用于过程检测系统的控制装置制造方法及图纸

一种用于各种过程检测系统中的控制装置，当操作变量偏离上限、下限值和变化本限制值之一时，它控制速度型Ⅰ控制输出而又不略去速度型ＰＤ控制输出或速度型Ｐ控制输出，这样，操作变量能够与实际过程中的各种限制条件相适应。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

Control device for a process inspection system

A control device for a variety of detection system, when the operating variables deviate from the upper and lower limit value and the limit value of a change, it controls the speed type control output without omitting speed PD control output or speed P control output, so that all kinds of restrictions and operating variables can be in the actual process. Adaptation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于各种过程检测系统中的控制装置，特别是，涉及这样一种控制装置，当操作变量偏离上限、下限值和变化率限制值之一时，它控制速度型I控制输出而又不略去速度型PD控制输出或速度型P控制输出，这样，操作变量能够与实际过程中的各种限制条件相适应。PID(P比例，I积分，D微分)控制装置广泛用于工业领域的检测系统中，对工厂过程控制的检测系统来说是必不可少的，用于PID控制装置的PID计算方法分为模拟和数字的计算方法两种，目前的PID控制装置很多使用数字计算方法。PID计算方法中一种PID算法的基本公式是MV＝KP｛e+(1/TI)∫edt+TD(de/dt)+MVo｝(1)这里，MV是操作变量，e是偏差，Kp是比例增益系数，TI是积分时间，TD是微分时间，MVO是操作变量的初始值。采用基本公式(1)的数字计算方法有预定的采样周期τ，在每一采样周期τ中进行采样以得到执行计算所必需的数据，所以，如果当前的采样时刻用nτ表示(n为整数)，则前一次采样时刻为(n-1)τ，在当前采样时刻从控制系统得到的偏差可由en表示，而在前一次采样时刻的偏差可由en-1表示数字计算方法也有两种，一种是位置计算方法，另一种是速度型计算方法。在位置计算方法中，每一采样周期中直接计算出总的操作变量MVn，在速度型计算方法中，在每一采样周期中，计算出即时操作变量的变化△MVn，该变化△MVn加到前面的操作变量MVn-1上，由此得到当前的操作变量。所以，当用PID算法的基本公式(1)来进行位置计算方法时，操作变量MVn表示为MVn=Kp{en+(τ/T1)&;Sigma;i=1nei+(TD/τ)(en-en-1)}....(2)]]>在速度型计算方法中，操作变量MVn表示为△MVn＝Kp｛(en-en-1)+(Cτ/TI)en+(TD/τ)(en-2en-1+en-2)｝(3a)MVn＝MVn-1+△MVn(3b)下面对这两个公式，即公式(2)和包括式(3a)和(3b)的公式(3)加以比较。由公式(3)给出的速度型PID算法具有下列特点(a)积分项中没有3∑，计算得以简化;(b)在手动和自动方式之间进行切换时，把在当前的手动操作中得到的操作变量代替等式(3b)中的MVn-1，随后，选择自动控制方式，将从下次采样时刻得到的变化量△MVn加到变量MVn-1上，这样，控制可继续进行，从而，手动-自动开关可容易地实现平稳的切换;(c)可以容易地完成积分饱和的重新调节，以及(d)由于只需得到操作变量的变化，增益系数容易修正，易于进行处理其它变量的复杂计算。所以，速度型PID计算方法常用于采用计算机的DDC(直接数字控制)中。计算方法在这类控制装置中，不论应用哪一种模拟计算方法、位置数字计算方法或速度型数字计算方法，当操作变量变得太大或太小时，工厂都处于危险状态，因此操作变量具有上限和下限值。由于使下游过程、受控系统的运行终端或蒸汽、燃料、水、空气等控制量发生突变是不利的，所以，在操作变量加到控制信号中时对操作变量的变化率给出一定限制。为了控制系统的安全，必须按照各种限制条件和受控系统的特性，以及用户对控制的要求，用上限/下限制装置和变化率限制装置来规定操作变量的适当幅度和变化率，以此来对其加以限制。附图说明图1是一种传统的速度型PID控制装置的方框图。在该装置中，一偏差计算装置1从当前目标值SVn中减去受控系统2的当前过程变量PVn，所得到的偏差en送到速度型PID控制装置3，该速度型PID控制装置3执行由等式(3a)给定的控制计算，输出速度型PID控制输出△MVn，该速度型PID控制输出△MVn送到变化率限制装置4，被限制在一预定的变化率范围内，由此产生输出△MVn′，该输出△MVn′随后送至具有上限和下限的速度-位置信号转换装置5，被限制在预定的上限和下限值的范围内，该速度-位置信号转换装置5执行等式(3b)的计算，即MVn＝MVn-1+△MVn′所得到的操作变量MVn加到受控系统2，这样，受控系统被控制为偏差en＝0，即SVn＝PVn。如上所述，当PID控制装置用于一个实际的过程控制系统时，操作变量由于目标值SVn的突变或过程变量PVn由于干扰等产生的突变而被显著改变，结果，受控系统被给予突变或过度的操作量，使运行终端和管道系统受到损害和使用寿命下降，而且，该受控系统2的上游过程和下游过程也受到不利影响。为了避免上述情形发生，该PID控制装置包括变化率限制装置4和速度-位置信号转换装置5，以便对操作变量给出变化率限制及上限和下限，该PID控制装置用这些装置控制操作变量，这样，受控系统2能够与各种限制条件相适应。图1所示的控制装置对操作变量给出变化率限制及上限和下限限制，但是，这种限制方法没有保持“PID控制的精髓或实质”，结果，当限制操作变量时，出现下列工业上不利的副作用。(1)当偏差en阶梯地变化或脉动变化且PID控制输出△MVn达到超出上限值的最高点时，操作变量由速度型PID控制装置3的P或D操作而从其上限超过点返回，结果，导致控制错误或安全性下降。这是工业应用上的一个严重缺点。下面详细叙述这一缺点的原因。图1中，例如，当偏差en阶梯地变化时，P+D操作主要在变化开始时起作用，当在这情形下全无限制时，操作变量MVn表现出图2中的曲线(a)，但是，实际上，操作变量MVn由上限值H限制，其Y段转换成一个速度型信号，D操作的下降部分直接从操作变量MVn减去，结果，操作变量MVn表现得如图2中曲线(b)所示，尽管如图2中曲线(c)所示是较好的，操作变量MVn实际上是从超过上限点大幅度地返回的。即，PD控制在反方向上作用，结果，发生控制错误。在操作变量下降到形成安全问题的区域后，操作变量才在I操作下慢慢返回到正常状态。(2)即使操作变量超过上限或下限值，并且偏差en较大，当目标值SVn、过程变量PVn等略微起伏时，则操作变量在限制值附近变化。下面解释这一变化的原因。假定操作变量由速度-位置信号转换装置5限制，但是偏差en在例如图3中的负区域中略微起伏，此时，当变化率限制装置4的输出△MVn′变化到落入该限制范围内时，速度-位置信号转换装置5就改变输出MVn，以接收输出△MVn′。(3)当偏差en阶梯地变化或脉动变化，并且操作变量超出变化率限制值时，速度型P和D操作信号被略去，如上所述，操作变量由D操作返回，并由I操作而靠近目标值SVn。这样，控制响应时间就显著地延长，造成工业应用上严重的缺陷。下面解释该缺陷的原因。变化率限制装置4由限制速度-位置信号转换装置5的单位修正量，并略去P+D操作中的第一次变化，因为变化率限制装置4减去变化率限制范围内的D操作所产生的下降，所以操作变量MV暂时下降，随后仅由I操作而增大并饱和，如图4中曲线(d)的MV。同时控制响应PV暂时作出相反的响应，随后仅由I操作慢慢增大并饱和，如图4中曲线(e)的PV，从而造成很长的控制响应时间。在传统的控制装置中，当操作变量的变化超过变化率限制值或上限或下降限制值，并返回到限制范围中去时，会进行不适当的信号处理，在实际应用中造成严重的缺陷。这类PID控制装置广泛用于各个领域的控制，如工厂检测设备，并成为这种控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于过程检测系统的控制装置，包括：偏差装置，用于计算受控系统的过程变量与目标值之间的偏差，并输出该偏差；第一控制装置，用于接收该偏差，执行速度型Ｉ控制计算，输出一个第一计算输出，所述第一控制装置包括：用来输出该第一计算输出的 输出装置，以及，用来有选择地停止输出该第一计算输出的停止装置；第二控制装置，用于接收该偏差，执行速度型Ｐ或ＰＤ控制计算，并输出一个第二计算输出；加法（求和）装置，用于接收第一和第二计算输出，把第一和第二计算输出相加，并输出一个速 度型操作变量；位置信号转换装置，用于把速度型操作变量转换成位置操作变量，并输出该位置操作变量；限制装置，用于接收位置操作变量，限制位置操作变量的大小，使其落入预定的上限和下限值之间的范围内，把位置操作变量的变化率限制在预定的变化率限 制值内，并输出一个受限制操作变量，该受限制的操作变量被送到所述的受控系统；以及，限制－偏差判别装置，用于接收位置操作变量和受限制的操作变量，并判别位置操作变量是否偏离上限、下限值和变化率限制值中至少一个限制值，当所述限制－偏差判别装置确 定操作变量偏离时，所述限制－偏差判别装置对所述停止装置提供一个信号，用以停止向所述加法（求和）装置提供第一计算输出，并停止所述加法（求和）装置的加法操作，由此把速度型操作变量置于保持状态。...

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