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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:柯承良
研究生(外文):Cheng-Liang Ko
論文名稱:串級控制系統調諧電腦輔助程式設計
論文名稱(外文):Computer Aided Programming for Tuning Cascade Control Systems
指導教授:林顯聖
口試委員:鄭智成張志雄陳誠亮
口試日期:2012-06-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:化學工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:串級控制電腦輔助程式
外文關鍵詞:Cascade ControlComputer Aided Programming
相關次數:
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在高等控制策略中,串級控制是最廣泛應用的方法之一。雖然串級控制擁有許多優點,但調諧上卻仍有一些不方便存在。使用傳統的串級控制調諧方法,在調諧過程中必須進行二次模式識別。在調諧方法的選擇部分,目前除了傳統的調諧方法外,已有一些人投入串級控制的調諧研究中,並提供了一些調諧方法,但因為各種方法的優缺點不同,沒有任何一種方法是唯一的選擇。本研究的目的為開發一串級控制調諧之電腦輔助程式,讓使用者可以選擇各種不同的方法進行控制器調諧,再根據不同方法的應答表現指標與穩定度指標進行控制的參數選擇。
本程式所提供的模式識別功能中,使用者只需利用次控制器製造一次輸出值的階梯擾動,並同時紀錄內、外環路的應答,程式即可識別各種調諧方法所需的程序模式。
程式除了提供利用傳統的串級控制調諧方法調諧控制器參數外,並提供Lee et. al.、Song et. al.、Vivek and Chidambaram與Lopez所建議的調諧方法。另外,本程式還提供在滿足系統穩定度需求的條件下,搜尋使目標函數IAE值最小的控制器調諧參數。
根據控制器調諧參數,本程式能進行動態應答模擬與頻率應答分析,提供系統的IAE、ITAE、ISE應答表現指標與增益邊距、相位邊距等穩定度指標,做為選擇調諧方法的依據。

Cascade control is one of the most popular structures for process control. Although the cascade control has many advantages, there are still a little unsuitable for controller tuning. It may require step test twice in the traditional controller tuning method. Recently, there are some methods of tuning cascade control system having been proposed. Because each way have their distinctive advantages and shortcomings, there is no one which can suit all the systems. This research developed a computer aided program for help user choose the better method.
By the program, the outer loop and inner loop process transfer functions can be identified with only one step test.
There are several methods for tuning cascade system in this program, including the traditional cascade control tuning method, and methods proposed by Lee et. al., Song et. al., Vivek and Chidambaram, Lopez. In addition, we also provide optimal controller tuning method for cascade control systems, which meet the stability requirements.
According to the examples, the program can help users tuning cascade control system.


中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 文獻回顧 1
1.2 研究動機 2
1.3 章節安排 3
第二章 系統模式與調諧方法 4
2.1 系統模式 4
2.2 串級控制調諧方法 6
2.2.1 傳統的調諧方法 6
2.2.2 Lee et. al.法 8
2.2.3 Song et. al.法 9
2.2.4 Vivek and Chidambaram法 13
2.2.5 Lopez法 14
第三章 程式開發與操作 17
3.1 前言 17
3.2程式的開頭畫面 17
3.3 模式識別功能開發與操作 20
3.4 應答模擬功能開發 24
3.5 頻率應答分析功能開發 25
3.6調諧方法選擇功能與視窗開發 26
3.6.1 傳統的調諧方法 27
3.6.2文獻建議的調諧方法 28
3.6.3 滿足穩定度要求的最適化調諧法 32
3.7主選單的開發與介紹 33
3.8 應答模擬視窗開發與操作 39
3.9 應答比較視窗開發與操作 42
3.10 程式保護系統 44
第四章 串級控制系統調諧 48
4.1 範例一 49
4.1.1 PI-PI 49
4.1.2 PID-PI,主控制器為理論改良型PID控制器 57
4.1.3 PI-P 61
4.1.4 PID-P,主控制器為理論改良型PID控制器 65
4.1.5 PID-PI,主控制器為實用型PID控制器 68
4.1.6 PID-P,主控制器為實用型PID控制器 72
4.1.7 調諧結果討論 74
4.2 範例二 75
4.2.1 PI-PI 75
4.2.2 PI-P 76
4.2.3 PID-P,主控制器為理論改良型PID控制器 76
4.2.4 調諧結果討論 77
4.3 範例三 77
4.4 範例四 79
4.5 範例五 81
第五章 結論 86
參考文獻 88
附錄 90
符號說明 92



[1]C. L. Smith, Digital Computer Process Control, New York: Intext Educational Publishers, (1974).
[2]C. A. Smith and A. Corripio, Principles and Practice of Automatic Process Control, 3rd edition, New York: John Wiley & Sons, (2006).
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