Tune контроля петли для минимальной изменчивости

Измерения и контроля

Роббинс правила настройки можно уменьшить изменчивость управления с обратной связью ответ на около 60%, что наблюдается с правилами Циглера-Николса настройки.

Изменчивость химического процессе эксплуатации часто можно отнести к бедным настройка петель управления технологическими процессами. Многие различные подходы и правила были созданы на протяжении многих лет для петель настройки управления, но преобладающей один на производственных предприятиях прежнему проб и ошибок, корректировка пропорционального усиления (пропорциональная зона) и интегральных (сброс) постоянная времени в контроллере . Gut чувствовать и распознавания затем используется для оценки эффективности управления с обратной связью и выбрать следующего судебного разбирательства в контроллер настроек.

Циглера-Николса способ настройки может предоставить некоторые руководящие принципы, и точкой отсчета для сравнения настройки правил (1). Иногда правила Циглера-Николса настройки называют четверть амплитуды распада метода (например, амплитуда первого пика в четыре раза выше, чем амплитуда второго пика в цикле контролируемой переменной). Такая реакция картины можно увидеть, введя в stepchange уставки контроллера. Контролируемой переменной первоначально будет превышать новые уставки на 50% скачок, то недолет на 25%, а затем выброс второй раз на 12,5% и так далее. Первого перелета (50%) в четыре раза выше, чем второго выброса (12,5%). Высоте между первым пиком и долины (50% 25%) составляет 75% от stepchange. Это агрессивные настройки и предоставляет значительные различия в реакции контура управления, когда процесс пролить нарушений, расстройств и изменения нагрузки.

Автор разработал метод настройки, которые могут уменьшить изменчивости около 60%, что наблюдается с правилами Циглера-Николса настройки. 2 основных проблемных областей создают оптимальные пропорционального усиления и интегральных (сброс) постоянной времени.

Оптимальная пропорционального усиления

Расследования автор был проведен для изучения отклика структуры различных типов контуры управления использованием саморегулируемой системы и интеграции систем, которые включены мертвым временем и первого и второго порядка ответов. В ходе этого исследования, картина была признана которые дали минимальный изменчивости. Минимальной изменчивости ответ произошло, когда отношение амплитуды распада около 49 (т. е. первый пик около 49 раз выше, чем второй). Регулируемый параметр будет превышать новые уставки примерно в размера скачок. Недолет, что после было в первой перелета и второго перелета было в первой недолет.

Ввести скачок в уставки контроллера и контролируемые результаты переменной превышения установленной на новом около 14% скачок, то занижение примерно на 2% и, наконец, превышение второй раз примерно на 0,3%. Ответ картины следует признать, что высота между первым пиком и долины составляет около 16% от размера stepchange в контрольной точки. Настройка регулятора усиления для минимальной изменчивости по этому правилу дает интеграл от абсолютной погрешности, что составляет около 60% изменчивости наблюдается с правилами Циглера-Николса настройки.

Оптимальная интеграл (сброс) постоянная времени

Интегральных действий (сброс) в контуре управления используется в основном для удаления смещение (ошибки) между значением регулируемой величины и уставки в стационарном состоянии. Оптимального интеграл (сброс) постоянная времени было установлено, что примерно в два раза время отклика при настройке минимальной изменчивости после скачок уставкой. Определение времени отклика для этого метода настройки управления циклом это время, затраченное на контролируемой переменной ответ до первого пика после шаг в уставки контроллера при оптимальной пропорционального усиления используется. Это довольно близко к конечной пик-пик период времени, который наблюдается, когда цикл управления поддерживает непрерывный цикличности (мелодии) в связи с высокой пропорционального усиления наедине с Не сбрасывается (то есть, нет целостной действия) в контроллере. При оптимальной пропорциональная прибыль используется в контуре управления, пик-пик период времени примерно в два раза времени после скачок уставкой.

Многие попытки ускорить ответ контура управления за счет сокращения интеграл (сброс) постоянная времени в контроллере (например, за счет ускорения сбросить скорость) слишком много. Проблема в том, что это увеличивает изменчивость и естественный тенденция к сокращению пропорционального усиления, чтобы уменьшить эти различия. Сокращение пропорционального усиления замедляет реакцию, например, что пик-пик времени больше, чем это было бы оптимальным усиления и оптимальной сброс.

Следующий пример иллюстрирует этот момент. Оптимального пропорционального усиления может быть установлено, что дает высоте между первым пиком и в долине контролируемых ответ переменную, которая составляет 16% от размера шага изменения практически без сброса в контроллере. Тогда, если интеграл (сброс) постоянная времени устанавливается равным времени отклика, пропорциональное усиление должно быть отклонено около 1 / 4 часть оптимальный коэффициент усиления для получения высоте между первым пиком и долины обратно до 16 % от stepchange. Это приводит к пик-пик увеличить в три раза. Минимальные различия в реакции цикла управления может быть достигнуто, когда интеграл (сброс) постоянная времени примерно в два раза количество времени, которое проходит между шаг в заданной величины и первого пика в контролируемой переменной или шаг вниз и первый долине (т. е. в два раза время отклика).

Однако, достижение минимального изменчивости в stepchange в заданной не всегда желаемой цели. Когда Есть большие изменения нагрузки, может быть необходимо для более сброса действий в контуре управления. Шаг изменения нагрузки можно моделировать поставить цикл управления в ручном и наладка контроллеров производства (например, положения клапана) на шаг изменения 5% или 10%, а затем поставить обратно в контроллер автоматически. Наиболее благоприятный ответ на изменения нагрузки может быть достигнуто путем установления интеграл (сброс) постоянной времени примерно равно времени отклика. Это увеличивает изменчивость так высоте между первым пиком и долины составляет около 44% от размера скачок уставки, но увеличился сброс могут быть необходимы для хорошего ответа на изменение нагрузки.

Распознавание образов в осциллирующем контуры управления

Первым шагом в настройке контура управления зависит от того, контроль за реакцией цикл постоянный или, если это на велосипеде. Если цикл управления в устойчивый цикл, то первым шагом может быть, чтобы наблюдать за ответ картины признать, если контроллер использует слишком много пропорционального усиления или слишком много сбросить. Просто посмотрите, что происходит в "момент", когда манипулируют переменная в пик или в долине цикла. Вот несколько типичных сценариев:

* Если манипулировать переменной и регулируемой переменной одновременно на пике или долине (т. е. если два находятся в фазе друг с другом), езда на велосипеде может быть связано с пропорциональным прибыль составляет около 3 раз слишком высоко.

* Если манипулировать переменная достигает пика или долину через некоторое время после контролируемой переменной достигает пика или в долине цикла (т. е. 2 циклов по фазе), то интеграл (сброс) постоянная времени может быть слишком низкой ( то есть, слишком много сброса).

* Если манипулировать переменная в пик или в долине цикла в то же время контролируемой переменной в пределах его уставки, езда на велосипеде может быть связано с интегральным (сброс) постоянная времени составляет около 6 раз слишком мал (т. е. около 6 раз слишком много сброса).

* Пилообразной картины (например, медленный рост и округлые быстрого резкого падения) в регулируемой величины иногда может быть связано с насыщением клапана на широко открытыми или полностью закрыты в течение части цикла или по каким-либо другим механическим ограничением . В этом случае механическая проблема, возможно, потребуется решить в первую очередь в дополнение к настройке.

Роббинс настройки метода

Шаг 1. Начните настройку цикла процесса управления записи теги чисел и текущие значения уставки, пропорционального усиления и интеграл (сброс) постоянной времени.

Шаг 2. Установить интеграл (сброс) постоянной времени около 10 раз больше, чем текущее значение и установить производной к нулю.

Шаг 3. Ввести скачок в контроллере уставок и наблюдать реакцию.

Шаг 4. Отрегулируйте пропорционального усиления, пока в ответ на скачок дает заданной высоте между первым пиком и в долине контролируемой переменной, которая составляет около 16% от размера скачок. Если не будет превышать пика в ответ на увеличение коэффициента усиления. Сделать первоначального корректировки пропорционального усиления с коэффициентом 2 или около того. При высоте между первым пиком и долина находится в диапазоне 5-50% от размера шага изменения, используйте корректировки пропорциональной прирост 20% или менее. Если цикл управления уже устойчивый цикл, а затем использовать около 0,3 раз в этом конечная прибыль в качестве оптимального пропорционального усиления. Помните оптимального пропорционального усиления равно выигрыш, который дает 16% от размера stepchange как высоте между первым пиком и долины с низким уровнем сброса (например, долгое время интегральных постоянная).

Шаг 5. Запись оптимального пропорционального усиления и времени отклика. Время ответа на этот метод настройки времени прошло между шаг в заданной величины и первого пика в контролируемых ответ переменной или скачкообразно понижающееся и первый долину. Конечная пик-пик период с устойчивой велосипеде с высокой пропорционального усиления в одиночку и не сбросить почти равна этому времени отклика.

Шаг 6. Установить интеграл (сброс) постоянная времени в B раз время отклика в единицах, используемых в контроллере (например, минут или секунд). B, как правило, 2,0 для большинства потока (selfregulating) и уровня (включение) контроля петли. При настройке по минимальной интегральной абсолютной погрешности (ИАЭ), после скачок уставки для саморегулируемых петли значение B был коррелирует следующим образом:

Шаг 7. Если ответ картины в шаге 4 требует более пропорционального усиления при активизации уставки и нижней усиления своего поста, когда уставки, использование меньшего пропорционального усиления и больше времени отклика для определения контроллер настроек.

Шаг 8. Как правило, нет производной действий рекомендуется, поскольку оно стремится усилить краткосрочных возмущений от входного сигнала выходной сигнал и клапана. Когда производной действий используется, установите производной время 0,25 раза временем отклика и увеличить прибыль пропорциональна в 1,5 раза превышает значение, найденное на шаге 4 в качестве отправного ориентира.

Это настройки методология была испытана с тысячами различных комбинаций с использованием динамического симулятора processcontrol цикла и сотни реальный процесс контуры управления на промышленных предприятиях. Отзывы и предложения в течение многих лет развития, были включены в настройки метода. На рисунке слева показан ответ контура управления для системы с мертвым временем и 2 первого порядка емкости отстает, которые были настроены на минимальную вариабельность после скачок уставкой.

Иногда, манипулировать переменная расхода жидкости из сосуда, который контроля уровня жидкости в сосуде, и расход жидкости является входом в другую часть операции. В этом случае настройки цель может быть для уровня жидкости (регулируемый параметр), чтобы поглощать некоторые нарушения и не обнаруживают выброса в уровня жидкости. Это может быть достигнуто путем установления пропорциональной получить примерно 0,5 раза выигрыш, который был найден на минимальной изменчивости. Если настройка целью является расход жидкости (управляющее воздействие), чтобы не обнаруживают выброса, то пропорционального усиления может быть установлено около 0,25 раза пропорционального усиления, который был найден на минимальной изменчивости. Регулируемый параметр, уровень жидкости, могут работать с отступом от заданной в течение длительных периодов времени, чтобы поглотить беспорядков в нагрузку (например, с помощью уровня усреднения).

ЛИТЕРАТУРА

1. Зиглер, JG и Б. Николс, "оптимальные настройки для автоматического контроллера," Trans. Из ASME (ноябрь 1942).

Лэнни А. Роббинс, ХИМИЧЕСКОЙ DOW Ко

Лэнни А. Роббинс научный сотрудник Dow Chemical Ко (1319 Строительство, Midland, М. 48667, факс: (989) 636-4616, E-почта: larobbins <a href="mailto:larobbins@dow.com"> @ <dow.com />), где он придумал и разработал многих промышленных масштабах разделения и очистки, которые используются во всем мире в Dow или лицензии другим компаниям. Он соавтор жидкости / жидкости главе добычи в "Справочник Перри". Роббинс получил степень бакалавра, MS и кандидат от штата Айова, Univ. и является членом Айше. Он получил Национальную Айше химического машиностроения практике премии в 1992 году, HH Dow медаль в 1993 году.