如何读懂闭环阶跃响应曲线

2021/11/15 0:12:11 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:/tech/4032.html

在DCS系统上很容易将PID控制回路的设定值、测量值和PID调节器输出组态到同一画面上显示曲线,本文就和大家说说如何读懂闭环阶跃响应曲线。

下图是在进行控制回路优化时常见的闭环阶跃响应曲线。这个设定值阶跃响应曲线蕴含着很多信息,这些信息是PID整定的基础和关键。继续阅读之前您可以试试自己能想到什么。也许您想到的比笔者想到的更多。

控制回路闭环阶跃响应曲线
图1 控制回路闭环阶跃响应曲线


1、区分测量值、设定值和PID调节器输出。在上图中都是平直变化的绿色粗线肯定是设定值。剩下的两条线中,在设定值变化时有快速变化的黄色线就是调节器输出,另外一条平滑变化的就是测量值。

①错误:靠近的两条线就是设定值和测量值,其中平直的是设定值,平滑的是测量值。因为常见的DCS每条曲线都可以设置独立的显示范围,靠近的两条线可能是曲线显示设置造成的。
PID控制算法形式不同时在设定值变化时,PID调节器输出可能也没有快速变化。
2、该回路处于闭环控制模式,设定值变化时PID调节器输出会相应调整。
3、设定值变化平直,该回路应该是主回路或者是单回路。
4、PID调节器输出减少,测量值也减少。
5、该PID调节器使用了标准PID形式,而且使用了微分。设定值变化时PID调节器输出由于偏差突然变化,在比例和微分联合作用下,PID调节器输出会快速变化然后回调。
6、被控对象是个自衡对象。因为设定值变化稳定后,PID调节器输出的稳态值发生了大的变化。
7、被控对象有大概1分钟的纯滞后:被控对象在PID调节器输出变化后,测量值大概1分钟才开始变化。
8、看标签是个温度控制回路,但是该被控对象的响应速度很快。
9、由于两次设定值变化的响应曲线有明显变化,在设定值变化之间肯定调整了控制的PID参数。
10、变化后的PID参数更合理。因为后一次设定值变化时,调节器表现为调节器输出有超调无振荡,测量值无超调。而前一次设定值变化,PID调节器输出有振荡,测量值也有振荡。
11、根据前一次设定值变化的响应曲线,可以发现:
①由于PID调节器输出有振荡,而且同相位,PID调节器的比例作用太强了;
②虽然测量值振荡,但是看起来有“拖尾”现象,积分作用还是弱;
③PID调节器输出设定值变化引起的跳变并没有达到稳态值,然而PID调节器输出还是表现为振荡,说明被控对象的纯滞后时间比时间常数要大。纯滞后与时间常数的比是判断一个对象是否是大纯滞后对象的关键依据。该被控对象也是一个大纯滞后对象。

作者:冯少辉博士(现从事先进控制工作,有一线十几年工作经历,真正理论联系实际的
过程控制专家)

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