工业自动化仪表及过程控制之数字调节器课件.ppt

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1、工业自动化仪表及过程控制(5-2),Industrial Automation Instrumentations and Process Control,数字控制算法,数字调节器：数字式控制仪表。数字调节的优点：运算、控制功能丰富；具有数字通信功能；可靠性好，使用维护方便,数字调节器主要输入输出量,输出值：VM(MV:Manipulated Variable)设定值：VS(SV:Setpoint variable)测量值：VP(PV:Process Variable)e=VS-VP 若：x(t)=e,y(t)=VMy(t)=f(x(t),数字系统的离散信号,x0,x1,x2.,xny0,y1,

2、y2.,yn也记做：x(0),x(1),x(2),x(n)y(0),y(1),y(2),y(n),数字PID算法(Digital PID Algorithm),基本PID离散表达式,位置式PID算法,位置式数字PID算法的原理,增量式数字PID算法,节省内存空间和运算时间减少累计误差误差动作影响小,增量式PID算法原理,算法框图,位置式PID算法框图,PID程序获得方法,三种常用PID程序编程语言性能对照,不完全微分的PID算法,由于理想的微分动作对高频干扰过于敏感，不能使用，为抑制干扰的影响，数字调节器仿效模拟调节器，将理想的微分改为不完全微分，也称为有限制的微分,不完全微分的PID算法,易

3、引起振荡和超调,冲击小，系统稳定,不完全微分PID结构框图,采样周期(Sample Time)Ts的选择,采样定理系统动态指标对象动态特性干扰信号的频谱控制回路数计算精度,常见被调量的经验采样周期,数字 PID 控制的改进算法,充分应用计算机控制软件算法实现方便的优点，在基本PID的基础上，对其算法进行各种改进，使其达到更好的控制效果。常见的改进算法有：积分分离PID微分先行PID抗积分饱和PID带死区PID消除积分不灵敏PID混合过程PID采样PID批量PID等,变形的PID算法(Advanced PID Control),微分先行算法,比例先行算法,微分先行PID算法,混合PID算法,需要

4、将几种中间产品按一定比例混合后作为最终产品。混合PID控制可以保证累计流量的控制。,数字PID调节器(Digital PID Controller),数字调节器例,DCS/DDC/SCADA/FCS系统,中控室：仪表盘和控制台,过程控制实验台,单回路可编程调节器,特点：与模拟仪表兼容控制运算功能丰富,组成结构：微处理器、内存输入输出通道串口、编程接口显示表头调整键盘、操作键,SLPC可编程控制器,SLPC可编程控制器,YS170,YS170(回路/趋势/报警/调整画面）,单回路可编程控制器功能框图,单回路可编程控制器组成：主机,CPU通常采用8位微处理器，通过内部总线与接口和其他部件相连，RO

5、M存放系统软件；EPROM存放用户程序；RAM存放输入数据、显示数据、运算中间值和运算结果等.,单回路可编程控制器组成：I/O,输入通道：模拟量通道信号一般为15V的直流电压输入信号;(X1-X5);开关量通道通常采用光电耦合器件进行信号隔离传输;(DI01-06).输出通道：模拟量输出分别为15V或420mA的直流信号,(Y1-Y3);开关量输出通道一般采用光电耦合器件进行隔离传输,(DO01-06).,单回路可编程控制器组成：接口,人机接口：正面设置了测量值、给定值和输出值显示表；自动/串级/手动切换按钮；给定值增减按钮；手动操作按钮和状态显示灯。侧面板上有设置和指示各种数据的键盘、显示器

6、等。通信接口：数字信号由驱动电路送出(串/并行)。,单回路可编程调节器功能示意图,例：YS80 SLPC,SLPC单回路可编程调节器,模拟输入：1-5V 5路模拟输出：1-5V 2路，4-20mA 1路数字输入输出：6点比例度：6.3%-999.9%积分时间：1-9999s微分时间：1-9999s控制功能：基本控制，串级控制，选择控制控制算法：标准PID，采样PID，批量PID,控制器工作节拍,循环扫描工作方式，由内部定时器和计数器控制。每个定时脉冲10ms，每次循环20个脉冲。每200ms完成一次循环。（图2-33),可编程调节器程序例,SLPC用户程序例1：把两个变量的值相加后输出。LD

7、X1 LD X2+ST Y1 END 注意：用户程序最多可以有99步指令,可编程调节器程序例,例2：状态量运算 LD DI1 LD DI2 OR ST DO3 END,例3：最简单控制运算 LD X1 BSC ST Y1 END,PV,基本控制：基本PID运算,MV,运算寄存器工作原理,LD X1LD X2+ST Y1END,五个运算寄存器S1-S5：组成的先入后出堆栈,SLPC数据结构,16位二进制数组成；1位符号位：1/0(+/-)3位整数位：000111(0 7)12位小数位：2-12 1-2 12(2.4410-4 0.9998)内部数据范围：-7.999+7.999(11111111

8、11111110111111111111111)其中：0.0001.000对应420mA注意：数字量/模拟量/工程量的对应关系,SLPC数据结构例,例有数据如下：(3400h),符号位0：正数整数：011B3D小数：0.01B1/22=0.25D3400H3.25D,运算模块,SLPC的所有运算指令（表2-1）不同厂家的产品编程方法和指令会有很大的不同。学习时主要了解指令的表示方法和操作数的位置。,例：一阶惯性运算模块LAGn,LDX1 取输入值LDP1 取时间常数LAG1一阶惯性运算STY1 结果输出,例：程序设定模块PGM1,LDp93 取起始值LDDi1 取启动信号LD Di2 取复位信

9、号PGM1 程序输出运算STA1 结果输出,KMM单回路可编程控制器,CPU：8位采样周期：100-500msAI：5路AO：4路DI：5点DO：4点控制运算模块：45个表格式组态语言,KMM单回路可编程控制器控制数据结构,例：,F003：PID数据01：PID105：比例度1000：100.0%,SLPC内部寄存器,SLPC内部寄存器（16+1=17种）运算寄存器：S1-S5模拟输入寄存器：X1-X5模拟输出寄存器：Y1-Y3开关量输入寄存器：Di1-Di6开关量输出寄存器：Do1-Do6参阅P.92,SLPC控制模块及编程,典型控制组态程序LDX1BSCLDY2,SLPC控制模块,基本控制

10、模块：BSC串级控制模块：CSC选择控制模块：SSC,BSC,SLPC控制模块的功能扩展寄存器,大部分程序可访问大部分有默认值提供外给、补偿、切换、报警等功能例：FL11：A/M切换，FL11=1:A,FL11=0:MB1：PID比例度参数A4：输出补偿，控制输出MVA4FL1：输入上限报警，若eB6,则FL1=1B6：报警上限设定值,SLPC应用实例,缓冲容器选择控制系统,SLPC应用实例,缓冲容器选择控制系统,SPRG Programmer,第2章 调节器练习,增量式PID运算具有许多优点，但使用时必须具有下列哪项条件？a.不等周期采样场合 b.执行器须带有积分或累加功能 c.需要无扰动切

11、换的场合 e.偏差较小的系统,答：b,第2章 调节器练习,已知数字积分运算：积分时间Ti=0.1s，采样周期T=0.2s，输入采样值x(0)=2,x(1)=2,x(2)=1,x(3)=1,求k=3时刻的数字积分运算结果。,第2章 调节器练习,已知数字积分运算：积分时间Ti=0.1s，采样周期T=0.2s，输入采样值x(0)=2,x(1)=2,x(2)=1,x(3)=1,求k=3时刻的数字积分运算结果。解：Y(3)=(0.2/0.1)(2+2+1+1)=12,第2章 调节器练习,SLPC可编程调节器的主要外部连接特征包括下列哪几项：A：模拟量输入/输出B：开关（状态）量输入/输出C：双向串行数据

12、接口D：SPRG编程器接口,第2章 调节器练习,SLPC可编程调节器的主要外部连接特征包括下列哪几项：A：模拟量输入/输出B：开关（状态）量输入/输出C：双向串行数据接口D：SPRG编程器接口答：ABCD,第2章 调节器 小结,重点掌握PID调节规律的原理及其应用；基本理解PID模拟电路的结构原理；理解数字PID算法基本表达式及其原理；初步了解工业现场常用模拟和数字调节器的基本结构及其应用。,5、世上最美好的事是：我已经长大，父母还未老;我有能力报答，父母仍然健康。6、没什么可怕的，大家都一样，在试探中不断前行。7、时间就像一张网，你撒在哪里，你的收获就在哪里。纽扣第一颗就扣错了，可你扣到最后

13、一颗才发现。有些事一开始就是错的，可只有到最后才不得不承认。8、世上的事，只要肯用心去学，没有一件是太晚的。要始终保持敬畏之心，对阳光，对美，对痛楚。9、别再去抱怨身边人善变，多懂一些道理，明白一些事理，毕竟每个人都是越活越现实。10、山有封顶，还有彼岸，慢慢长途，终有回转，余味苦涩，终有回甘。11、人生就像是一个马尔可夫链，你的未来取决于你当下正在做的事，而无关于过去做完的事。12、女人，要么有美貌，要么有智慧，如果两者你都不占绝对优势，那你就选择善良。13、时间，抓住了就是黄金，虚度了就是流水。理想，努力了才叫梦想，放弃了那只是妄想。努力，虽然未必会收获，但放弃，就一定一无所获。14、一个

14、人的知识，通过学习可以得到;一个人的成长，就必须通过磨练。若是自己没有尽力，就没有资格批评别人不用心。开口抱怨很容易，但是闭嘴努力的人更加值得尊敬。15、如果没有人为你遮风挡雨，那就学会自己披荆斩棘，面对一切，用倔强的骄傲，活出无人能及的精彩。5、人生每天都要笑，生活的下一秒发生什么，我们谁也不知道。所以，放下心里的纠结，放下脑中的烦恼，放下生活的不愉快，活在当下。人生喜怒哀乐，百般形态，不如在心里全部淡然处之，轻轻一笑，让心更自在，生命更恒久。积极者相信只有推动自己才能推动世界，只要推动自己就能推动世界。6、人性本善，纯如清溪流水凝露莹烁。欲望与情绪如风沙袭扰，把原本如天空旷蔚蓝的心蒙蔽。但

15、我知道，每个人的心灵深处，不管乌云密布还是阴淤苍茫，但依然有一道彩虹，亮丽于心中某处。7、每个人的心里，都藏着一个了不起的自己，只要你不颓废，不消极，一直悄悄酝酿着乐观，培养着豁达，坚持着善良，只要在路上，就没有到达不了的远方！8、不要活在别人眼中，更不要活在别人嘴中。世界不会因为你的抱怨不满而为你改变，你能做到的只有改变你自己！9、欲戴王冠，必承其重。哪有什么好命天赐，不都是一路披荆斩棘才换来的。10、放手如拔牙。牙被拔掉的那一刻，你会觉得解脱。但舌头总会不由自主地往那个空空的牙洞里舔，一天数次。不痛了不代表你能完全无视，留下的那个空缺永远都在，偶尔甚至会异常挂念。适应是需要时间的，但牙总是

16、要拔，因为太痛，所以终归还是要放手，随它去。11、这个世界其实很公平，你想要比别人强，你就必须去做别人不想做的事，你想要过更好的生活，你就必须去承受更多的困难，承受别人不能承受的压力。12、逆境给人宝贵的磨炼机会。只有经得起环境考验的人，才能算是真正的强者。自古以来的伟人，大多是抱着不屈不挠的精神，从逆境中挣扎奋斗过来的。13、不同的人生，有不同的幸福。去发现你所拥有幸运，少抱怨上苍的不公，把握属于自己的幸福。你，我，我们大家都可以经历幸福的人生。14、给自己一份坚强，擦干眼泪；给自己一份自信，不卑不亢；给自己一份洒脱，悠然前行。轻轻品，静静藏。为了看阳光，我来到这世上；为了与阳光同行，我笑对

17、忧伤。15、总不能流血就喊痛，怕黑就开灯，想念就联系，疲惫就放空，被孤立就讨好，脆弱就想家，不要被现在而蒙蔽双眼，终究是要长大，最漆黑的那段路终要自己走完。5、从来不跌倒不算光彩，每次跌倒后能再站起来，才是最大的荣耀。6、这个世界到处充满着不公平，我们能做的不仅仅是接受，还要试着做一些反抗。7、一个最困苦、最卑贱、最为命运所屈辱的人，只要还抱有希望，便无所怨惧。8、有些人，因为陪你走的时间长了，你便淡然了，其实是他们给你撑起了生命的天空；有些人，分开了，就忘了吧，残缺是一种大美。9、照自己的意思去理解自己，不要小看自己，被别人的意见引入歧途。10、没人能让我输，除非我不想赢！11、花开不是为了花落，而是为了开的更加灿烂。12、随随便便浪费的时间，再也不能赢回来。13、不管从什么时候开始，重要的是开始以后不要停止；不管在什么时候结束，重要的是结束以后不要后悔。14、当你决定坚持一件事情，全世界都会为你让路。15、只有在开水里，茶叶才能展开生命浓郁的香气。,