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發酵罐溫控系統採用PID控制算法的三個原因

作者:發酵罐 時間:2017-12-14 11:14
錐形發酵罐溫度控制系統的PID控制不要求嚴格掌握被控對象的數學模型aaa,而現代的控制算法是以精確的數學模型爲基礎的aaa。 發酵罐溫度控制系統的PID控制算法結構簡單、穩定性好、物理概念清晰等aaaaa,容易被現場工程師所接受aaaaa。摸索出了一系列整定PID參數 信息摘要:
發酵罐 溫控系統之PID控制器講解 常規的PID調節方法aaaaa,即比例、積分、微分控制規律aaaaa。是在工業生產中應用最廣泛、研究得最成熟的一種簡單的自適應控制方式aaaa,即使在歐、美、日等工業發達的國家aaaa,採用現代的高級控制算法的回

發酵罐溫控系統採用PID控制算法的三個原因

不鏽鋼發酵設備的發酵罐的種類

不鏽鋼發酵設備在工業發酵上最常用的是通風攪拌罐aaaa。除了通風攪拌發酵罐外aaaa,其它型式的發酵罐如:氣提式發酵罐aaaaa,不鏽鋼發酵罐aaa,壓力循環發酵罐aaaaa,帶超濾膜的發酵罐等aaa。

典型不鏽鋼發酵設備:種子製備設備、主發酵設備、輔助設備(無菌空氣和培養基的製備)、發酵液預處理設備、粗產品的提取設備、產品精製與乾燥設備、流出物回收aaa,利用和處理設備

不鏽鋼發酵罐工藝操作條件

1aaaaa。溫度:25~40℃aaa。

2aaaaa。壓力:0~1kg/cm3(表壓)aaa。

3aaa。滅菌條件;溫度100~140℃aaa,壓力0~3kg/cm3(表壓)aaa。

4aaa。pH:2~11aaa。

5aaaa。需氧量:0aaaaa。05~0aaaaa。3kmo1/m3·haaaa。

6aaaaa。通氣量:0aaaa。3~2VVMaaaaa。

7aaa。功率消耗:0aaaa。5~4kW/m3aaaaa。

8aaa。發酵熱量:5000~20000kcal/m3aaa。haaa。

 

發酵罐溫控系統採用PID控制算法的三個原因

發酵罐溫控系統之PID控制器講解

常規的PID調節方法aaaa,即比例、積分、微分控制規律aaa。是在工業生產中應用最廣泛、研究得最成熟的一種簡單的自適應控制方式aaaa,即使在歐、美、日等工業發達的國家aaa,採用現代的高級控制算法的迴路數也僅佔很小的比例aaa,90%以上的控制迴路基本上還是採用PID控制算法aaaa。

發酵罐溫控系統採用PID控制算法的三個原因:

1. 錐形發酵罐溫度控制系統的PID控制不要求嚴格掌握被控對象的數學模型aaaaa,而現代的控制算法是以精確的數學模型爲基礎的aaaa。

2. 發酵罐溫度控制系統的PID控制算法結構簡單、穩定性好、物理概念清晰等aaaaa,容易被現場工程師所接受aaaa。

3. 在近半個世紀的PID算法發展過程中aaaa,廣大工程技術人員已經積累了豐富的經驗aaaaa,摸索出了一系列整定PID參數的方法aaa。

對於發酵罐溫度控制系統的PID控制儘管取得了一系列的研究成果和應用經驗aaa,但人們對發酵罐溫度控制系統的PID的認識和改進還遠沒有完成aaaa。到目前爲止對PID的機理、適用範圍、魯棒性等問題還沒有徹底的全面的分析研究aaaa。事實上aaaaa,PID並非萬能的控制器aaaa,在存在多變量禍合、時變、大時滯、強幹擾等複雜動態特性的系統中aaaaa,PID很難獲得理想的控制效果aaa,甚至產生不穩定aaaa。因此aaa,有必要對發酵罐溫度控制系統的PID的控制機理進行全面的分析aaa,並對在上述場合中的應用提出改進的辦法aaaa。

發酵罐溫度控制系統的PID控制中的一個關鍵問題是PID參數整定aaaa,傳統的整定方法是在獲得被控對象數學模型的基礎上按照某種整定原則來進行PID參數值的整定aaa。而實際的工業生產過程往往具有非線性aaaaa,時變不確定性aaaaa,難以建立精確的數學模型aaaaa,應常規的PID控制不能達到理想的控制效果aaaaa。另外aaa,在實際生產現場中aaaa,PID參數整定與自整定的方法很多aaaaa,但往往難以實施或不太理想aaa,常規PID控制器參數常常整定不良aaa,性能欠佳aaa,對運行工況的適應性差aaa。因此aaaa,在發酵罐溫度控制系統的PID參數的整定及自整定方面還有待進一步深入研究aaa。

從結構上看發酵罐溫度控制系統的PID控制器最簡單aaa,但並非最優aaa,在克服較大擾動影響aaa,提高系統動態品質等方面aaa,光靠調整參數難以獲得滿意的控制效果aaaa。因此aaaa,還有必要在全面分析的基礎上aaa,對PID控制器進行結構上的改進aaa。

PLC閉環控制系統中PID控制器的實現

本系統採用德國SIMENS公司的S7-300PLC爲控制核心aaaaa,可實現溫度的採集與自動調節aaaa。本系統要求實現12路溫度控制aaaaa,每一回路均爲設定固定值控制aaa。根據實際要求選用相應的功能模塊aaa。其中CPU模塊選用CPU-314IFMaaaa,其帶有一個MPI接口aaa,集成有20個數字輸入端、16個數字輸出端、4個模擬輸入端、1個模擬輸出端aaaaa,內部集成PID控制功能塊aaa,可以方便的實現PID控制aaaa。

PID控制器是比例—積分—微分控制(Proportional-Integral-Derivative)的簡稱aaaa,之所以得到廣泛應用是因爲它具有以下優點:

(1)不需要精確的控制系統數學模型aaaaa。由於非線性和時變性aaaa,很多工業控制對象難以得到其準確的數學模型aaaa,因此不能使用控制理論中的設計方法aaaaa。對於這一類系統aaa,使用PID控制可以得到比較滿意的效果aaa。

(2)有較強的靈活性和適應性aaaa。積分控制可以消除系統的靜差aaaaa,微分控制可以改善系統得動態響應速度aaaaa,比例、積分和微分控制三者有效的結合就可以滿足不同的控制要求aaaa。根據被控對象的具體情況aaaa,還可以採用各種PID控制的改進的控制方式aaaa,如PI、PD、帶死區的PID、積分分離PID、變速積分PID等aaaa。

(3)PID控制器的結構模型aaaaa,程序設計簡單aaaaa,工程上易於實現aaa,參數調整方便aaaa。

3.3 PLC實現PID控制的方式

用PLC對模擬量進行PID控制時aaaaa,可以採用以下幾種方法:

(1)使用PID過程控制模塊aaaa。這種模塊的PID控制程序是PLC生產廠家設計的aaaa,並存放在模塊中aaaa,用戶在使用時只需設置一些參數aaaa,使用起來非常方便aaaa,一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環迴路aaa。但是這種模塊的價格較高aaaaa,一般在大型控制系統中使用aaaa。

(2)使用PID功能指令aaaa。現在很多的PLC都有供PID控制用的功能指令aaa,如S7-200的PID指令aaaaa。他們實際上是用於PID控制的子程序aaaaa,與模擬量輸入/輸出模塊一起使用aaa,可以得到類似於使用PID過程控制模塊的效果aaa,但是價格便宜aaaa。

(3)用自編的程序實現PID閉環控制aaaaa。有的PLC沒有PID過程控制模塊和PID控制用的功能指令aaaa,有的雖然可以使用PID 控制指令aaa,但是希望採用某種改進的PID控制算法aaaa。在上述情況下aaaa,都需要用戶自己編制PID控制程序aaaaa。

3.4 PID控制參數的調整

1. 採樣週期TS的確定

根據採樣定理可知aaaaa,採樣頻率應該大於或等於被採樣信號所含最高頻率的兩倍aaa,才能還原出原信號aaa,即fs≥2fmaxaaaa,式中fs爲採樣頻率aaaa, fmax爲被採樣信號中最高頻率aaaa。

2. 參數Kp、Ki、Kd的確定

PID控制迴路的參數整定是模擬量閉環控制中的一個難點aaaaa,如果初始參數選擇不當aaaa,可能會出現很大的超調量aaa,甚至使系統不穩定aaaaa。西門子公司的新一代小型S7-200PLC具有PID參數自整定功能aaaa,V4.0版的編程軟件STEP7-Micro/WIN增加了PID整定控制面板aaaa。這兩項功能相結合aaaaa,使用戶能輕鬆地實現PID 的參數自整定aaaa。自整定能提供一組近似最優的整定參數aaaa。S7-200的V4.0 版編程軟件STEP7-Micro/WIN中的PID整定控制面板用圖形方式監視PID迴路aaaaa。該面板還可用來起動或取消自整定過程aaa,設置自整定的參數aaaaa,並將推薦的整定值或用戶設置的整定值應用到實際控制中aaa。

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