調節器正/反作用方式的選擇和調節器的參數整定

調節器正/反作用方式的選擇

由于過程控制系統中的執行器（調節閥）有氣開與氣關兩種形式，為了與此相對應， 通常把被控過程和調節器也分為正作用與反作用兩種類型。當被控過程的輸入量增加（或 減小）時，過程的輸出量（即被控參數）也隨之增加（或減小），則稱為正作用被控過程； 反之則稱為反作用被控過程。當反饋到調節器輸入端的系統輸出增加（或減小）時，調節 器的輸出也隨之增加（或減小），則稱為正作用調節器；反之，則稱為反作用調節器。與此 相適應，正作用被控過程的靜態增益K規定為正值，反作用被控過程的Kc規定為負值；正 作用調節器的靜態增益Kc規定為負值，反作用調節器的&規定為正值。氣開式調節閥的靜 態增益I規定為正，氣關式則為負。測量變送環節的靜態增益Km規定為正值。

根據反饋控制的基本原理，對于圖5-1所示過程控制系統，要使系統能夠正常工作，構成系統開環傳遞函數靜態增益的乘積必須為正。由此可得調節器正反作用類型的確定方法 為：首先根據生產工藝要求及安全等原則確定調節閥的氣開、氣關形式，以確定&的正負； 然后根據被控過程特性確定其屬于正、反哪一種類型，以確定Kc的正負；zui后根據系統開 環傳遞函數中各環節靜態增益的乘積必須為正這一原則確定調節器Kc的正負，進而確定調 節器的正反作用類型。

在工程實際中，調節器正反作用的實現并不難。若是電動調節器，可以通過正、反作用選擇開關來實現。若是氣動調節器，調節換接板即可改變調節器的正反極性。

調節器的參數整定

調節器的參數整定也是過程控制系統設計的核心內容之一。它的任務是根據被控過程的特性，確定HD調節器的比例度δ、積分時間T1以及微分時間TD的大小。

在簡單過程控制系統中，調節器的參數整定通常以系統瞬態響應的衰減率ψ= 0.75~ 0.9 (對應衰減比為4:1~10:1)為主要指標，以保證系統具有一定的穩定裕量（對于大多數過程控制系統而言，當系統的瞬態響應曲線達到ψ=0.75~0.9的衰減率時，則接近* 的過渡過程曲線）。此外，在滿足ψ主要指標的條件下，還應盡量滿足系統的穩態誤差（又稱靜差、余差）、zui大動態偏差（或超調量）和過渡過程時間等其他指標。由于不同的工藝 過程對系統控制品質的要求有不同的側重點，因而也有用系統響應的平方誤差積分USE)、 誤差積分（IAE)、時間乘以誤差積分（ITAE)等分別取極小值作為指標來整定調節器參數的。

調節器參數整定的方法很多，概括起來可以分為三類，即理論計算整定法、工程整定法 和自整定法。理論計算整定法主要是依據系統的數學模型，采用控制理論中的根軌跡法、頻 率特性法、對數頻率特性法、擴充頻率特性法等，經過理論計算確定調節器參數的數值。這 些方法不僅計算繁瑣，而且過分依賴數學模型，所得到的計算數據還要通過工程實踐進行調 整和修改。因此，理論計算整定法除了有理論指導意義外，工程實踐中較少采用。工程整定 法則主要依靠工程經驗，直接在過程控制系統的實際運行中進行。工程整定方法簡單、易于掌握。由于工程整定法是由人根據經驗按照一定的計算規則整定的，因而要求操作人員具有 豐富的經驗并要占用相當長的時間，即使參數調整完畢，由于對象的非線性和系統工作點的 變化或對象特性的變化也會使系統偏離*工作狀態，因而需要多次反復進行。而自整定法 則是對一個正在運行中的控制系統特別是設定值改變的控制系統，進行自動整定控制回路中 的PID參數，因而得到越來越廣泛的應用。

下面分別介紹調節器參數整定的理論基礎、工程整定和自整定方法。