基于DCS平台PID参数自整定算法研究及软件包开发

摘要

PID调节器是工业过程控制中最常见的控制器，在90％左右的工业过程控制回路中得到了应用。随着先进控制技术以及计算机技术的发展，PID自整定控制算法是目前DCS系统中应用最多的一种先进控制算法。如果PID整定过程单纯依靠手动来完成，是非常麻烦和耗时的，得到的系统性能主要取决于工程师具有的经验和过程知识。目前工业现场中因为操作人员的经验问题而导致许多控制回路整定效果不佳，因此PID自整定对于研究者和现场工程师具有极其重要的意义。 本文从工程应用实际出发，较为深入地研究了PID自整定技术的理论和应用，提出了一种“粗调”+“细调”模式的PID自整定控制算法。在粗调阶段，基于继电反馈频率辨识及幅频裕度的理论，提出了基于幅频裕度配置和继电建模的两种PID参数自整定方法。这两种方法在控制效果上有所区别，可以针对控制需求是否希望有超调进行选择。另外，鉴于工业过程对象的时变性特性，在细调阶段引入了一种PID自适应控制算法。算法在实时监测到过程输出产生突变，并且突变超过一定阀值的情况下，启动自适应算法。自适应算法中先采用递推最小二乘法对过程进行在线辨识，然后通过极点配置技术来对辨识出的模型进行PID控制器设计，修正已有的PID参数，实现PID参数的自适应。 本文还在算法研究的基础上基于中控ECS-100DCS系统设计了PID自整定控制上位机软件包。并且将本软件在实际对象上进行应用测试，与同类自整定产品FOXBORO的EXACT控制器和横河的YS170控制进行了控制效果的横向对比，充分证明了此算法的有效性和灵活性，值得在工业现场得以推广。

目录

摘要

第1章绪论

1.1引言

1.2先进控制技术在DCS系统中的应用

1.2.1 DCS系统发展概述

1.2.2先进控制技术概述

1.2.3先进控制算法在DCS系统中的应用现状

1.3 PID自整定技术的发展及现状

1.4本文主要工作及成果

第2章PID参数自整定技术原理

2.1引言

2.2 PID自整定技术

2.2.1基于模型的自整定方法

2.2.2基于规则的PID自整定方法

2.2.3自适应控制器

2.3性能比较及实施方法选择

第3章基于继电反馈辨识PID自整定方法

3.1引言

3.2继电反馈辨识原理

3.3 PID控制器设计原理

3.4继电建模原理

3.5基于模型的PID控制器自整定方法

3.6本章小结

第4章自适应PID自整定方法

4.1引言

4.2初始化

4.3过程辨识

4.3.1激励监测

4.3.2过程辨识

4.4负载干扰监测

4.5控制器设计

4.6本章小结

第5章PID自整定软件包的开发

5.1实现平台

5.2软件的设计和实现

5.2.1图形用户界面

5.2.2数据传递及接口

5.2.3算法流程

5.3效果验证

5.3.1本算法的控制效果

5.3.2本算法同EXACT自整定控制器控制效果对比

5.3.3本算法同YS170自整定控制效果对比

5.3.4基于幅频配置的继电方法同KJ继电整定规则比较

5.4本章小结

第6章结束语

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文