过程控制系统技术方案

一种系统用于控制具有程序系统增益和死时间的程序系统，该程序系统的传输函数包括一个相应于程序系统增益的增益项，和一个相应于死时间的死时间项，该控制过程是在一个外加扰动的条件下，根据控制器控制变量的输出，将程序系统的控制变量输出，调节到一个目标值，所说控制器至少在控制变量与目标值的偏差基础上，进行比例积分控制操作。这个系统包括死时间补偿装置，一个系统模型单元，一个模型单元和增益调节装置。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

process control system

A system for controlling the program system is a program system gain and the dead time of the transfer function of the system includes a program corresponding to the program of the system gain gain, and a corresponding to the dead time of the dead time, the control process is in a disturbance condition, according to the output control variable the control variable output program system, adjusting to a target value, the deviation controller based at least in the control variables and the target value, are proportional integral control operation. The system consists of a dead time compensator, a system model unit, a model unit, and a gain adjustment device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及程序控制系统，特别是涉及采用了对死时间补偿作了改进的史密斯方法的，一种程序控制系统。在程序控制的历史中，具有比例积分(PI)或比例微分(PID)调节功能的控制单元，被广泛用于所有的工业领域，而且对于设备操作也是不可缺少的。当一个程序系统，采用死时间L和一级滞后T(一个时间常数)来近似时，在仅有一级滞后的情况下，这个程序系统可以简单地由比例积分微分(PID)控制方法来控制。但是若包括了死时间L时，而死时间L变大，换句话说当L/T变大，仅用比例积分微分控制就变得越来越困难了。所以，作为一种用于提高包含死时间程序系统的控制能力的方法，史密斯提出了所谓“史密斯方法”或“死时间史密斯补偿方法”现在此种方法被广泛采用。其设计是增加一个死时间补偿器，该补偿器使用了一个程序系统模型，来进行比例积分微分控制，并将死时间移出控制循环方式，来单独控制近似的一级滞后程序系统。附图说明图1(a)所示为使用了这样的死时间史密斯补偿方法的，控制单元的功能框图。在此单元中，死时间补偿器5与是新加进控制系统的6偏差计算器1得到目标值SVn，与控制变量PVn之间的偏差En。比例积分微分(PID)调节装置3，在此偏差En的基础上，执行比例积分(PI)或比例积分微分(PID)的控制操作，并且把所得到的控制信号MVn加到程序系统2上。在死时间补偿器5中，一级滞后模型装置6，按照一级滞后传输函数、输出比例积分微分(PID)调节装置3的控制变量MVn。程序系统模型装置(也称程序系统模型)7，按照一级滞后和死时间的传输函数、输出比例积分微分(PID)调节装置3的相同控制信号MVn。减法器8从一级滞后模型装置6的输出之中，减去程序系统模型7的输出。其结构是减法器8的输出端与减法器4相连，同时减法器4又置于偏差计算器1的输出端，在此，死时间补偿器5的输出，被从偏差En中减去。在图1(a)中Gp、e-Lp·S程序系统的传输函数Gp-Kp/(1+Tp·S)消去死时间的程序系统的传输函数Lp程序系统死时间Kp程序系统增益Tp程序系统时间常数S拉普拉斯算子此外，Gm·t-1ma程序系统模型的传输函数Gm-Km/(1+Tm·S)消去死时间的程序系统模型的传输函数Lm程序系统模型死时间Km程序系统模型增益Tm程序系统模型时间常数如果将图1(a)经等效变换重新排列，它就变成如图1(b)中所示此处，扰动D是很小的，可以忽略。同时，如果假定程序系统特征与程序系统模型7的特性一致的条件成立，也就是说存在关系式扰动＝很小，Tp＝Tm，Lp＝Lm(1)我们有Gp＝Gm，当SVn→PVn的传输常数在此种情况下找到时，它变成PVn/SVn＝｛(Gc·Gm)/(1+Gc·Gm)｝e-1p·S(2)它可变换成图1(c)中的结构型式。所以，这意味着，在这个控制单元中，具有消去死时间的一级滞后模拟器6，可以由PID调节装置3反馈控制。换句话说，由于死时间可以从控制循环中移去，所以，这个单元可以很容易地由PID调节装置3所控制。而且，予期具有较好的控制能力。死时间单元9、被置于控制循环之外。然而，从上面的解释可以明显的看出，采用上述类型的死时间史密斯补偿方法，除非方程(1)的条件成立，否则控制单元是不能如图1(c)所示那样构成的。可是，在实际的设备控制中，使方程(1)的条件成立常常是困难的。例如，在死时间的进程中，方程(1)的条件，可能由于程序系统特征的改变和环境的变化(诸如环境温度、催化剂温度、原料状态或负载大小等)而改变。结果，方程(1)中的条件变化越大，控制能力就变得越差。因此，就存在着不可能实现死时间史密斯补偿方法功能的问题，结果造成对设备控制能力的巨大影响。本专利技术的一个目的是用死时间补偿控制单元，控制一个程序控制系统。另一个目的是，在程序系统增益特性变化的条件下，用改进的死时间补偿控制单元，使有可能控制一个程序控制系统。按照本专利技术，上述目的是通过提供一个控制系统而实现的。所控制的程序系统具有程序系统增益和死时间，其传输函数包括一个相应于程序系统增益的增益项，和一个相应于死时间的死时间项。在外加扰动条件下，所说控制过程是基于一个受控变量和目标值之间偏差，根据至少执行比例积分控制操作的控制器，所控制变量的输出，将程序系统的受控变量输出，调整到目标值而实现的。这个系统包括死时间补偿器，它与控制器相连。控制器包括一个系统模型单元，该单元具有与程序系统的传输函数近似的系统传输，还包括一个模型单元，该单元具有将死时间项从系统传输函数中消去的模型传输函数。所说死时间补偿器用于输出一个补偿信号以补偿死时间。这个系统还包括与死时间补偿器相连的增益调节器，可根据程序系统增益的变化、将系统模型单元的增益，调整到程序系统增益上。另一方面，根据本专利技术上述目的是通过一种控制方法而实现的。该方法在外加扰动的条件下，基于控制变量和目标值之间的偏差。根据至少执行比例积分控制操作的控制器、所控制变量的输出，将程序系统的受控变量输出调整到目标值，从而控制一个程序系统，该系统具有程序系统增益和死时间，其传输函数包括相应于程序系统增益的增益项，和相应于死时间的死时间项。该方法包括下述步骤通过使用死时间补偿器来补偿死时间，该死时间补偿器与控制器相连，包括一个系统模型单元和一个模型单元，系统模型单元具有与程序系统的传输函数近似的系统传输函数;模型单元具有将死时间项，从系统传输函数中消去后得到的模型传输函数，按照程序系统的增益变化将系统模型单元的增益，调整到程序系统增益上。图1(a)到1(c)所示为能补偿死时间的普通程序控制系统的框图。图2为本专利技术采用了史密斯方法，进行死时间补偿的程序系统的框图。图3为本专利技术采用了史密斯方法，进行死时间补偿的另一个程序控制系统的框图。图4所示为图3中程序控制系统的运算图。以下参照图2描述本专利技术的一个实施例。在图2中凡是与图1中符号相同的那些函数或部分，将不再详细介绍。在图2中，模型增益校正器10，是为死时间补偿器5提供的，它对应于程序系统增益的变化，自动校正死时间补偿器5的增益。在模型增益校正器10中，除法器11接收程序系统2的受控变量PVn和作为死时间补偿器5一部分的程序系统模型7的输出信号PVmn，并计算出它们的比值Kn＝PVn/PVmn。时间平均值运算器12，通过计算除法器11的输出Kn的时间平均值，计算出比值Kn’(下文中、平均值均采用加“’”号来表示)。乘法器13用此平均比值Kn’乘以死时间补偿器5的输出，自动校正死时间补偿器的输出。所以，在模型增益校正器10中，从程序系统2输出的受控变量PVn，和从作为死时间补偿器的一部分的程序系统模型7中输出的信号PVmn，被送入除法器11中。经过运算PVn/PVmn，求得比值Kn’后，将其传送到前面的时间平均值运算器12。在时间平均值运算器中，平均值Kn’是从除法器11输出的初始比值Kn’对时间进行平均而求得、并被送入乘法器13。在这里、与平均比值Kn’相乘，使得死时间补偿器5的输出信号自动改变。接下来，讲述对于程序系统增益的改变，程序系统模型增益的校正。如果程序系统2的特性与程序系统模型7的特性是一致的话，受控变量PVn和程控系统模型7的输出信号PVmn、应该是一致的。即，如果比值Kn＝PVn/PVmn、那么本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统用于控制具有程序系统增益和死时间的程序系统，程序系统的传输函数包括一个相应于程序系统增益的增益项单元和一个相应于死时间的死时间单元，所说控制、是在一个外加扰动条件下、根据控制器的控制变量输出，将程序系统输出的受控变量调整到一个目标值，所说控制器至少在受控变量和目标值之间的偏差基础上，进行比例积分控制操作，该系统包括：与控制器相连的死时间补偿装置，包括有一个系统模型单元、具有系统传输函数近似于程序系统的传输函数、和一个模型单元，与系统模型单元并联，具有由系统传输函数消除死时间项单元而得到的模型传输函数，所说补偿装置用于输出一个补偿信号以补偿死时间，与死时间补偿装置相连的增益调节装置，用于根据程序系统增益的变化、将系统模型单元的增益、调整到程序系统的增益上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：广井和男，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]