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自动调节原理的基本知识

自动调节原理的基本知识

点击数:7103 次   录入时间:03-04 11:35:38   整理:http://www.55dianzi.com   电脑-单片机-自动控制

  6、 改变设定值以抑制超调频繁改变设定值是干扰自动调节。尤其减温水调节系统,没有必要依靠改变设定值来抑制超调。那么什么情况下,需要人为干扰呢?

  在系统输出长时间最大或者最小的时候,说明达到了积分饱和,需要退出系统,然后再投即可。

  7、 主调快还是副调快?因系统而定,因参数而定。常规参数:主调的比例弱,积分强,以消除静差;副调的比例强,积分弱,以消除干扰。不绝对。

  2-15 其它先进自动控制方式在PID调节诞生后,取得了很好的应用效果。PID调节迅速普及。但是,现实总是复杂的。它不像牛顿三大运动定律一样,一旦发布,就会看到手边所有的物质都遵循这个规律——除非你用显微镜才可得到的微观世界,和用望远镜才能看清楚的宏观星际。牛顿只是发现了他们活动的普遍规律。自动控制可不是这么简单,工程应用中,总会冒出各种各样的问题。我也不敢说,在电厂什么系统我都能快速解决。我只可以说能够在较短时间内总结出规律,然后想办法克服。

  为了适应各种复杂情况,自动调节的先驱们也在不断的总结经验,不断的探索。

  1985年,1月,国际电气与电子工程师学会(IEEE)在美国纽约召开了第一节智能控制学术会议,讨论的主题是:智能控制的原理和系统结构。一般来说,这个会议,标志着现代控制理论的形成。会议至今将近25年了,某些理论还在探索发展阶段,有的理论已经应用。自从维纳创立控制论以后,自动调节理论经历了两个发展阶段——经典控制理论和现代控制理论。而所谓的经典和现代的划分也不是完全不变的。现在所普遍应用的自动调节,已经在你不知道的时候的地方,加入了一些现代控制的理念和方法。有些现代控制理论已经“随风潜入夜,润物细无声”了。

  2-16 先进控制思想科学发展现在这个水平,有许多方法或者产品,我们明明白白感受到了科技的力量。比如计算机、手机,比如自动调节系统。自动调节系统的发展过程中,我们往往感受不到他发展的速度。因为我们身在其中啊。有些所谓先进的控制思想,早就应用到我们生产实践中了。

  比如说吧,离散控制。名字听着似乎很时髦很先进。它的本质就是让调节器的输出不是一个固定的量。偏差变化了,调节器该怎么调节?调节器的最直接的输出不是直接发出一个开度的量,而是发出一个在上一时刻的开度下改变多少的量。

  打个比方:水位测量范围是50~150mm,比例带为100,第一个周期检测到水位是100mm,此时排水阀假设开度为50%。第二个检测周期内,调节器检测到当水位升高到101mm,此时调节器的输出为:

  T(out)= 50+(101-100) 1/δ投自动之前,调节器输出始终跟踪阀门开度。自打投自动的那一刻起,那一刻的阀门开度被记录,以后下一时刻运算的值,在被记录的值上累加,以后每一时刻都是累加上一时刻的值。

  下面要认真介绍几个先进控制思想:

  一、 神经网络控制这个系统表述起来比较麻烦。也有人叫它神经元控制。

  他的成长也经历过波折。

  20世纪40年代心理学家MCCulLOCh和数学家Pitts提出了形式神经元的数学模型,后来不断补充完善。1969年他遭受了一个打击:两个数学家从数学上证明它有很大的局限性,甚至可以说是无解的。一下子弄得研究人员灰头土脑的,都没精神了。研究停顿下来。1982年有人用“能量函数”的概念拯救了神经网络控制。一直到现在,该思想方法不断取得进展。

  从上面的情况来看,有人说数学是一切学科的工具,这句话真不假。各种先进控制法从诞生到发展,都离不开数学的影子。可咱们所讲的经典控制PID控制法,似乎与数学无关吧?不是的,息息相关。经典控制法其实完全离不开数学模型,本文前面之所以没有很多数学的影子,是因为咱们是在别人建立模型的基础之上的应用。包括下一章所要讨论的电厂各个实际自动调节系统,都离不开当初数学模型的建立或者指导。还有些情况下,我们能够给控制策略进行修改添加,能否成功,数学上都能够找到依据。

  总的来说,神经网络控制是模拟生物感知控制。它将每个信号进行加权运算和小信号切除后,进行层运算,最终多路输出。并行计算、分步信息储存、容错能力强是它突出的优点。                                                                                      二、 模糊控制在前面咱们提到过,骑自行车是模糊控制。什么叫做模糊控制呢?

  PID调节是精确调节,它清楚地知道调节的目标(设定值),和下达命令的大小(执行机构开度)。对于有些系统来说是很必要的。比如火电厂主汽温度调节,我们需要尽可能高的温度,以提高蒸汽的做功能力,增加热效率;同时又不让蒸汽温度过高,蒸汽温度过高管道就会变软,耐压就会降低,专业名词叫做产生“高温蠕变”。为了兼顾经济性和安全性,咱们可以精确的给蒸汽温度一个设定值,尽力让温度保持在这个设定值周围。如果自动调节不好用,温度波动大,设定值就要降低,防止温度过高;如果自动调节效果好,设定值可以适当提高。而有的系统不是这样的。比如水位控制,高一点低一点都无所谓,误差几十毫米对系统影响不大。可是传统的PID控制必须要有一个明确的设定值,超出设定值的波动都要进行调节。这样就产生了调节浪费。还有的系统,在一定范围内可以缓慢调节,超出一定范围的时候需要急剧调节,这些问题,传统的PID调节有它不太擅长的地方。模糊控制就是专门针对这种情况设计的。

  模糊控制诞生于1965年。创始人是美国(又是美国!)的扎德教授(L.A.Zadeh)。老外把模糊控制叫做Fuzzy,最初咱们国家翻译的时候,根据音译也有人叫“乏晰控制”——缺乏明晰的控制。

  在上世纪90年代的时候,我自己根据模糊控制的原理编辑了一个低加水位控制程序。火电厂热控的人员都知道,低加水位控制应该算是最简单的控制了。我把水位模糊化为安全区、调节区、危险区三个区域,又把水位波动的趋势模糊化为缓慢、中速、急剧三个层次,再把输出调节划分为细调、匀调、大幅度调节三个阶段,经过复杂的调节策略,最终实现了模糊控制。水位不高不低的时候,不调节;水位小波动也不调节;水位快速波动的时候快速调节;急剧波动的时候急剧调节。

  正当我在欣赏自己的成绩的时候,突然发现:一个PID调节中,再简单不过的调节系统,用模糊控制就需要至少7个参数,串级系统需要十几个参数,控制策略又这么复杂,还不把人给累死啊!这个参数是我自己整出来的,估计每个人整出来的也会不一样。但是有一点是相同的:控制策略很复杂,调节参数又多。

  因为模糊控制对精细调节的优势不明显,后来又诞生了模糊+PID控制,精细的区域用PID调节,之外用模糊——绕了一个大弯,又回到了PID。当初…….

  如果说它对危险区域(大幅度偏离设定值)的控制有优点的话,那么前面咱们提过的PID输入偏差加平方运算似乎也可以达到这个目的。

  恩,模糊控制有它的优点,可是它的缺点也太明显了。控制策略很复杂。

  05年的时候,我见到了自动专家张鼎燕老师。向他请教当前眼花缭乱的先进控制的优缺点。他说先进控制,尤其是模糊控制,日本研究比较好,应用的也多。他曾经跟一个日本控制专家讨论:模糊控制和传统控制比起来,优越性是PID不可替代的么?日本专家回答:最终还是离不开传统的PID控制的。

  PID调节方法表述这么的简单,应用范围这么的广,调节效果又非常的好,她几乎深入到了工程控制的犄角旮旯,目前没有任何一种方法可以完全替代它。她又是那么的迷人,她的脸庞谁都能看到,似乎触手可及,真要触摸一下却需要你费尽心机;她的思想一目了然,真要深刻领会却需要你去仔细研究探讨。她深邃的眼神在看着你,你想拥有她么?你想了解她思想么?只要得到了她,在工程控制领域你几乎可以所向披靡。她是小姑娘,她的心思需要你耐心的琢磨;她是女神,她有着深刻的魅力;她是电脑游戏,可以吸引着你离不开她;她是通向成功控制的加权值,加权值等于……你想要多少?



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3-1 火电厂自动调节系统的普遍特点

火电厂与其它行业的自动调节系统有一些不同。一般来说,火电厂的自动调节存在如下几个特点

一、 调节周期的长短。

一般来说,电厂自动调节系统的调节周期都在十几分钟内。不同的系统周期不一样,短的可以接近几分钟。

 

而化工行业的调节周期有的很长,甚至可以达到几个小时。周期长对于观察曲线不利,整定参数也慢。周期短有利于迅速确定参数。

也有的行业调节周期非常短,在几秒甚至几十毫秒之内。周期过短对控制系统要求很严,一般的DCS根本不能满足这么短的调节周期。因为DCS的巡测周期在200-1000毫秒之内,运算周期也长。个别的DCS卡件虽然可以达到毫秒级,但是它们不能进行复杂的PID运算。长的运算检测周期,不能捕捉到被调量的每一个波动,更加不能指挥控制被调量的波动了。所以特别短的调节周期需要专门的控制器。整定参数也只能放大调节周期,观察调节曲线。对维护人员来说,要更依靠对调节曲线的判断了。

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