针对lMC—PID控制器参数优化存在的问题,本课题提出了一种新的PID参数求解方法(模型降阶法)。该方法基于以下思想:在IMc控制器的输入端加入阶跃信号,求得IMc控制器的阶跃响应特性,然后使用NLJ算法搜索PID控制器参数,使之与IMc控制器有相同或尽可能相近的阶跃动态响应特性。仿真及实际应用结果表明,该方法简单有效,简化了推导求解过程,使得求取的PID控制器的动态响应特性最大程度的接近IMc控制器的动态响应特性,提高了控制回路的设定值响应特性和控制回路的鲁棒性。图5.7为滤波器常数辨识仿真曲线和IMc—PID控制器参数整定仿真曲线。
因此应用IMC.PID软件包实施先进控制,首先就是要在保证生产平稳运行的情况
图5.6辨识的对象模型参数及整定后的控制器PID参数
Fj昏S-61demified mOdel par锄ners and retIlning HD p啦meters
在有条件的情况下,实施IMC.PID控制;为了应用IMC.PID鲁棒控制器,需要对现场的Dcs控制回路重新组态。将原来的PID算法修改为PI算法,再串一个超前滞后环节。由第二章内模控制器的求取方法可知,IMC回路只需求解一个滤波器常数就可满足回路的设定值响应特性,同时又能保证系统的鲁棒性。以0—1的阶跃信号为输入并以ITAE为准则,使用NIJ算法进行滤波器常数的辨识。
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在实施对某石化厂的丙烯腈装置进行先进控制改造时发现,由于两次扩能改造,使得一些仪表已经打到满量程,部分控制回路发散,控制不住,波动比较大,以至于大部分回路处于手动状态,失去了“自动控制”的意义。并且,由于手动操作对操作工操作经验的要求很高,操作工在遇到大的扰动时,不敢做太大的调整,使得很多位号在遇到干扰时不能很快恢复到位,有的位号很可能就一直振荡下去,造成了生产的不稳定。这也在某种程度上增加了误操作率。
5.2小结
由于IMc的设计简单、跟踪调节性能好、鲁棒性强,能消除不可测干扰的影响,孙鑫”“、郑思让㈣在造纸过程中应用IMc表明:IMC用于造纸生产具有算法结构简单、易于工程实现、自适应能力强、实时眭好等特点。袁树清删等应用玎讧c到机构
基于内模控制的PID控制系统的研究与应用
作者:黄静
北京化_:::I:大学硕士学位论文
图5—7滤波器常数及IMc-PlD控制器参数的整定曲线
Fi晷s_7Finer p棚eters and retuning curve oflM(>PID connDller
从实际应用结果对比可知,基于阶跃响应的PID控制回路经参数优化后,控制回路的性能指标和鲁棒性得到明显提高。该方法鳃决了PID参数只能凭经验进行调节,而一般人员很难进行精细调节的难题。并且该方法的数据获取容易,因为在正常生产中控制回路的设定值改变是时有发生的,而设定值变化前后的数据就是本方法所需数据,故本方法不需要为PID参数做特定的闭环对象特性测试实验;其次方法操作简单, Dcs操作员经简单培训就可进行,没有特殊的维护工作量,且优化后系统的鲁棒性很好。
Fig.5—2FlOw chan ofT-104recycle tower
5.1.4应用IMc.PID软件包实施先进控制
对于一个化工装置而言,实现操作优化和先进控制,使装置在最优操作条件下平稳运行,可以从提高产品质量、增加产品产量、降低原料消耗、节约能源、延长催化剂使用寿命、减少环境污染等多方面取得经济效益。
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北京化工大学
硕士学位论文
基于内模控制的PID控制系统的研究与应用
姓名:黄静
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:潘立登
20060601
北京化工大学硕士学位论文
图5—2T—104回收塔流程图
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5.1.6其它丙烯赌装置上的先进控制改造
薛美盛等人”21在丙烯腈装置上利用优化软件改变操作条件,也就是改变控制回路的设定值,成功实现了流化床反应器操作条件的正交优化,在此基础上,又在多元逐步回归分析法的基础上实现了丙烯腈反应器的在线优化控制。
李永刚等人㈣将主元分析处理后的数据作为新的样本输入,利用模糊C均值聚类算法进行丙烯腈反应器的优化操作。
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优化和先进控制已经发展得比较成熟,但国内外绝大多数丙烯腈装置都还没有实施优化和先进控制。另外,国内丙烯腈装置基本上都已经使用了分散控制系统,这给优化与先进控制的实施提供了强有力的技术保障。
PID控制回路正常工作是保证生产装置安全、平稳、长周期、满负荷运行的基础,同时也是采用先进过程控制、操作优化、质量管理、节能策略的基础。
11AE,即时间乘绝对误差的积分,按ITAE准则设计的最优系统是使积分具有最小值的系统,由于IrIAE具有较好的选择性,在P1D参数整定时,选择ITAE。
通过实际应用中发现,虽然Dcs控制回路的PID控制器经过IMc改造成为lMc.PID 控制器,但新控制器传递函数的阶次与IMC控制器的阶次一般不相等,即使出现阶次相等,使用对应系数相等的方法进行PID控制器求解时,也会出现无解或多重解的情况。研究前人的求解过程,发现一些文献直接舍去了IMc控制器的高次项而变成与PID 控制器相同的阶次,但这样做的结果就可能影响到PID回路的设定值响应特性或降低系统的鲁棒性,并且PID控制器的推导求解过程同PID控制回路的闭环传递函数的推导过程一样繁琐且容易出错。