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了解压力控制器的级联控制对各类仪表的影响
编辑:https://www.abdeli.net 来源:mg4355线路检测 发布时间:2019-01-25

     您知道现在的所有循环控制都使用级联控制吗?您是否了解级联控制如何在影响压力控制器上部环路之前纠正较低的环路干扰并使上部环路更快?如果下部环路太慢或可调范围不足,您知道如何防止系统振荡吗?mg4355娱乐电子游戏在这里为大家详细的说明一下。

    在级联控制中,上部回路压力控制器的输出是较低回路压力控制器的设定值。虽然讨论通常以单个级联为中心,但可以有多个级联。如果你认为阀门定位器真的是一个数字阀门控制器(DVC),在这个DVC中可能有级联控制,其中位置控制器的输出是继电器行程或实行器压力控制器的设定值,你可以有三倍只用流量控制器级联。如果您考虑一个反应堆温度控制器,其输出是夹套温度控制器的设定值,其输出是流量控制器的设定值,其输出是DVC的设定值,则您有一个五元组级联。由于今天的压力控制器有定位器,每个回路都有一个级联控制系统,大多数都有多个级联。
    这里大家mg4355娱乐电子游戏将使用术语“更高”和“更低”来表示级联控制系统中的相对位置。较高的回路通常与质量控制(例如组成,pH和温度控制)和库存控制(例如气体压力和水平)相关联。鉴于级联循环比实现更常见,大家需要了解它们何时以及如何提供帮助以及潜在的问题。上部环路通常称为主环路,下部环路称为辅助环路。虽然主循环可以包围主过程时间常数,而次循环可以包围次要过程时间常数,但不一定是这种情况。为了避免在处理时间常数的位置或下标中出现混淆,大家将引用上层循环的主循环和下层循环的辅助循环。
    为了使压力控制器级联控制有效,较低的循环必须比其设定点的源上方的循环更快。有一个非官方的级联规则,下循环必须比上循环快4倍。虽然就单个级联来说,但是当您进入更高的循环时,该规则是适用的。大家mg4355娱乐电子游戏将重点关注具有上部和下部循环的单个级联。
    大家的意思是下部循环的总循环死区时间必须小于上部循环的总循环死区时间。在死区时间之后,下部环路的变化率必须大于上部环路的变化率。对于自调节过程,这对应于较低回路中的最大开环时间常数小于上回路中的最大开环时间常数。对于积分过程,较低循环的开环积分过程增益必须大于上循环的开环积分过程增益。峰值误差的最终极限随着下循环死区时间与上循环死区时间的比率减小而减小,并且下循环变速率与上循环变速率之比增加。 
    如果违反级联规则,压力控制器峰值误差和积分误差会受到影响,但可以通过更快地调整下部环路并使上部环路更慢来防止振荡。这里,下环和上环的闭环时间常数分别变得越来越小。或者,下部回路过程变量到上部回路PID调节仪的外部复位反馈可以在上部压力控制器试图比下部回路更快地响应更快地改变较低压力控制器的设定点时防止振荡突发。 
    下部环路可以使上部环路过程增益更加线性,在它们明显影响上部过程之前补偿较低的干扰,在更快更直接的基础上处理阀门静摩擦和间隙,并在较低的时候提供流量前馈(例如流量比控制)循环就是流动。如果下部环路没有提供这些优点并且没有所需的那么快,那么最好放弃级联环路,以支撑单个环路,其中速率时间设置等于下部环路处理时间常数。
    在模拟电子控制器和气动定位器的时代,通过将定位器置于快速回路(例如液体压力和流量)上来违反级联规则。基于奈奎斯特地块研究推荐了体积增强剂。有几个因素未被视为使本指南无效。最终结果是推荐所有压力控制器使用定位器。
    压力控制器级联控制具有将单个循环中的有害动态项转换为级联循环中的有益项的有趣特性。如果考虑原始的单循环,较低的时间常数会严重降低性能,或者将其视为自调节过程中死区时间的增加,或者更糟糕的是作为积分和失控过程中的时间常数。如果创建包含较低时间常数的较低循环,则此时间常数将从上部循环中有效地移除,并成为较低循环中的最大时间常数。较低的时间常数越大,通过减少总死区时间在上部环路中允许的PID调节仪增益越大,并且通过将时间常数增加到死区时间比率而在下部环路中允许的压力控制器增益越大。  
    对于较低过程输入的干扰,可以看到最大的改进。在这些干扰影响上部环路之前,下部环路可能会对它们进行校正。较低的流量回路可以在压力扰动影响上部回路之前进行校正。下夹套温度回路可以在冷却剂温度影响反应器温度回路之前校正冷却剂温度的变化。
    随着上部环路中的处理时间常数增加并且下部环路死区时间减小,下部环路周期减小,并且上部处理时间常数的短期瞬变的滤波动作增加。实际上,针对振荡响应调整的较低环路可以为上环处理时间常数提供最佳的干扰抑制,该上环处理时间常数是较低环路死区时间的10倍以上。一个有趣的意外例子是通过在DVC中添加积分作用来调节温度回路中的DVC以振荡。在温度回路中通过大时间常数(例如60分钟)过滤的DVC中的快速振荡(例如2秒周期)小于传感器的分辨率极限。这些振荡优于DVC中将在温度中显示的偏移。然而,这种调整会磨损阀门。更好的解决方案是阀门具有小得多的粘滑(分辨率和阈值灵敏度极限),因此偏移量更小。
    上部循环的最终周期小于原始单循环。下部环路还可以隔离上部环路的非线性。流动循环隔离了已安装特性的非线性。夹套和线圈温度回路隔离了过程非线性,其中过程增益和死区时间随着夹套流量的减小而增加,以及在从加热到冷却的过渡的分离范围点处的阀非线性和不连续性,反之亦然。这些回路还可以强制实施温度限制,以防止传热表面上的热点或冷点对结晶器和生物反应器特别重要。 
    如果遵循级联规则,则可以增加上部PID调节仪增益和速率时间,并且复位时间减少。因此,级联环路可以更好地处理源自上部环路的干扰,而不是原始单环路中的干扰。 
    通过使测量,压力控制器或最终控制元件更快,大家可以使下部环路更快。对于测量,这对应于减小传感器(例如,热电偶套管或电极)和发射器(例如,阻尼和无线默认更新速率)的延迟和滞后。对于压力控制器,这意味着减少压力控制器实行时间和信号滤波器。对于最终控制元件(例如阀门和变速驱动器),这意味着降低死区,分辨率和阈值灵敏度限制。它还意味着将速度控制保持在变频驱动器中而不是将其移动到DCS,因此压力控制器实行速度更快。对于阀门,大家需要减少行程前的停滞时间和行程时间。对于变速驱动器,大家需要增加允许的速度变化率。 
    上闭环时间常数或阻滞时间(λ)应该比下环λ大约4倍。如果不能通过使下循环更快来完成,可以通过将上循环lambda调整为更大来完成。
    添加较低流量回路可实现流量前馈。注意是流量测量是否具有足够的可调范围。涡街流量计具有良好的调节比(例如50比1),科里奥利仪表具有很大的调节比(例如200比1)。差分磁头可能过于嘈杂,并且涡流流量计信号可能在低流量时丢失,在这种情况下,需要将逻辑逻辑添加到级联回路以切换到根据阀门或变速驱动器位置计算的流量测量值。
    具有可忽略的死区和设定点速率限制的变速驱动器可能是聚合物压力控制器所必需的,以防止严重违反级联规则。聚合物压力控制通常需要紧密以保持聚合物性能。聚合物压力过程动力学比阀门动力学更快。
    流程图,分析,度量和模拟(例如稳态和动态)都取决于正确的流程。较低的流量回路改善了过程操作和过程控制改进。

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