基于plc的谷氨酸發(fā)酵過程控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-16 03:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 表明，這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進(jìn)行控制時，都能得到滿意的效果。 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常采用如圖 21所示的 PID控制，其控制規(guī)律為式 (21)。D ( s )被 控 對 象+r ( t ) e ( t )u ( t )y ( t )圖 2 1 模 擬 P I D 控 制 系 統(tǒng) ])()(1)([)(0 dttdedttetetu TTK DtIp??? ? (21) 對應(yīng)的模擬 PID控制器的傳遞函數(shù)為 )11(E (s )U (s )(s ) ssD TTK DIp???? (22) 式中， Kp是比例增益， Kp 與比例帶 ? 成倒數(shù)關(guān)系即 ?1?Kp； TI 為積分時間常數(shù)； TD 為微分時間常數(shù)， )(tu 為控制量， )(te 為偏差。 比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn) 5 態(tài)誤差， Kp 的加大會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是：只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就 不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)增大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 在 PLC控制系統(tǒng)中， PID控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期相當(dāng)短時，用求和代替積分，用后向差分代替微分，使模擬 PID離散化變?yōu)椴罘址匠獭? 為了便于計算機(jī)實現(xiàn)，必須把式 (21)變換成差分方程，為此可作如下近似 ? ??t ki iTedtte0 )()( （ 23） T kekedttde )1()()( ??? （ 24） 式中， T 為采樣周期； k 為采樣序號。 由式 (21)、式 (23)、式 (24)可得數(shù)字 PID位置型控制算式為 ])1()()()([)( 0 T kekeTieTTkeKku DkiIp ????? ?? （ 25） 式 (25)表示的控制算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 )(ku ，如閥門的開度，所以被稱為數(shù)字 PID位置型控制算法。 y ( t )P I D 位 置 算 法 調(diào) 節(jié) 閥 被 控 對 象r ( t )e ( t )u+圖 2 2 數(shù) 字 P I D 位 置 型 控 制 示 意 圖 6 衰減曲線法確定 PID 參數(shù) PID參數(shù)可以根據(jù)計算整定，也可以通過工程整定方法確定。工程整定的方法有動態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法 、衰減曲線法。本系統(tǒng)采用衰減曲線法來確定各個參數(shù)。 衰減曲線法是一種閉環(huán)整定的方法。整定的依據(jù)是純比例調(diào)解下的經(jīng)驗參數(shù)，利用一些經(jīng)驗公式，求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)值。需要知指明的是衰減率為系統(tǒng)穩(wěn)定后設(shè)定值階躍擾動后前兩個振蕩波峰的比值，該系統(tǒng)采用 4： 1衰減率的曲線整定，步驟如下： 1） 在閉合系統(tǒng)中，置調(diào)節(jié)器積分時間為最大（ ??IT ），微分時間 DT置零，比例度 ? 取較大數(shù)值反復(fù)做給定值擾動試驗，并逐漸減少比例度，直至記錄曲線出現(xiàn) 4： 1的衰減為止。這時的比例度稱為 4： 1衰減比例度 s? ，兩個相鄰波峰間的距離稱作 4： 1衰減周期 sT 。 2） 根據(jù) s? 和 sT 值，按照經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器各個參數(shù) ? 、 IT 和 DT的數(shù)值。 3） 根據(jù)上述計算結(jié)果設(shè)置調(diào)節(jié)器的參數(shù)值，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)過程。如果不夠理想，再適當(dāng)調(diào)整整定參數(shù)值，直到控制質(zhì)量符合要求為止。 整體系統(tǒng)接線圖 整體系統(tǒng)接線圖和控制系統(tǒng)框圖見附錄。 其中溫度檢測送入 PLC的為輸入信號，通過 PLC送入調(diào)節(jié)閥的信號為輸出信號。系統(tǒng)采用分散閉環(huán)控制，集中管理的方法實現(xiàn) 。 7 過程靜態(tài)特性分析 設(shè)單回路控制系統(tǒng)的框圖如圖 23所示。圖中 )(sWc 為控制器（調(diào)節(jié)器）與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)； )(0sW 為控制通道的傳遞函數(shù)； )(sWf 為擾動通道的傳遞函數(shù)。并設(shè) ????????????????1)(1)()(000sTKsWsTKs
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