pc-2b基础控制-控制系统

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1、第二單元基礎控制-控制系統-ControlSystem選取2號鍵變換如右圖R/LSP50.00PV11.28A/LM/L50.061234A/MPB100.00TD100.00TI100.001234R/LA/M控制器A/RA/R最適控制—AL—自動最適控制使程序變數面對擾動時，與設定點之偏差達最小(a)程序振盪響應(b)程序遲緩響應(c)程序適切響應設定點階段變化程序響應程序響應—ML—手動定義：控制閥改變對程序變數造成之影響程序階段響應圖穩態增益值：靜滯時間：θ時間常數：Ｔ測量值（程序變數）時間控制閥開度OP時間XθTLT控制信號OPLC控制器簡介對一個回饋環路

2、控制而言，滿意的控制效果:零偏差(zerooffset)即設定點(SP)與製程變數(PV)重合誤差(E)=SP-PV=0(orE(t)=R(t)-C(t)=0)對干擾(disturbance)不敏感控制器的設計實際上是根據程序特性而來。以動態的角度來看，因為各種干擾的存在，程序特性無時無刻地在變化。然而只要此程序干擾在「合理」範圍內，設計優良的控制器仍可能適用範圍廣(wideapplicability)實際工廠中，程序有時需要在某一範圍內變動，控制器應可藉著調整其中的幾個參數(tuningparameter)以穩定程序計算簡單，容易瞭解從1940年以來，PID(pr

3、oportional-integral-derivative)控制器即被廣泛使用於程序工業，至今仍是程序控制領域中控制器的主角比例控制器(proportional,PID之P)比例控制器主要是根據製程變數與控制器設定點產生之偏差，計算控制器所需要之輸出（OUTPUT)控制器之OPM(t)=Ms+KcxE(t)增益值Kc:Kc越大控制器之OP越大，控制器之動作越大比例帶(proportionalband簡稱PB)=有多少PB%的偏差會導致控制器之OP為100%PB值越少，控制器之輸出動作越大比例控制作用Kc值是控制器調諧首要考慮的調節參數。比例控制器容易產生偏置(o

4、ffset)，偏置的大小與Kc值成反比，Kc值越大，offset越小，但振盪幅度加劇程序變數時間E設定值控制器輸出OPPVOPLT控制信號OPLC密閉系統AL討論控制特性開放系統LT控制信號OPLCLT控制信號OPLC積分控制器(Integral)積分控制器設定一個積分時間(integraltime，簡稱Ti)來消除offset，其意為控制器每重複一次比例動作所花費的時間(minutesperrepeat)：OP=假設E為固定offset是一個常數，則OP=歷經一個Ti時間，控制器的輸出改變量為OP=(Kc×E)積分控制作用(1)信號程序變數PV時間E設定值SP控制

5、器輸出OPKcxEKcxE利用積分控制器可以用來消除offset積分動作太強(τI太小)會造成振盪Kc主要是應付誤差(E)，而積分動作Ti主要是應付偏置通常積分控制器均搭配比例控制對於較無雜訊(noise)之程序，其作動變數能容許有較大變化者，可使用較大的Kc與較小的Ti得到更快的響應。τILT控制信號OPLC積分控制作用(2)積分控制器必須小心飽和(windup)問題當偏差在同一方向一直存在時，控制器的輸出將會無限制的往上開或往下關，甚至超越控制輸出的極限100%或0%，此現象叫做飽和現象。去飽和現象(anti-windup)設計:使控制器輸出超越100%或低於0

6、%時，能停留於100%或0%微分控制器(derivative)微分控制器是設定一個微分時間(derivativetime，簡稱Td)，來提供控制器對偏差的變化率有處理的能力：OP=其實際意義為對偏差之修正「提前」反應之，當PV有一階段變化(stepchange)時，dE/dT可能為無限大，此時控制器OP迅即大變之，以快速修正PV為了避免如此強烈之動態響應，一般DCS廠家均有內建之過濾器使其產生圓丘(hump)式輸出以緩和微分作用。有些DCS廠家為避免微分控制作用產生突斷(bump)現象，其計算式改為：OP=微分控制作用程序變數時間E設定值控制器輸出OP信號微分控制器

7、通常搭配比例控制器或積分控制器一起使用，它的優點是使程序應答產生的振盪較少，也較不易有超越現象(overshoot)發生使用微分控制器的一般時機為批式製程或程序特性屬於「慢式」響應者建議在DCS上，能不要用τD最好不要若PV之雜訊消除不當，控制器之輸出變化會太快，反而變成一種困擾；且加入第三個調諧參數，增加調諧之困難度正/逆控制作用與A/M切換正控制作用：被控制變數之PV增加時，控制器輸出(OP)增加。E=PV-SP逆控制作用：被控制變數之PV增加時，控制器輸出(OP)減小。E=SP-PVA-Auto:控制閥開度隨控制器運算之M值而變M-Menu：控制閥開度隨手