试谈DCS控制算法的改进

盖秀玲　黄鹂

【摘 要】本文主要对DCS在工业企业应用中PID算法的探讨。

【关键词】DCS；微分先行；响应速度

DCS系统在工业控制领域应用很广泛，它克服了单微机控制系统危险性高度集中以及常规仪表控制功能单一，人/机联系差的缺点，实现了集中监控和管理，可靠性高，它的应用已经取得了明显的经济效益，但是，DCS的应用也存在一些问题，它的控制功能未能完全发挥出来，原因很多。

DCS（分散控制系统）是一种以分散的数据采集，控制和集中的监视管理为主要结构特征的计算机控制系统，由于其具有可靠性高、功能完善和灵活性强等优点，已经成为工业自动控制系统的主流。在我国大型火力发电厂中，随着机组容量不断增大，DCS功能也更加强大和复杂，为了实现安全生产的，需要对大型机组的技术人员进行DCS组态培训。由于不同DCS之间存在较大差异，为了能够对技术人员进行某种DCS的往往需要购买相应的DCS硬件和软件，这将带来不菲的成本。如果能在一套现有的DCS基础上，建立起多种DCS控制系统组态平台，能够仿真多套DCS的组态环境，从而达到开展多套DCS培训的效果，则势必会大大节省开支，提高经济效益。建立多种DCS组态平台的关键就是要建立多种DCS间的控制算法映射数据库。

例如：DCS组态人员对控制算法了解不多，DCS制造厂商未能提供有关的控制模块，组态又有困难，本文主要针对PID算法进行改进，更好地提高系统控制产品质量。

1.微分先行

微分先行就是如图所示，测量值（PV）经PD电路（比例增益为1）后再与给定值（SV）比较的差值，送入PI电路，这一给定值不经过微分，故在改变给定值时，调节器输出不会发生大幅度变化，从而避免了给定值的扰动。

相比较可以看到，预测PID算法中的比例和积分项引入了（2Z-1）/Z及（3Z2-3Z+1）/Z2的环节，提高系统的稳定性。

这也是逻辑判断与PID控制相结合的一种方法，应用时对变化率要选择合适，使之即能减小超调量又能使系统有较快的响应速度。

设计预测PID控制算法的步骤是：

（1）确定某一频率W以及所希望的系统稳定裕度。

（2）根据闭环特征方程，加入零阶保持器后广议对象的特征以及相位裕度，稳定数字控制器D（Z）。

（3）根据式（4）确定Kp、Ki和Kd，并验证是否满足所需的幅值稳定裕度的要求。

（4）不满足时，改变频率，并重复上述（1）～（3）项，直到满足要求为止，此时的Kp、Ki和Kd即使控制器的整定参数。

在具有定值的随动两种控制系统的顺序控制系统中，为了使两者都处于最佳的工作状态，设计了两维PID控制算法。它在设定端添加了滤波器。改善了随动控制特性，最简单的滤波器结构是一阶惯性环节，也可用其他形式的环节，在单回路控制器中已有应用。