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PID控制器缺乏可重复性的原因以及采取哪些措施来进行调整测试
作者: 来源: 发布时间:2018-12-07
      每个过程测试通常会在识别的过程动态和计算的相应调整设置中给出不同的结果。在这里,我们来看看PID控制器缺乏可重复性的原因,影响以及可以采取哪些措施来改进调整测试。
      由于PID控制器输出的给定步进变化,来自间隙的阀门死区和静摩擦力的分辨率将减少阀门位置的实际步进变化。这将导致识别小于实际的阀门增益并计算大于期望的PID控制器增益。效果不可重复,因为阀门死区和分辨率随行程和时间而变化,效果取决于最后的响应。直到方向反转才能看到死区的影响。分辨率的影响程度取决于步长是否是分辨率极限的精确倍数以及阀门位置是刚刚改变(滑动)还是静止(棒状)。
      大多数阀门安装的特性是非线性的,随着系统电阻和静压头的变化而变化。所述阀增益(开环增益的因素之一)是通过在阀位置变化除以流的变化。因此,增益是连接阀特性曲线上的两个点的线的斜率。只有信号的微小变化才是这条线的斜率曲线的斜率。但是,出于多种原因,我们不希望信号的变化很小。因此,即使起始点相同,线的斜率也会随步长而变化,除非安装的流量特性是线性的。
      该过程增益(开放增益的其他主要因素)对于大多数成分,pH和温度回路是非线性的。所有这些循环的过程增益从根本上与生产率成反比。在组成,pH和温度与操纵流量与进料流量之比的图表中最好地找到过程增益的另一部分。与阀门一样,所见曲线的非线性取决于操纵流量变化的大小。过程增益是连接阶梯测试的起点和终点的直线的斜率,并且仅是操纵流量的微小变化的过程曲线的斜率。蒸馏温度曲线的斜率取决于除了比率之外的托盘和操作条件。
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      热电偶套管和电极的传感器时间常数取决于速度,涂层,工艺条件以及工艺变化的方向和大小。除了玻璃表面的年龄和状况外,pH电极对这些变化的传感器最敏感。测量时间常数成为液体体积中的次要时间常数或死区时间。对于气体塞流量,其中进料被操纵用于温度或成分控制,测量时间常数可以成为主要时间常数,因为处理时间常数很小。至少可以说这是令人困惑的,因为更大的传感器时间常数导致更积极的调整和更平滑的外观流程趋势,正如上一篇文章中广泛讨论的那样测量衰减和欺骗提示。
      阀具有二阶速度限制指数响应,其取决于行程时间和动态以及定位器的调整。阀门时间常数的表观尺寸将取决于信号变化的大小和方向。
      该过程时间常数通常与混合体积的生产率成反比。过程时间常数也随着变化的方向而变化。由于较小的温差作为驱动力,特别是对于环境冷却,温度的降低通常比温度的升高慢。由于排气流的压降较小,尤其是接近大气压的容器压力,容器压力的降低通常比压力的增加慢。反应物浓度的降低比反应物浓度的增加慢,其中反应速率相对较慢。由于生物反应器中细胞生长速度极慢且产物形成速率缓慢,底物浓度(例如葡萄糖)的降低比增加慢得多。
      该过程的死区时间一般是成反比的生产速度,但也受交通运输的延误。由于汲取管运输延迟,汲取管中的小试剂流的注入延迟非常大并且可变。不良的混合模式和操纵流量与放电流的短路导致容器中的测量死区时间和测量噪声不稳定。
      由于不连续信号引起的测量死区时间取决于干扰或输出变化何时到达不连续信号处理时间间隔。平均而言,干扰在时间间隔的中间到达。因此,假设延迟可忽略不计,来自数字和无线设备的死区时间是更新时间的1/2(例如,默认更新速率)。大于阈值灵敏度的变化(例如,触发水平)可能导致更早的更新。假设分析仪结果在分析周期结束时可用,分析仪的平均死区时间是样品运输延迟加上分析仪循环时间的1?。
      有很多噪音来源。大多数与轴向和径向浓度,温度和速度的变化有关,这由传感器类型,位置和安装决定。差动头部流量计和涡流流量计的最小直线长度要求通常不考虑需要更长长度的实际管道系统细节。插入管道中的传感器(例如,热电偶套管,电极和插入流量计)不考虑径向轮廓和由于不太理想的混合引起的变化。
      传统上认可的噪声源是涡街干扰(EMI)。当使用较便宜的驱动器和安装并且未遵循VFD电缆类型和信号电缆隔离的严格做法时,变频器(VFD)是许多EMI问题的根源。屏蔽和接地不良会导致许多EMI问题。
      干扰是测试结果变化的重要原因。如果没有干扰,您就不需要反馈控制。唯一可以肯定的是,工艺流程图(PFD)上的工艺条件不是工厂在任何给定时间的条件。测试时间应尽可能短,以减少发生破坏性干扰的可能性。这对于可能需要一次或多次转换以达到稳定状态的蒸馏塔尤其重要。
      调整测试时间可以通过使用大步长并使用调整测试和方法来最小化,该调整测试和方法查看正常方向的偏移时间和斜率,以获得需要很长时间才能达到稳定状态的过程或者在合理的时间范围内没有稳定的状态(例如,近整合和真正的整合过程)。
      不要气馁。简单地变得现实。即使在最佳情况下,也不要期望结果可重复到超过2个有效数字。使用最佳实践来处理测试变体的后果。应在每个设定点和工厂生产率下进行四次或更多次调整测试。如果环境条件或换档操作有所不同,建议进行日夜测试。测试应该在两个方向上使用步骤。步长应足够大,以使测量噪声带,阀死区和阀门分辨率的影响可忽略不计,并缩短测试时间。在进行测试时,操作员不应进行换料。维护工作不应该进行中。过程工程师不应该要求更改设定值。当控制室不拥挤时,安静的时间(通常是周末)是最好的。应在PID控制器输出而不是PID控制器设定值中进行阶跃变化,以便用于改善设定点响应的PID控制器结构和设定点前导的影响不会模糊过程动态的识别。这可以通过软件自动添加增量或减量注入步进更改或暂时将PID控制器置于远程输出或手动模式来完成。应使用具有最大开环增益,最小主时间常数,最大次级时间常数和最大死区时间的测试结果。该规则可以被调节到这样的程度,即最大值和最小值在物理上不可能是重合的,并且通过信号表征,自适应控制和调谐调度来补偿非线性。
      当然,调整不应该是掩盖。如果由于设备,管道或自动化系统设计和安装不良而导致测试不可重复,则应解决问题,不仅要更好地进行调整,还要更好地了解和控制过程。毕竟,我们希望我们的流程尽可能重复。

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