东北石油大学华瑞学院本科生毕业设计（论文） （2）含油污水如图2-5所示。
原油沉降罐 电脱水器 游离水脱除器 污水缓冲 自压 污水泵 供水泵 污水处理站 转油站 图2-5 含油污水
（3）天然气集输如图2-6所示。
干 转油站来气 集气增压站 湿 收球装置 天然气除油器 计量 气 计量 加热炉 气
干气干线 转油站 图2-6 天然气集输
（4）加药如图2-7所示。
药罐 加药泵 进站阀组 原油沉降罐出口
图2-7 加药
2.4 小结
本章简述油田常用分离器的类型和控制仪表的选型，又简述了工艺流程。
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东北石油大学华瑞学院本科生毕业设计（论文） 第3章 过程计算机数字PID控制算法
在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）进行的控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，鲁棒性强和适用面广等优点。在计算机用于生产过程以前，过程控制中采用的气动、液动和电动的PID调节器几乎一直占垄断地位。计算机的出现和它在过程控制中的应用使这种情况开始有所改变近20多年来相继出现一批复杂的，只有计算机才能实现的控制算法。然而在目前，即使在过程计算机控制中，PID控制仍然是应用最为广泛的控制算法。不过，用计算机实现PID控制，就不仅仅是简单的把PID控制规律数字化，而是进一步与计算机的逻辑判断功能结合起来，使PID控制更加灵活多样，更能满足生产过程提出的各式各样的要求。
在过程计算机控制中，一般采用两种控制算法：一种是含有理想微分的PID控制，另一种是含有实际微分的PID控制。
3.1 理想微分PID控制
在过程控制系统中，采用如图3-1所示的PID控制，其算式为：
?1de??u?Kp?e?edt?Td?T?dt?i?? （3-1）
或写成传递函数形式：
??U?s?1?Kp?1??TS?Tsd??E?s?i?? （3-2）
其中 Kp为比例增益，Kp与比例带δ成倒数关系，即Kp=1/δ，Ti为积分时间，Td为微分时间,u为控制量，e为被控量y与给定值r的偏差。
为了便于计算机实现PID控制算式，必须把微分方程式（3-1）改写成差分方程。为此，可作如下近似，即
n?edt??Te(j)j?0 （3-3）
dee(n)?e(n?1)?dtT （3-4）
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东北石油大学华瑞学院本科生毕业设计（论文） 其中 T为采样周期（或控制周期）,n为采样序号,n =0,1,2,?;e（n-1）和e（n）分别为第（n-1）和第n次采样所得的偏差信号。
将式（3-3）和（3-4）代如式（3-1），可得差分方程
?Tu?n??Kp?e?n??Ti?
n?e?j??j?0?Td?e?n??e?n?1???T? （3-5）
其中u（n）为第n时刻的控制量。如果采样周期T与被控对象时间常数Tp比较是相对小，那么这种近似是合理的，并与连续控制十分接近。
在模拟仪表调节器中难以实现理想微分de/dt，而计算机却可以实现它的差分方程式（3-4），所以把式（3-5）称为理想微分PID数字控制器。
3.1.1 位置型算式
模拟仪表调节器的调节动作是连续的，任何瞬间的控制量输出u都对应于执行机构（如调节阀）的位置。由式（3-5）可知，数字PID控制器的输出u（n）也和阀位对应，故称此式为位置型算式。
必须指出，数字PID控制器的输出u（n）通常都送给D/A转换器，它首先将u（n）保存起来，再把u（n）变换成模拟量（如0～10mADC或4～20mADC），然后作用于执行机构，直到下一个控制时刻到来为止。因此，D/A转换器具有零阶保持器的功能。
计算机实现位置型算式（3-5）不够方便,这是因为要累加偏差e（j）,不仅要占用较多的存储单元,而且不便于编程序.为此,必须改进式（3-5）。
3.1.2 增量式算式
根据式（3-5）不难写出第（n-1）时刻的控制量u（n-1）,即
?Tu?n?1??Kp?e?n?1??Ti?
?Tde?i???e?n?1??e?n?2????Tj?0?n?1 （3-6）
将式（3-5）减式（3-6）得n时刻控制量的增量△u（n）为
?u(n)?Kp{e(n)?e(n?1)?TTe(n)?d[e(n)?2e(n?1)?e(n?2)]}TiT
（3-7）
其中
?Kp[e(n)?e(n?1)]?Kie(n)?Kd[e(n)?2e(n?1)?e(n?2)]Kp?1?称为比例增益
TTi称为积分系数
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Ki?Kp东北石油大学华瑞学院本科生毕业设计（论文） Kd?KpTdTi称为微分系数
由于式（3-7）中的△u（n）对应于第n时刻阀位的增量，故称此式为增量型算式。因此，第n时刻的实际控制量为
u(n)?u(n?1)??u(n) （3-8） 其中,u（n-1）为第（n-1）时刻的控制量。
综上所述,计算△u（n）和u（n）要用到第（n-1）、（n-2）时刻的历史数据e（n-1）、e（n-2）和u（n-1），这三个历史数据也已在前时刻存于内存储器。通常采用平移法保存这些历史数据。比如，在计算完u（n）后，首先将e（n-1）存入e（n-2）单元，然后将e（n）存入e（n-1）单元，以及把u（n）存入u（n-1）单元，这样就为下时刻计算作好了准备。
由此可见，采用增量型算式（3-7）和（3-8）计算 u（n）的优点是，编程简单，历史数据可以递推使用，且占用存储单元少，运算速度快。
为了编程方便，也可将式（3-7）整理车工内如下形式：
?u(n)?q0e(n)?q1e(n?1)?q2e(n?2) （3-9）
TTq0?Kp(1??d)TIT 其中
q1??KP(1?q2?KP2Td)T
TdT
增量型算式仅仅是计算方法上的改进，并没有改变位置型算式（3-5）的本质。
因为式（3-8）的u（n）对应于式（3-5），此时u（n）仍通过 D/A转换器作用于执行机构。如果只输出式（3-7）的增量△u（n），那么必须采用既有保持历史位置功能的执行机构。理想微分PID控制的实际控制效果并不理想，从阶跃响应看，它的微分作用只能维持一个采样周期。由于工业用执行机构（如气动调节阀或电动调节阀）的动作速度受到限制，致使偏差较大，微分作用不能充分发挥。因此，在实际应用中，通常采用含有实际微分的PID控制算式。
3.2 实际微分PID控制
在模拟仪表调节器中，PID运算是靠硬件实现的，由于反馈电路的本身特性的限制，无法实现理想的微分，其特性是实际微分的PID控制。因此，在计算机直接数字控制系统中，通常是采用以下实际微分PID控制器。 实际微分PID控制算式:
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东北石油大学华瑞学院本科生毕业设计（论文） U(s)?E(s)
11Kp(1??Tds)TdTis1?sKd （3-10）
通过简单推倒，可得式（3-10）的增量型方程式
?u?n??C1?u(n?1)?C2e(n)?C3e(n?1)?C4e(n?2)
u(n)?u(n?1)??u(n) （3-11）
C1?其中
KpTb1TTb1?dC2?(1??d)b2， KdT， b2?1?b1， b2TiT，
C3??Kpb2(1?KpTd2Td)C4?T， b2T
3.3 理想与实际微分PID数字控制算法的比较
理想微分PID数字控制器和实际微分PID数字控制器的阶跃响应，比较这两种PID数字控制器的阶跃响应，可以得知：理想微分PID数字控制器的控制品质较差，其原因是微分作用仅局限于第一个采样周期有一个大幅度的输出。一般的工业用执行机构，无法在较短的采样周期内跟踪较大的微分作用输出。而且，理想微分还容易引进高频干扰。微分PID数字控制器的控制品质较好，其原因是微分作用能缓慢地持续多个采样周期，使得一般的工业用执行机构，能较好地跟踪微分作用输出。由于实际微分PID算式中含有一阶惯性环节，具有数字滤波的能力，因此，抗干扰能力也较强。
3.4 参数选择
数字PID控制器控制参数的选择，可按连续-时间PID参数整定方法进行。在选择数字PID参数之前，首先应该确定控制器结构。对允许有静差（或稳态误差）的系统，可以适当选择P或PD控制器，使稳态误差在允许的范围内。对必须消除稳态误差的系统，应选择包含积分控制的PI或PID控制器。一般来说，PI、PID和P控制器应用较多。对于有滞后的对象,往往都加入微分控制。控制器结构确定后，即可开始选择参数。参数的选择，要根据受控对象的具体特性和对控制系统的性能要求进行。工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值范围内；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。这些要求，对控制系统自身性能来说，有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求，兼顾其他方面，适当地折衷处理。PID控制器的参数整定，可以不依赖于受控对象的数学模
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