流量是過(guò)程控制中數(shù)量占比最大的重要工藝參數(shù)。使用調(diào)節(jié)閥控制流量時(shí)，被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)往往都比較小，此時(shí)如果整個(gè)過(guò)程中存在純滯后導(dǎo)致τ/T≥1,那么這個(gè)流量被控對(duì)象就是一個(gè)大純滯后對(duì)象。
和流量類(lèi)似的自衡對(duì)象控制回路進(jìn)行參數(shù)整定時(shí)，首先整定比例增益以保證基本的穩(wěn)定性，然后加必要的積分時(shí)間以消除余差，在大部分情況下這種方法很有效。使用Lambda整定方法對(duì)大純滯后被控對(duì)象的PID參數(shù)進(jìn)行整定，我們有一個(gè)普遍的流量控制回路PID推薦參數(shù)。
圖1是一個(gè)典型的流量控制回路開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)曲線。從響應(yīng)曲線可以看出，由于流量被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)非常小，這個(gè)流量就是一個(gè)大純滯后對(duì)象。
圖1 流量開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)曲線
有些集散控制系統(tǒng)默認(rèn)的PID參數(shù)為1/20/0[比例增益/積分時(shí)間(s)/微分時(shí)間(s)]。很多流量控制回路都能直接使用該參數(shù)進(jìn)行控制，但是對(duì)于上面的流量被控對(duì)象，控制回路采用默認(rèn)參數(shù)時(shí)，其設(shè)定值階躍響應(yīng)如圖2所示。同相位振蕩非常明顯，響應(yīng)曲線說(shuō)明比例作用太強(qiáng)了，這和被控對(duì)象的純滯后時(shí)間有關(guān)。純滯后時(shí)間與時(shí)間常數(shù)的比越大比例增益應(yīng)該越小，否則容易導(dǎo)致同相位振蕩。
圖2 流量被控對(duì)象使用默認(rèn)參數(shù)(1/20/0)的控制性能
這說(shuō)明在這種情況下，即使對(duì)流量控制回路采用默認(rèn)參數(shù)也不能取得令人滿意的控制性能，還是要根據(jù)被控對(duì)象的特性合理選擇參數(shù)。為了控制這類(lèi)快速對(duì)象，推薦的PID參數(shù)為0.25/20/0。針對(duì)過(guò)程控制中常見(jiàn)的流量控制回路，使用這一參數(shù)的控制器的魯棒性會(huì)得到改善，同時(shí)控制性能也能令人滿意。
流量控制回路使用弱比例、強(qiáng)積分的PID參數(shù)，適用范圍更寬、控制器魯棒性更好，是一種綜合考慮了可能存在的大純滯后特性的合理選擇。針對(duì)這個(gè)流量控制回路使用推薦的PID參數(shù)，其控制性能如圖3所示。
圖3 流量被控對(duì)象推薦默認(rèn)參數(shù)(0.3/12/0)的控制性能
使用推薦的PID參數(shù)的流量控制回路更魯棒，能適應(yīng)更大的純滯后時(shí)間對(duì)流量控制回路的影響。如果對(duì)流量控制的響應(yīng)速度要求不高，推薦PID參數(shù)適用范圍更廣。如果對(duì)流量控制回路的性能有更高要求，例如流量控制回路作為串級(jí)控制的副控制回路，則要進(jìn)行開(kāi)環(huán)階躍測(cè)試并用Lambda方法進(jìn)行整定。
最優(yōu)的PID參數(shù)要綜合考慮控制回路的特性和控制要求，基于Lambda整定方法給出。
