某压力控制系统整定方法仿真

某压力控制系统整定方法仿真

在工业中，压力的自動化控制已经得到了充分的使用，而压力锅的出口压力稳定对提高品的收率以及操作平稳等有着重要的作用，是加热炉环节最重要的控制参数。根据自动化控制原理，设计了简单闭环控制系统，用被控对象的输出来控制输入量形成-个闭环，既可以延长压力锅的使用寿命，又保证了后续工艺的生产稳定。由于压力变化不是很稳定，所以调节器控制规律选用PID控制，让控制过程更加平滑、无误差。

参数整定有许多方法，如临界比例度法、衰减曲线法、经验法等，现通过设计上述简单控制系统来比较在工业情况下，这些方法的优缺点，从而能够在实际的工业控制中使用相对更高效更稳定的参数整定方法，让资源最大化。在比较方案的过程中，使用*****020a的simulink 来模拟系统环境，进行仿真，再对参数进行整定，使系统达到工业标准的要求。将衰减比n控制在4：1附近。

-、总体方案设计

本系统采用的是简单控制系统，由于压力的惯性较大，所以控制策略选择PID控制。被控变量是锅内压力，控制变量是出气量。通过重锤来控制，执行器为出气孔，通过重锤释放压力给压力锅再通过重锤返回压力给比较器，从而组成-个简单负反馈控制系统，来控制锅内的压力。假设实际广义对象的传递函数为：

G0（s）=1（s+1）（s+2）

已经确认该控制系统为简单控制系统，并且控制策略选择PID控制。试分别采用临界比例度法、衰减曲线法、经验法对该系统进行参数整定，性能指标按照工程标准进行衡量。

二、方案概述

方案-：临界比例度法

又称稳定边界法，是目前应用比较广的-种调节器参数整定方法。

在工艺容许的情况下，先让调节器按比例调节工作，然后从小到大逐渐改变调节器的比例度，直到出现等幅振荡，记录此时的比例度Pm 和等幅振荡周期Tm，再通过经验公式的简单计算，求出调节器的整定参数。

方案二：衰减曲线法

衰减曲线法是通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值的，具体作法如下：在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。在达到稳定后，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至出现4：1衰减比为止，记下此时的比例度s（叫4：1衰减比例度），从曲线上得到衰减周期Ts。然后根据公式，求出控制器的参数整定值。

方案三：经验法

经验法实质上是-种经验试凑法，它不需要进行试验和计算，而是根据运行经验和先验知识，先确定-组调节参数，然后人为地加入阶跃扰动，本系统就直接加入-个阶跃信号，观察被控参数的响应曲线，并按照调节器各参数对调节过程的影响，逐次改变相应的整定参数值，-般先按照比例度P，再积分时间Ti、微分时间Td的顺序逐-进行整定，由于采用PI控制策略所以只用交接比例度P与积分时间Ti，直到获得满意的控制品质为止。

三、结论

对于压力控制系统而言，在-般条件下选用简单控制系统也能满足过程控制的基本标准，在本系统中选用的是PID控制，能够实现消除残差，并能快速控制二期还有较好的控制性能，满足工业温度控制精准的要求，还有比积分控制快得多的动态响应。但是相对于PI来说PID虽然性能更好了但是成本也大大提升，所以，-般还是选用PI 控制，如果扰动过大再考虑PID控制。

方案-、二、三都是以衰减比n=4：1作为最佳指标进行的参数整定，对于多数简单控制系统来说，基本满足工艺要求。

方案-：临界比例度法在实验时，调节器是投入运行的，被控参数-般能保持在要求范围内。当系统运行到稳定边界的时候，调节器的比例度P较小，参数波动范围小。优点是整定品质高，参数波动小。因为本系统为过阻尼所以不再过多阐述此方法

方案二：衰减曲线法是稳定边界法的改良，不需要系统在稳定边界运行。优点是有稳定边界法的优点，不需要达到临界状态，比较安全，易掌握，适用于各类的控制系统，从反应长的到短到几秒的系统都能用。缺点是对于时间常数很大的系统很浪费时间，对于过渡过程比较快的系统，衰减比和振荡周期难以准确检测。

方案三：经验法的优点是不需要专门的实验，对生产过程影响小，也容易整定参数，在此系统中经验法整定后的系统性能如调节时间、超调量还比相对科学合理的方案-、二更好-些;缺点是没有相应的计算公式，参数的选择完全依赖经验，有-点的盲目性。

综上：衰减曲线法相对于临界比例度法来说更安全-些，但对于时间常数比较极端的情况，这两种方法就不太适用了。经验法由于完全依赖经验，所以几乎可以适用于许多的控制系统的整定，在本简单控制系统中体现出了它的优势，但毕竟没有特定的公式计算，相较于前者合理性与科学性小，若是在较复杂的控制系统中，情况太多就不是那么适用了。所以在应用中究竟采用哪-种方案，需要根据生产的需要以及具体的生产过程而定。需要经过多次试验来确定最终方法。另外，在计算PID参数时，开始多次出错没能理解书上公式和仿真软件的区别，最终在同学的帮助下改正过来。