試談DCS控制算法的改進

蓋秀玲　黃鸝

【摘 要】本文主要對DCS在工業(yè)企業(yè)應用中PID算法的探討。

【關(guān)鍵詞】DCS；微分先行；響應速度

DCS系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應用很廣泛，它克服了單微機控制系統(tǒng)危險性高度集中以及常規(guī)儀表控制功能單一，人/機聯(lián)系差的缺點，實現(xiàn)了集中監(jiān)控和管理，可靠性高，它的應用已經(jīng)取得了明顯的經(jīng)濟效益，但是，DCS的應用也存在一些問題，它的控制功能未能完全發(fā)揮出來，原因很多。

DCS（分散控制系統(tǒng)）是一種以分散的數(shù)據(jù)采集，控制和集中的監(jiān)視管理為主要結(jié)構(gòu)特征的計算機控制系統(tǒng)，由于其具有可靠性高、功能完善和靈活性強等優(yōu)點，已經(jīng)成為工業(yè)自動控制系統(tǒng)的主流。在我國大型火力發(fā)電廠中，隨著機組容量不斷增大，DCS功能也更加強大和復雜，為了實現(xiàn)安全生產(chǎn)的，需要對大型機組的技術(shù)人員進行DCS組態(tài)培訓。由于不同DCS之間存在較大差異，為了能夠?qū)夹g(shù)人員進行某種DCS的往往需要購買相應的DCS硬件和軟件，這將帶來不菲的成本。如果能在一套現(xiàn)有的DCS基礎上，建立起多種DCS控制系統(tǒng)組態(tài)平臺，能夠仿真多套DCS的組態(tài)環(huán)境，從而達到開展多套DCS培訓的效果，則勢必會大大節(jié)省開支，提高經(jīng)濟效益。建立多種DCS組態(tài)平臺的關(guān)鍵就是要建立多種DCS間的控制算法映射數(shù)據(jù)庫。

例如：DCS組態(tài)人員對控制算法了解不多，DCS制造廠商未能提供有關(guān)的控制模塊，組態(tài)又有困難，本文主要針對PID算法進行改進，更好地提高系統(tǒng)控制產(chǎn)品質(zhì)量。

1.微分先行

微分先行就是如圖所示，測量值（PV）經(jīng)PD電路（比例增益為1）后再與給定值（SV）比較的差值，送入PI電路，這一給定值不經(jīng)過微分，故在改變給定值時，調(diào)節(jié)器輸出不會發(fā)生大幅度變化，從而避免了給定值的擾動。

相比較可以看到，預測PID算法中的比例和積分項引入了（2Z-1）/Z及（3Z2-3Z+1）/Z2的環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

這也是邏輯判斷與PID控制相結(jié)合的一種方法，應用時對變化率要選擇合適，使之即能減小超調(diào)量又能使系統(tǒng)有較快的響應速度。

設計預測PID控制算法的步驟是：

（1）確定某一頻率W以及所希望的系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。

（2）根據(jù)閉環(huán)特征方程，加入零階保持器后廣議對象的特征以及相位裕度，穩(wěn)定數(shù)字控制器D（Z）。

（3）根據(jù)式（4）確定Kp、Ki和Kd，并驗證是否滿足所需的幅值穩(wěn)定裕度的要求。

（4）不滿足時，改變頻率，并重復上述（1）～（3）項，直到滿足要求為止，此時的Kp、Ki和Kd即使控制器的整定參數(shù)。

在具有定值的隨動兩種控制系統(tǒng)的順序控制系統(tǒng)中，為了使兩者都處于最佳的工作狀態(tài)，設計了兩維PID控制算法。它在設定端添加了濾波器。改善了隨動控制特性，最簡單的濾波器結(jié)構(gòu)是一階慣性環(huán)節(jié)，也可用其他形式的環(huán)節(jié)，在單回路控制器中已有應用。