25 6.2 应用程序设计与实现技术(二).pptx

第1页：第25讲第6章应用程序设计与实现技术（二

第25讲第6章应用程序设计与实现技术（二

第2页：6.3.1 给定值和被控量处理6.3.2

6.3.1 给定值和被控量处理6.3.2

• 给定值和被控量处理
• 偏差处理
• 控制算法的实现
• 控制量处理
• 自动手动切换技术
• 数字控制器的工程实现

第3页：1 给定值处理

1 给定值处理：给定值处理包括选择给定值SV和给定值变化率限制SR两部分。通过选择软开关CL／CR，可以构成内给定状态或外给定状态；通过选择软开关CAS／SCC，可以构成串级控制或SCC控制。内给定外给定上位机给定串级主机给定给定值给定值变化率限制

第4页：(1)内给定状态当软开关CL／CR切向C

(1)内给定状态当软开关CL／CR切向C

• L位置时，选择操作员设置的给定值SVL。这时系统处于单回路控制的内给定状态，利用给定值键可以改变给定值。(2)外给定状态当软开关CL／CR切向CR位置时，给定值来自上位计算机、主回路或运算模块。这时系统处于外给定状态。在此状态下，可以实现以下两种控制方式。
• SCC控制:当软开关CAS／SCC切向SCC位置时，接收来自上位计算机的给定值SVC，以便实现二级计算机控制。
• 串级控制:当软开关CAS／SCC切向CAS位置时，给定值SVS来自主调节模块，实现串级控制。

第5页：(3)给定值变化率限制为了减少给定值突变

(3)给定值变化率限制为了减少给定值突变：对控制系统的扰动，防止比例、积分饱和，以实现平稳控制，需要对给定值的变化率SR加以限制。变化率的选取要适中，过小会使响应变慢，过大则达不到限制的目的。综上所述，在给定值处理中，共具有三个输入量(SVL，SVC，SVS)，两个输出量(SV，CSV)，两个开关量(CL／CR，CAS／SCC)，一个变化率(SR)。为了便于PID控制程序调用这些量，需要给每个PID控制模块提供一段内存数据区，来存储以上变量。

第6页：2 被控量处理

2 被控量处理：（反馈量）为了安全运行，需要对被控量PV进行上下限报警处理,即:当PV＞PH(上限值)时，则上限报警状态(PHA)为“1”；当PV＜PL(下限值)时，则下限报警状态(PLA)为“1”。当出现上、下限报警状态(PHA，PLA)时，它们通过驱动电路发出声或光，以便提醒操作员注意。为了不使PHA／PLA的状态频繁改变，可以设置一定的报警死区(HY)。

第7页：2 被控量处理为了实现平稳控制

2 被控量处理为了实现平稳控制：需要对参与控制的被控量的变化率PR加以限制。变化率的选取要适中，过小会使响应变慢，过大则达不到限制的目的。被控量处理数据区存放一个输入量PV，三个输出量PHA、PLA和CPV，四个参数PH、PL、HY和PR。

第8页：偏差处理分为计算偏差

偏差处理分为计算偏差：偏差报警、非线性特性和输入补偿四部分，如下图所示。1.计算偏差根据正／反作用方式(D／R)计算偏差DV，当D／R=0，代表正作用，此时偏差DV=CPV-CSV；当D／R=1，代表反作用，此时偏差DV=CSV-CPV；偏差报警偏差限输入补偿量补偿方式偏差给定被控量

第9页：2 偏差报警对于控制要求较高的对象

2 偏差报警对于控制要求较高的对象：不仅要设置被控制量PV的上、下限报警，而且要设置偏差报警。当偏差绝对值|DV|＞DL时，则偏差报警状态DLA为“1”。3.输入补偿根据输入补偿方式ICM状态，决定偏差DVC与输入补偿量ICV之间的关系，即当ICM=0，代表无补偿，此时CDV=DVC；当ICM=1，代表加补偿，此时CDV=DVC+ICV;当ICM=2，代表减补偿，此时CDV=DVC-ICV;当ICM=3，代表置换补偿，此时CDV=ICV。利用加、减输入补偿，可以分别实现前馈控制和纯滞后补偿(Smith)控制。

第10页：4 非线性特性为了实现非线性PID控制或

4 非线性特性为了实现非线性PID控制或：区的PID控制，设置了非线性区-A至+A和非线性增益K，非线性特性如图所示。即：当K=0时，则为带死区的PID控制；当0＜K＜1时，则为非线性PID控制；当K=1时，则为正常的PID控制。偏差处理数据区共存放一个输入补偿量ICV，两个输出量DLA和CDV，两个状态量D／R和ICM，以及四个参数DL、-A、+A和K。

第11页：在自动状态下

在自动状态下：需要进行控制计算，即按照各种控制算法的差分方程，计算控制量U，并进行上、下限限幅处理。以PID控制算法为例，当软开关DV／PV切向DV位置时，则选用偏差微分方式；当软开关DV／PV切向PV位置时，则选用测量(即被控量)微分方式。在PID计算数据区，不仅要存放PID参数(KP或δ，TI，TD)和采控制周期T，还要存放微分方式DV／PV、积分分离值ε，控制量上限限值MH和下限限值ML，以及控制量UK。为了进行递推运算，还应保存历史数据，如e(k-1)、e(k-2)和u(k-1)。 偏差被控量控制量限幅控制量

第12页：在输出控制量UK以前

在输出控制量UK以前：还应经过各项处理和判断，以便扩展控制功能，实现安全平稳操作。1．输出补偿：根据输出补偿方式OCM的状态，决定控制量UK与输出补偿量OCV之间的关系，即：控制量输出补偿量输出当OCM=0，代表无补偿，此时Uc=Uk；当OCM=1，代表加补偿，此时c=Uk+OCV；当OCM=2，代表减补偿，此时Uc=Uk-OCV;当OVM=3，代表置换补偿，此时Uc=OCV.利用输出和输入补偿，可以扩大实际应用范围，灵活组成复杂的数字控制器，以便组成复杂的自动控制系统。安全输出量输出补偿量方式

第13页：2 变化率限制

2 变化率限制

• 为了实现平稳操作，需要对控制量的变化率MR加以限制。变化率的选取要适中，过小会使操作缓慢，过大则达不到限制的目的。
• 输出保持：当软开关FH／NH切向NH位置时，现时刻的控制量u(k)等于前一时刻的控制量u(k-1)，也就是说，输出控制量保持不变。当软开关FH／NH切向FH位置时，又恢复正常输出方式。软开关FH／NH状态一般来自系统安全报警开关。
• 安全输出：当软开关FS／NS切向NS位置时，现时刻的控制量等于预置的安全输出量MS。当软开关FS／NS切向FS位置时，又恢复正常输出方式。软开关FS／NS状态一般来自系统安全报警开关。控制量处理数据区需要存放输出补偿量OCV和补偿方式OCM，变化率限制值MR，软开关FH／NH和FS／NS，安全输出量MS，以及控制量CMV。

第14页：在正常运行时

在正常运行时：系统处于自动状态；而在调试阶段或出现故障时，系统处于手动状态。下图为自动/手动切换处理框图。1.软自动／软手动当软开关SA／SM切向SA位置时，系统处于正常的自动状态，称为软自动(SA)；反之，切向SM位置时，控制量来自操作键盘或上位计算机，此时系统处于计算机手动状态，称为软手动(SM)。一般在调试阶段，采用软手动(SM)方式。输出控制量软手动控制量手动控制量控制量限幅

第15页：2 控制量限幅为了保证执行机构工作在有效

2 控制量限幅为了保证执行机构工作在有效：内，需要对控制量Us进行上、下限限幅处理，使得ML≤MV≤MH，再经D／A转换器输出0～10mADC或4～20mADC。3.自动／手动对于一般的计算机控制系统，可采用手动操作器作为计算机的后备操作。当切换开关处于HA位置时，控制量MV通过D／A输出，此时系统处于正常的计算机控制方式，称为自动状态(HA状态)；反之，若切向HM位置，则计算机不再承担控制任务，由运行人员通过手动操作器输出0～10mADC或4～20mADC信号，对执行机构进行远方操作，这称为手动状态(HM状态)。

第16页：4 无平衡对位

4 无平衡对位：无扰动切换所谓无平衡无扰动切换，是指在进行手动到自动或自动到手动的切换之前，无须由人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，就可以保证切换时不会对执行机构的现有位置产生扰动。为了实现从手动到自动的无平衡操作无扰动切换，在手动(SM或HM)状态下，尽管并不进行PID计算，但应使给定值(CSV)跟踪被控量(CPV)，同时也要把历史数据，如e(k-1)和e(k-2)清零，还要使u(k-1)跟踪手动控制量(MV或VM)。这样，一旦切向自动而u(k-1)又等于切换瞬间的手动控制量，这就保证了PID控制量的连续性。当然，这一切需要有相应的硬件电路配合。当从自动(SA与HA)切向软手动(SM)时，只要计算机应用程序工作正常，就能自动保证无扰动切换。当从自动(SA与HA)切向硬手动(HM)时，通过手动操作器电路，也能保证无扰动切换。

第17页：以上讨论了PID控制程序的各部分功能及相

以上讨论了PID控制程序的各部分功能及相：应的数据区。完整的PID控制模块数据区除了上述各部分外，还有被控量量程上限RH和量程下限RL，工程单位代码、采样(控制)周期等。该数据区是PID控制模块存在的标志，可把它看作是数字PID控制器的实体。只有正确地填写PID数据区后，才能实现PID控制系统。采用上述数字控制器，不仅可以组成单回路控制系统，而且可以组成串级、前馈、纯滞后补偿(Smith)等复杂控制系统，对于后面两种系统还应增加补偿器运算模块。利用该控制模块和各种功能运算模块的组合，可以组成各种控制系统来满足生产过程控制的要求。

第18页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。