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细述柴发机组数字调速装置的设计与解析

  将此偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过 线性组合构造控制量,对被控对象进行控制。其控制规律为:

  在PID控制中,比例项用于纠正偏差,积分项用于清除系统的稳态误差,微分项用于减轻装置的超调量,增加系统稳定性。PID控制面板的性能就决定于Kp、T1和TD这3个系数。如何选购这3个系数 是PID控制的核心。

  规划和调节数字PID控制面板的任务就是根据被控对象和装置要求,选取合适的PID模型,将其进行离散化消除,编出计算机程序由微解决器实现,最后确定KP、T1、TD、和T,T为采样周期。微清除器控制是一种采样控制,它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量,因此,必须对PID模型进行离散化排除。

  用矩形手段数值积分代替式(3)中的积分项,对式(3)中的导数项用后向差分逼近,经推理可得到基 本PID控制的位置式算法:

   U(k)——第k次采样时刻输出值

   E(k)——第k次采样时输入的偏差值

   E(k-1)——第(k-1)次采样时刻输入的偏差值

   K1——积分系数,K1=KpT/T1

  KD——微分数系,KD=KpTD/T1

  在数字控制系统中,PID控制规律是用过程来实现的,因而具有更大的灵活性。由于基本PID控制中引入了积分环节,其目的主要是为了清除静差,提升精度。但在深圳康明斯发电机调速流程中,突加突减负载时,会引起速度的较大波动,引起短时间内速度出现较大偏差,通过PID积分运算积累,陕西康明斯发电机超调量过度,系统出现振荡,严重影响发电机组输出电能的质量。

  为避免PID控制中积分项导致的超调,提升其调整质量,拟采用积分分离法对基本PID控制进行改良,简称变速积分PID。变速积分PID的基础思路是设法改变积分项的累加载度,使其与偏差大小相对应,偏差越大,积分越慢;反之,则越快。

  采用变速积分PID控制,系统具有以下特征:用比例解除大偏差,用积分清除小偏差,可完全排除积分饱和现象;各参数容易整定,易实现系统稳定,而且对A、B两参数不要求十分精确;超调量大大减轻,改良了调整品质,适应性较强。变速积分PID控制算法步骤图见图2。

   对于简单控制装置,可采用理论计算步骤确定这些参数。但由于康明斯柴油发电机调速系统的工况较为复杂,其数学模型并非十分精确,在此,采用工程整定主用的扩充临界比例带法,结合经验法再对参数进行调节,得到最终的PID数据。

  在数字控制系统中,采样周期T是一个比较重要的条件,采样周期的选用,应与PID参数的整定综合考虑。

  首先,采样周期T的选购应满足以下要求:远小于对象扰动周期;比对象时间常数小得多;尽量缩短采样周期,以改善调节品质。

  该系统中,PID调整控制流程是在定期中断状态下完成的,杭州康明斯发电机因此,采样周期T的大小必须保证中断服务步骤的正常运转。在不影响中断程序运行的情形下,可取采样周期T=0.1τ(τ为康明斯柴油发电机的纯滞后时间)。当中断流程运行时间Tz大于0.1τ时,则取T=Tz,采样周期可按下式确定:

  初始确定数字PID数据时,在用上述手段确定采样周期T的要素下,从调速装置的PID调整回路中,去掉数字控制面板的微分控制功能和积分控制功能,只采用比例调节环节来确定系统的振荡周期Ts和临界比例系数Ks。由单片机装置自动控制比例系数KP,并逐渐增大Kp,直到装置出现连续的等幅振荡,然后由单片机系统自动记录并显示调速系统发生等幅振荡时的临界比例度δ和相应的临界振荡周期Ts。

  控机制就是以模拟调节器为基本,定量衡量数字控制系统与模拟调整器对同一对象的控制效果。控制效果就是采用某一积分准则,根据装置在规定的输入下的输出响应,使用该准则取最小值时的最

   式中,下标DDC和ANA分别表示直接数字控制和模拟调整器控制。

  如前所述,采样周期T的长短会影响装置的控制质量,同样是最佳整定,数字控制系统的质量要低于模拟系统的控制品质。即控机制总是大于1的,且控机制越大,相应的数字控制系统品质越差。

  为获得与模拟操作界面相当的品质,控制度选为1.05。不同控机制时,扩充临界比例带法PID参数计算公式见表1。

  按求得的参数值在调速控制装置中运转,并观察控制效果。如控制效果达不到控制要求,可基于以下原则,根据经验法对数据做适当调节。

  ③增大微分时间常数TD有利于加快系统的响应,使超调减少,稳定性增加,但装置对扰动的抑制能力减弱,对扰动有较敏感的响应。

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