研究积分饱和现象，并探讨抗积分饱和的措施。
实验对象
选择具有代表性的电子系统作为实验对象，如电机控制系统、自动控制系统等。
实验方法
采用积分控制算法，通过改变积分增益和积分时间常数，观察系统输出响应，并分析积分饱和现象的产 生机理。同时，针对积分饱和现象，设计抗积分饱和控制器，并进行实验验证。
pid算法积分饱和现象
pid算法积分饱和现象
PID算法中的积分饱和现象是指当积分项累积过多时，会导致系统响应变慢甚至不稳定的现象。
在PID控制中，积分项的作用是累积过去的误差，以弥补比例和微分项无法完全消除的误差。
当系统存在较大的偏差时，积分项会不断累积，增大输出信号，使系统能够更快地消除误差。
然而，如果积分项累积过多，超过了控制器的能力范围，就会出现积分饱和现象。
积分饱和现象可能会导致以下问题：
1. 响应延迟：当积分项饱和时，控制器无法继续累积误差，导致系统响应变慢，无法及时消除误差。
2. 振荡：当系统存在较大的稳态误差时，积分项会不断增大，导致输出信号来回摆动，产生振荡。
3. 不稳定性：积分项饱和可能导致系统失稳，使系统无法达到期望的稳定状态。
为了解决积分饱和现象，可以采取以下措施：
1. 积分限制：设置积分项的上下限，限制其累积范围，避免过大的累积误差。
2. 反馈调节：通过监测系统输出信号，及时调整积分项的累积误差，避免过大的累积误差。
3. 饱和处理：当积分项饱和时，可以采取一些处理方法，如清零积分项或减小积分项的权重，以避免积分饱和现象的影响。
积分饱和现象是PID控制中常见的问题，需要合理设置参数和采取相应的措施来处理，以确保系统稳定性和性能。
积分饱和现象与抗积分饱和的措施
与积分饱和现象相关的其他研究课题
积分饱和的检测与诊断
积分饱和现象的检测和诊断是另一个重要的研究方向。 目前的研究主要集中在通过实验和仿真来检测和诊断积 分饱和现象，未来的研究可以探索新的检测和诊断方法 ，以提高其准确性和实时性。
积分饱和的应用研究
尽管积分饱和现象在许多领域都有负面影响，但在某些 情况下，它也可以被利用或控制。未来的研究可以探索 积分饱和的应用方面，例如在信号处理、图像处理等领 域中的应用，以实现其潜在价值的最大化。
要点二
详细描述
在复杂系统中，由于外部干扰、负载变化等原因，系统特 性可能会发生变化。为了应对这种情况，可以采用适应性 控制算法，根据系统状态的实时反馈自动调整控制器参数 。例如，当系统响应变慢时，可以增加控制器的增益，以 提高其控制效果；当系统受到外部干扰时，可以调整控制 器的滤波参数，以减小干扰对系统的影响。
现象描述：在控制系统中的积分环节，当输入信号幅值过大 或系统参数选择不当的情况下，积分项会不断累积，导致系 统输出量迅速接近其极限值，从而使系统性能下降，如超调 量增大、调节时间延长、稳态误差增加等。
积分饱和现象的危害
01
积分饱和现象会导致系统失去对输入信号的跟踪能力
，从而影响系统的稳定性和控制精度。
优化控制律设计
通过优化控制律的设计，可以有效避免系统进入积分饱和状态，例如采用最优控制律或者自适应控制律 等。
降低外部干扰
加强传感器防护
加强对传感器的防护，避免外部 干扰对传感器测量结果的影响，
从而降低积分饱和的风险。
滤波处理
对传感器信号进行滤波处理，去除 外部干扰，减少其对系统的影响， 降低积分饱和的可能性。
02
在一些具有非线性或不确定性 的系统中，积分饱和现象更容 易发生。
控制器积分饱和概念及防止积分饱和方法
控制器积分饱和概念及防止积分饱和方法昌晖仪表在本文分享控制器积分饱的概念和五种控制器抗积分饱和方法，对大家更好发挥控制器作用提供较好的借鉴。
1有积分特性的控制器普遍存在积分饱和问题，就是说，这种控制器只要偏差没有消失，其输出就会按偏差的极性向两个极端位置(最大或最小)的方向变化。
这样就会出现控制器或执行器损坏，并因克服反向扰动的速度降低而恶化系统的控制品质。
对于前者，无需多加说明对于后者，可用图1来说明。
当控制器输出达到规定的上、下限时，执行器已处于饱和状态，即Pout继续增加，执行器也不会继续动作。
因为控制器做了虚拟的控制动作，故通过控制器的介质不会改变。
一旦控制系统出现扰动，使控制偏差的极性变反，控制器的输出要慢慢从深饱和区退出，直到处于信号范围才能改变控制介质的流量。
就是说，从P1点退到控制系统开始起作用的P2点，要耽误从P1点到P2点的运动时间，即在T1至T2的时间内，控制系统不起任何作用。
图1 控制器的工作区和深饱和区2、防积分饱和的方法①采用比例控制器这是防积分饱和的最简单的方法，但会使系统产生静差。
因此，该方法作为防积分饱和措施而言是很少采用的，也不值得推荐。
②采用限幅装置采用某种形式的限幅是防积分饱和的另一种方法。
工业上应用的气动控制器都配有限幅装置。
根据限幅装置的限幅范围，可使控制器的输出不超越控制器所限定的输出范围。
严格地说，这种输出限幅并不是真正的防积分饱和，只是限幅装置把送给控制阀的信号限制住而已，并不能改善克服反向扰动的控制品质。
③对现有的PI控制器进行改进许多控制器的积分网络与控制器的输出是固定的内部联系。
现可用外部接线加以改进，如图2所示。
控制器输出接入低选器的一个输入端，控制器防饱和点的相应信号P3接入低选器的另一端。
当控制器的输出还没有达到开始饱和点(P2＜P3)，低选器隔断控制器输出与积分网络的联系，选中P3作为积分网络的输入，达到防积分饱和的目的。
这种结构改进的关键是如何设计饱和点信号P3。
pid算法积分饱和现象
pid算法积分饱和现象PID（比例-积分-微分）控制算法是一种常用的控制策略，在工业控制系统中得到广泛应用。
然而，PID算法在实际应用中常常会出现积分饱和现象，这种现象会影响控制系统的性能和稳定性。
本文将详细介绍PID算法积分饱和现象的原因、影响以及解决方法。
一、PID算法简介PID算法是一种经典的反馈控制方法，通过根据系统误差的大小调整输出量，实现对系统的精确控制。
PID控制器的三个组成部分分别是比例（P）、积分（I）和微分（D）。
比例项（P）根据当前误差的大小调整输出量，使控制器的输出与误差成正比。
积分项（I）对误差进行积分，以消除系统的静差和提高系统的动态性能。
微分项（D）则利用误差变化的速率进行控制，增强系统的稳定性。
二、PID算法积分饱和现象的原因PID算法中的积分项在系统运行中不断累加积分误差，从而对系统产生修正作用。
然而，当系统输出量达到饱和限制时，积分项无法继续增加，导致系统误差无法完全消除，从而产生积分饱和现象。
积分饱和现象通常发生在以下情况下：1. 长时间的大幅度误差。
当长时间存在较大的误差时，积分项将不断累加，超过了系统的饱和限制。
2. 快速变化的参考信号。
当参考信号快速变化时，积分项的变化速度也会很大，导致积分饱和现象的发生。
积分饱和现象对系统的影响主要体现在以下两个方面。
三、PID算法积分饱和现象的影响1. 控制系统的稳定性下降。
积分饱和现象会导致系统无法完全消除误差，从而降低系统的稳定性。
特别是当系统存在较大的模型误差或外部扰动时，积分饱和会使系统的稳定性更加脆弱。
2. 控制系统的响应速度下降。
积分项在控制系统中起到增加修正量的作用，当积分项饱和时，系统将无法及时对误差进行修正，导致响应速度下降。
四、PID算法积分饱和现象的解决方法为了解决PID算法中的积分饱和现象，可以采取以下方法：1. 反馈限制：通过限制PID控制器的输出，避免积分项超过饱和限制。
这种方法可以在一定程度上缓解积分饱和现象，但可能会导致系统的响应速度变慢。
热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法
热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法作者：党立业郭景晨来源：《中国科技纵横》2015年第11期【摘要】火力发电厂机组在正常运行中有大量的热工参数需要调节与控制。
从生产的安全和经济效益考虑，这些参数需要控制在合适的范围内。
热工自动控制的任务就是自动地维持生产过程在规定的工况下，即自动地维持各被调量为设定参数值或按一定规律变化。
基于此，本文探讨了热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法。
【关键词】热工自动控制积分饱和现象自动调节影响随着分散控制系统DCS等计算机控制系统在火电厂日益广泛的应用，实现自动调节不再局限传统仪表通常采用的比例、比例-积分、比例-积分-微分3种调节规律，而是可以根据实际被调对象的具体特点由各种常用运算组合调节规律，但是这3种运算仍然是最主要最基本的调节规律。
下面就相关具体情况加以探讨。
1 热工自动控制中的积分饱和现象1.1热工自动控制中自动调节的基本原理随着我国工业的迅速发展，自动控制的理念在热工中的应用越来越广泛。
而自动调节作为热工自动控制系统的枢纽，具有不可替代的重要作用。
自动控制系统通过利用控制器对内部机器和装置进行自动控制，在减少热工运营成本的同时，亦可避免因从业人员操作失误所带来的经济损失，而且可以最大限度的提高自动控制系统的资源利用效率。
热工的自动调节系统是由基本的比例调节作用和用以辅助的积分及微分作用组成，比例调节作用可以看作是热工自动调节系统的脊梁，用以贯彻整个自动调节过程，起到稳定自动调节系统运行的作用，从而避免自动调节系统在使用过程中崩坏。
微分和积分作用均起到消除静态偏差的作用，区别在于，微分作用体现在自动调节过程的初期，积分作用则体现在调节过程的后期。
1.2积分饱和的产生调节机构是接受调节器的控制信号进而调节被调量的工具，正常情况下，PID参数的调节器输出在5%-95%范围内就可以满足调节的需求，然而，在实际生产过程中，会经常出现PID 参数的调节器输出达到100%的情况，此时执行机构的关向指令无法满足执行机构向关阀门或挡板方向动作的需求，进而破坏积分调节作用的稳定性，致使积分作用在短暂时间内出现静态偏差无法正常消除的现象，这段时间的调节过程被称为积分饱和2 热工自动控制中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决办法2.1积分饱和对调节的影响调节机构未能及时回关、开启，会致使积分调节作用出现时间的延迟，这对自动调节系统可能会有致命的影响。
名词解释控制器积分饱和
控制器积分饱和（Controller Integral Saturation）是控制系统中的一个现象，指的是当控制器输出的积分部分超过一定限制范围时，积分项被限制在该范围内，不再增加。
这是为了防止控制器输出过大而导致系统不稳定或产生不良影响的情况。
控制器积分饱和通常在使用比例积分（PI）或比例积分微分（PID）控制器时会出现。
积分项的作用是为了消除系统的静态误差，即控制系统的输出与期望值之间的偏差。
然而，在某些情况下，当系统初始状态较差或存在系统参数变化等因素时，积分项可能会积累过多的误差，并导致控制器输出过大。
为了解决控制器积分饱和的问题，常见的方法是引入积分限制或积分分离。
积分限制是通过设置控制器输出的上下限，限制积分项的增长范围，从而避免过度积分。
积分分离是将积分项与比例项和微分项分开处理，使积分项的作用范围更加灵活，以应对不同的控制需求。
通过控制器积分饱和的限制，可以提高控制系统的稳定性和鲁棒性，避免过度补偿和振荡现象的发生。
积分电路反向饱和
积分电路反向饱和
在电子学中，积分电路是一种电路，通常用来对输入信号进行积分操作。
而反向饱和（Reverse Saturation）可能涉及到另一种特定的现象，特别是在一些放大器和集成电路中。
在积分电路中，如果涉及反向饱和，可能是指操作放大器或其他电路元件在反向工作时达到饱和状态。
饱和是指在电路中某个元件的输出已经达到其最大可能值，无法再继续增大。
反向饱和可能发生在某些特殊的工作条件下，导致电路的行为变得非常不稳定。
具体而言，反向饱和可能出现在反相输入端口的信号变化导致输出端口的反向饱和。
这通常涉及到操作放大器或其他类似的电路。
在反向饱和状态下，输入信号的变化可能导致输出信号的不稳定性，使电路无法正常工作。
解决反向饱和问题的方法可能包括：
1.电路设计优化：对电路进行优化，以减小反向饱和的可能性。
2.使用适当的元件：选择适当的元件和器件，以确保在反向操作
时性能稳定。
3.反馈控制：引入反馈控制机制，以减小反向饱和的影响。
需要根据具体的电路设计和应用来考虑如何处理反向饱和现象。
在设计和调试电路时，特别是涉及积分电路和反向操作的情况下，工程师通常需要深入分析电路的特性，以确保其正常稳定的运行。
热工自动装置检修职业技能鉴定题库(高级工)第044套
热工自动装置检修职业技能鉴定题库（高级工）第044套一、选择题【1】根据GB13223—2003《火电厂大气污染物排放标准》，火电厂大气污染物的监测应在机组运行负荷的（ C ）以上进行。
A．50%B．60%C．75%D．80%【2】汽包水位调节对象属于（ A ）对象。
A．无自平衡能力多容B．有自平衡能力多容C．无自平衡能力单容D．有自平衡能力单容【3】锅炉负荷低于额定负荷（ B ）%时应连续吹灰，锅炉负荷大于额定负荷（ B ）%时至少每8h吹灰一次，当回转式空气预热器烟气侧压差增加或低负荷煤、油混烧时应增加吹灰次数。
A．30、40B．25、25C．30、30D．25、30【4】一系统对斜坡输入的稳态误差为零，则该系统是（ C ）。
A．0型系统B．I型系统C．II型系统D．无法确定【5】1151系列变送器进行正负迁移时对量程上限的影响（ C ）。
A．偏大B．偏小C．没有影响D．不确定【6】DEH调节系统与自动同期装置连接可实现（ D ）。
A．调周波B．调功率C．调电压D．自动并网【7】协调控制方式是为蓄热量小的大型单元机组的（ B ）而设计的。
A．程序控制B．自动控制C．集中控制D．程序控制和自动控制【8】DC5系统对电源质量有较高要求，其电压变化不超过额定电压的（ C ）%。
A．±2B．±5C．±10D．±15【9】机组采用旁路启动时，在启动的初始阶段，DEH系统采用（ A ）控制方式。
A．高压调节阀门或中压调节阀门B．高压调节阀门或高压主汽阀C．中压调节阀门或高压主汽阀D．高压主汽阀和中压主汽阀【10】振弦式压力变送器通过测量钢弦的（ C ）来测量压力的变化。
A．长度变化B．弯曲程度C．谐振频率D．以上都是【11】在网络技术中，信息传递的基本单元为（ A ）。
A．包B．帧C．字节D．以上都是【12】滑压运行时主蒸汽的质量流量、压力与机组功率成（ A ）变化。
积分饱和现象对自动调节过程的影响及解决方法
DCS系统中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法【摘要】介绍了积分饱和现象在热工自动调节过程中的产生及其对自调影响，并结合DCS分散控制系统中的单回路控制系统、串级双冲量控制（过热蒸汽温度调节）系统及协调控制的汽机主控系统等实例，探讨了积分饱和现象可能发生的工况，针对具体情况给出了限制单回路调节器输出、积分饱和现象发生时切换主调节器(串级双冲量控制)输出为跟踪值、为CCS增指令发生增加DEH阀门开度限制等几种相应的解决方案。
【关键词】积分调节积分饱和 (调节器的)偏差输入DCS分散控制系统引言火力发电厂锅炉汽轮机机组在正常运行中有大量的热工参数需要调节与控制。
从生产的安全和经济效益考虑，这些参数需要控制在合适的范围内。
热工自动控制的任务就是自动地维持生产过程在规定的工况下，即自动地维持各被调量为设定参数值或按一定规律变化。
虽然随着DCS等计算机控制系统在火电厂日益广泛的应用，实现自动调节不再局限传统仪表通常采用的比例、比例-积分、比例-积分-微分三种调节规律，而是可以根据实际被调对象的具体特点由各种常用运算组合调节规律，但是这三种运算仍然是最主要最基本的调节规律。
1.积分饱和现象在自动调节过程产生及其对自调影响在热工自动调节系统中比例调节作用是最基本的调节作用，积分和微分作用作为辅助调节作用。
比例调节作用贯彻在整个调节过程中，积分作用则体现在调节过程的后期，用以消除静态偏差，微分作用则体现在调节过程的初期。
积分调节规律是调节器输出控制作用μ(t)与其偏差输入信号e(t)随时间的积累值成正比，即μ(t)=( 1/T i)∫e(t)dt其传递函数形式：W(s)=1/ (T i*s)式中T i为积分时间。
积分调节器的阶跃响应如图一。
由图可以看出，当被调量出现偏差并图一呈阶跃形式变化时，积分作用并不立即变化，而是由零开始线性增长。
因此只要偏差信号存在，调节器的输出旨在消除对系统影响的控制作用就一直增加，且增长的速度始终为初始速度。
积分饱和现象与抗积分饱和的措施
aT
a
2
1 m a T
画出校正后系统的波特图并验算
验算相位裕度是否满足要求？如果不满足，则需增大 从第步开始重新进行计算。
值，
也可按右式计算: 180 [G( jc)] m
u (k ) u ( j )
j 0
k
需要采用一定的方法来解决， 例如用有积累作用的元件来实现； 而目前 较多的是利用算式 u(k ) u(k 1) u(k ) 通过软件来完成。
2.6
系统校正方法
系统校正就是找出一种合适的装置，将其置于控制系统中，以
完成系统综合的任务，即使控制系统达到所要求的性能指标
R2 (1 R1Cs) /( R1 R2 ) R2 (1 R1Cs ) ( R1 R2 R1R2Cs ) /( R1 R2 ) R2 R1 R1 R2Cs
1 R1 R2 R2 1 R1 R2 R2 R1C s 1 1 aTS R2 R1 R2 RRC a 1 TS 1 1 2 s R1 R2
uPI>设定限值时， uPI=umax
结果：这样有可能在正常操作中不能消除系统的余差
②积分分离法
e>设定限值时，改用纯P调节
结果：既不会积分饱和又能在小偏差时利用积分作用消除偏差
③遇限削弱积分法
uPI>设定限值时，只累加负偏差，反之亦然
结果：可避免控制量长时间停留在饱和区
2.5.3
位置型与增量型PID算法
(6-4)
画出对数频率特性如图2.6.3.5所示。
显然，超前网 络的Bode图 在1/aT至1/T 之间的输入信 号有明显的微 分作用。
自动控制原理实验报告分析
自动控制原理实验报告分析自动控制原理实验报告分析引言：自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它研究的是如何设计和实现能够自动调节和控制系统的方法和技术。
在本次实验中，我们通过搭建一个简单的控制系统，来深入了解自动控制原理的基本概念和应用。
实验目的：本次实验的主要目的是通过实际操作，掌握自动控制原理的基本原理和方法，包括PID控制器的调节和系统的稳定性分析。
实验过程：首先，我们搭建了一个简单的温度控制系统。
该系统由一个加热器、一个温度传感器和一个PID控制器组成。
我们通过调节PID控制器的参数，使得系统能够稳定地控制温度在一个设定值附近。
然后，我们进行了一系列的实验操作。
首先，我们调节了PID控制器的比例、积分和微分参数，观察系统的响应情况。
随后，我们分别增大和减小了设定温度值，观察系统的稳定性和响应速度。
最后，我们还对系统进行了干扰实验，通过给系统施加一个外部干扰，观察系统的抗干扰能力。
实验结果：通过实验，我们得到了一系列的实验结果。
首先，我们发现当PID控制器的比例参数过大时，系统会出现超调现象，温度会波动较大。
而当比例参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。
接着，我们发现当积分参数过大时，系统会出现积分饱和现象，温度无法稳定。
而当积分参数过小时，系统的稳定性会变差，温度波动较大。
最后，我们发现当微分参数过大时，系统会对噪声产生较大的响应，温度调节不平稳。
而当微分参数过小时，系统的响应速度会变慢，温度调节不及时。
讨论与分析：通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：PID控制器的参数调节对系统的稳定性和响应速度有着重要的影响。
比例参数决定了系统对误差的响应程度，积分参数决定了系统对误差的积累程度，微分参数决定了系统对误差变化率的响应程度。
因此，在实际应用中，我们需要根据系统的特点和要求，合理选择PID控制器的参数，以达到最佳的控制效果。
结论：通过本次实验，我们深入了解了自动控制原理的基本概念和应用。
积分饱和
积分饱和[英] Integral windup / integral saturation如果执行机构已经到极限位置，仍然不能消除静差时，由于积分作用，尽管PID 差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构已无相应的动作，这就叫积分饱和。
积分饱和的产生1、当偏差产生跃变时，位置型PID算式的输出将急剧增大或减小，有可能超过执行机构的上（下）限，而此时执行机构只能工作在上限。
2、系统输出需要很长时间才达到给定值，在这段时间内算式的积分项将产生一个很大的积累值。
3、当系统输出超过给定值后，偏差反向，但由于大的积分积累值，控制量需要相当一段时间脱离饱和区。
因此引起系统产生大幅度超调，系统不稳定。
所谓积分饱和现象是指若系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致u(k)达到极限位置。
此后若控制器输出继续增大，u(k)也不会再增大，即系统输出超出正常运行范围而进入了饱和区。
一旦出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。
进入饱和区愈深则退饱和时间愈长。
此段时间内，执行机构仍停留在极限位置而不能随着偏差反向立即做出相应的改变，这时系统就像失去控制一样，造成控制性能恶化。
这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。
积分饱和产生的条件1、调节器长期处于开环状态2、调节器具有积分控制作用3、调节器输入偏差长期得不到校正常用的改进方法1.积分分离法2.变速积分PID 控制算法3.超限削弱积分法4.有效偏差法5.抗积分饱和机制遇限削弱积分法基本思路：在计算P(k)时，根据上一时刻的控制量P(k-1)是否超过限制范围，若超出则根据偏差决定是否累计积分项（若未进入超调区域则不累计积分项，否则开始累计积分项），否则累计积分项。
有效偏差法基本思路：当位置型PID算式的控制输出超过限制范围时，控制量只能取边界值。
有效偏差法的实质是将相当于边界控制量的偏差值作为有效偏差值进行积分。
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DCS系统中积分饱和现象对自动调节过程的影响及其解决方法【摘要】介绍了积分饱和现象在热工自动调节过程中的产生及其对自调影响，并结合DCS分散控制系统中的单回路控制系统、串级双冲量控制（过热蒸汽温度调节）系统及协调控制的汽机主控系统等实例，探讨了积分饱和现象可能发生的工况，针对具体情况给出了限制单回路调节器输出、积分饱和现象发生时切换主调节器(串级双冲量控制)输出为跟踪值、为CCS增指令发生增加DEH阀门开度限制等几种相应的解决方案。
【关键词】积分调节积分饱和 (调节器的)偏差输入DCS分散控制系统引言火力发电厂锅炉汽轮机机组在正常运行中有大量的热工参数需要调节与控制。
从生产的安全和经济效益考虑，这些参数需要控制在合适的范围内。
热工自动控制的任务就是自动地维持生产过程在规定的工况下，即自动地维持各被调量为设定参数值或按一定规律变化。
虽然随着DCS等计算机控制系统在火电厂日益广泛的应用，实现自动调节不再局限传统仪表通常采用的比例、比例-积分、比例-积分-微分三种调节规律，而是可以根据实际被调对象的具体特点由各种常用运算组合调节规律，但是这三种运算仍然是最主要最基本的调节规律。
1.积分饱和现象在自动调节过程产生及其对自调影响在热工自动调节系统中比例调节作用是最基本的调节作用，积分和微分作用作为辅助调节作用。
比例调节作用贯彻在整个调节过程中，积分作用则体现在调节过程的后期，用以消除静态偏差，微分作用则体现在调节过程的初期。
积分调节规律是调节器输出控制作用μ(t)与其偏差输入信号e(t)随时间的积累值成正比，即μ(t)=( 1/T i)∫e(t)dt其传递函数形式：W(s)=1/ (T i*s)式中T i为积分时间。
积分调节器的阶跃响应如图一。
由图可以看出，当被调量出现偏差并图一呈阶跃形式变化时，积分作用并不立即变化，而是由零开始线性增长。
因此只要偏差信号存在，调节器的输出旨在消除对系统影响的控制作用就一直增加，且增长的速度始终为初始速度。
只有偏差为零时，积分控制作用才停止变化。
这表明系统达到再次稳定时，被调量的偏差必然为零。
因此积分调节规律的另一特点就是消除稳态偏差，实现无差调节，其控制作用体现在调节过程的后期。
下面以单回路控制系统为例说明积分饱和的产生。
系统原理方框图如图二。
该系统由一个测量变送器，调节器部分，一个执行部分，连同被控对象组成的闭环反馈控制系统。
调节机构是自动调节系统的重要环节，它是接受调节器的控制信号去调节被调量的工具。
常用的调节机构有调节阀门和挡板等，通常由执行机带动。
热工自调中电动执行机动作的位臵反馈信号r(t)通常为0-10mA或4-20mA.,表示阀门行程或挡板开度从最小到最大，即00E1-100%。
在正常工况下，整定好PID参数的调节器输出在5%-95%范围内就可以满足调节要求，使被调参数在规定范围内按一定规律变化。
对应着执行机位臵反馈r在5%-95%。
有些非正常工况下调节器输出已达到了100%，对应执行机位臵反馈也达到100%，此时对于这个负反馈的闭环调节单回路的调节对象的参数值仍然小于设定值，也即调节器的偏差输入信号e(t)仍然大于零，正向偏差的存在使积分调节规律作用下的调节器输出μ(t)继续增大，然而阀门行程或挡板开度已经最大，执行机位臵反馈信号不会再增加。
调节器的输出μ(t)这一增加过程直到系统其自平衡能力，或由于运行值班员对系统做出其它措施，使得被调对象的参数测量值等于或大于设定值。
偏差输入信号e(t)不再大于零，调节器的输出μ(t)不再增大。
由于系统的惯性作用，被调参数很可能将继续增加，使偏差输入信号e(t)小于零，在积分调节规律的作用下调节器的输出μ(t)开始减小。
系统要求此时的执行机构向关阀门或挡板的方向动作，但是实际上，直到调节器的输出μ(t)减到小于100%后对执行机构的关向指令才开始有效。
也即是如图三所示，调节系统经过t2这段时间的延迟以后才又开始正常的调节过程。
我们暂且将调节器由于积分作用规律造成的输出μ(t)大于100% 的上升和下降过程，如图三中表现为t1+t2这段时间的调节过程称为积分饱和。
由于调节系统积分饱和造成的调节机构未能及时回关的这段时间的延迟对系统影响可能是致命的。
例如这种情况如果发生在给水自动调节中，就可能由于给水阀门未能及时关同时运行值班员未做其它补救措施而造成汽包水位升到比较危险的高度。
如发生在引风自调中，同时送风调节机构未能及时根据实际运行工况作出相应反应，将可能引起机组炉膛压力负向大幅度增大。
如发生在协调系统的汽机主控对DEH调门开度控制中，将可能引起机组负荷升高到超过规定值，短时间危机整个机组。
2.在DCS系统中减小积分饱和对自动调节影响的几种方法随着DCS分散控制系统在电厂应用的日益普遍，机组实现机炉协调控制不再困难，而主要热工参数调节的自动投入率也随之大幅度提高。
也使得自动调节在机组运行中的地位前所未有的重要。
我厂自2000年来陆续实现了#6、#4、#7机组的DCS改造。
三个机组的分散控制系统均采用新华公司的XDPS（XINHUA Distributive Processing System）分散控制系统。
实现了机炉协调控制、燃料、送引风、汽包水位、磨煤机负荷、主蒸汽及其它机炉热工参数的自动调节。
XDPS系统以WINDOWS为平台由图形组态软件Netwin可以实现操作器和调节器的功能，系统中的伺服放大部分由机柜内的LC-S卡件硬回路实现。
虽然由于积分饱和造成调节不理想的情况不属于正常调节，不是经常发生的，但在DCS改造后机组实际运行中，在许多重要的调节系统中我们发现过这种调节工况。
通过实践我们总结出解决积分饱和对自动调节系统不良影响的几种可行的方法。
3.1单回路调节最直接的方法依靠运行值班员监视系统能够注意对这种情况发生，并采取相应措施。
不仅对单回路，对各种复杂的自调回路均有效。
在机组的运行过程中如果运行值班员能够在自动调节系统的积饱和现象发生时（也就是闭环反馈自动调节系统中执行机构位臵反馈达到最大，被调参数已经大于设定值，调节器输出仍然不对执行机构发出关指令时）及时切除系统自动。
调节器在手动时跟踪软手操的输出，即马上小于或等于100%，结束积分饱和的过程，如图四所示。
然后再将系统投入自动，就进入正常调节过程。
单回路在DCS系统中应用简图如图五。
但是系统投入自调的目的之一就是减轻运行人员的工作量，这种依靠运行人员参与调节的解决办法不是最终方法，必须完善调节系统的控制逻辑，而在DCS 分散控制系统中实现的模拟量控制控制逻辑的组态设计修改都灵活方便，于是我们考虑了对组态逻辑进行修改的几种方法。
图五 一种是对单回路调节逻辑中的PID 功能模块的输出μ(t)加以限制，输出上限设定为100%，下限设定为0%。
这样尽管调节器的偏差输入信号e(t)大于零，积分规律作用无法使已达上限的输出μ(t)继f 系统切换 为手动时 参数测量值续增大，一旦输入信号e(t)小于零，输出μ(t)小于100%，立即对执行机构发出关指令。
有效解决了积分饱和对调节规律负面的影响。
3.2串级调节对于单回路有效的对PID功能模块的输出μ(t)加以限制的方法对于串级调节或其它复杂调节系统简单地限制PID功能模块的输出μ(t)并不能解决问题。
下面以依靠喷水减温控制的串级双冲量过热汽温系统为例作以说明。
在串级双冲量过热汽温系统中有两个闭合回路：⑴由对象超前区、超前信号（减温器后蒸汽温度）热电偶、副调节器（比例-积分）、执行机和调节阀门组成的内回路（或称副回路）；⑵由对象惰性区、主信号（过热汽温度）热电偶、主调节器（比例-积分-微分）和副回路组成的外回路（或称主回路）。
采用喷水减温调节过热汽温时，汽温调节对象的滞后时间和时间常数较大。
对于减温水流量的变化，超前汽温的反应要比主汽温的反应快得多，因此在减温水自发扰动后，由于副调节器在主蒸汽还没有明显变化时及时动作能及时消除它的影响而使主汽温很少变化。
当主汽温度偏离给定值时，则由主调节器发出信号校正副调节器的给定值，通过副调节器控制执行机去操纵减温水调节阀门，使主汽温度最后恢复到给定值。
当主汽温或超前汽温升高（或降低）时，要求减温水调节阀门开大（或关小），使汽温恢复到给定值，即在信号关系上形成负反馈的闭环系统。
这就要求直接控制执行机的副调节器为正向作用。
副调节器的作用方向首先确定，在主调节器输入偏差增大（或减小）时，要求主调节器的输出信号减小（或增大）因此主调节器的作用为反向作用。
图六 图六为过热汽温度调节在DCS 系统实现的逻辑组态原理框图 因为副调节器输出μ2(t)直接控制执行机构，根据前面对单回路调节系统分析，对副调节器输出μ2(t)范围应限制在0-100%。
以下分析系统发生积分饱和时主调节器的情况。
当主信号测量值持续降低，低于设定值，主调节器输入偏差e 1(t)正向增大，主调节器在PID 调节规律的作用下使输出μ1(t)增大，副调节器输入偏差e 2(t)负向增大，副调节器在PI 调节规律的作用下使输出μ2(t)减小，带动执行机构关小减温器阀门。
如果这一扰动是由减温水量扰动引起，前面所说的调节过程将会使过热蒸汽温度恢复到给定值附近。
系统切换 为手动时 系统切换 为手动时但除了减温水量扰动，引起过热汽温度变化的扰动因素很多，不容易控制。
如蒸汽流量、过剩空气系数、火焰中心位臵、煤种的改变、燃烧工况、烟气温度和流速、炉膛受热面结焦和过热器积灰的变化等，都会使过热蒸汽温度发生变化。
前面所说的扰动如果由于这些因素的影响使过热蒸汽温度仍然向减小方向变化，副调节器输出μ2(t)减到最小0%，相应执行机构位臵反馈也下降至0%，仍未能使过热蒸汽温度回升。
于是主调节器输出μ1(t)继续负向增大，若此时减温器后超前信号变化较小，就使得副调节器输入偏差e2(t)继续负向增大的过程。
副调节器输出μ2(t)却不再变化，只能依靠过热蒸汽系统调节对象的自平衡能力使过热蒸汽温度回升。
过热蒸汽温度这一回升过程的开始，由于主信号测量值仍低于设定值，所以主调节器输入偏差e1(t)仍小于零，主调节器输出μ1(t)仍将变小，副调节器输入偏差e2(t)继续负向增大。
当过热蒸汽温度回升到等于或稍大于设定值，副调节器输入偏差e2(t)不会立即为正，必须经过一段时间，主调节器由于输入偏差e1(t)大于零使输出μ1(t)变小，副调节器输入偏差e2(t)才会大于零，比例-积分调节规律的作用才会使副调节器输出μ2(t)增大，带动执行机构使减温器阀门开大。
上述调节过程中那段调节反应时间的滞后也是由于与主、副调节器都相关的积分调节饱和引起的。
要解决这一问题，必须在副调节器输出μ2(t)达到下限后，限制副调节器输入偏差e2(t)的持续减小过程。