Tuning digital PI controllers for minimal variance in manipulated input moves applied to imbalanced systems with delay

Authors


Abstract

Determining the discrete-time proportional plus integral (PI) controller tuning parameters to achieve the smallest possible variance in the manipulated input moves, for a given variance in the controlled output, is the subject of this article. Previous researchers have developed tuning rules for PI and PI permutated nonlinear controllers to achieve what is commonly referred to as “level-flow smoothing”, or “averaging level control”, on imbalanced or integrating processes with delay, such as liquid level and gas pressure systems. The intent of this note is to demonstrate a new and simple technique of tuning digital PI controllers which utilizes either open or closed-loop historical data to estimate the process gain, dead-time and expected flow disturbance magnitude from which the digital PI tuning constants can be easily derived. By parameterizing the closed-loop system as a function of the PI tuning constants, we can simultaneously minimize the expected variation in the process input move and output responses while at the same time ensuring nominal stability of the overall system. In order to demonstrate the technique, an illustrative example is included which highlights the new procedure on an oil refinery liquid surge drum level process.

Abstract

On se propose dans cet article de déterminer les paramètres de réglage de contrôleurs proportionnels intégraux (PI) à temps discret afin d'atteindre la plus petite variance possible dans les variations d'entrée manipulées, pour une variance donnée dans la sortie contrôlée. Les recherches antérieures ont établi des règles pour des contrôleurs non linéaires permutés PI et des contrôleurs PI dans le but de réaliser ce qui est communément appelé le “level flow smoothing” ou le “averaging level control” sur des procédés non équilibrés ou intégrant avec retard tels que les systèmes à pression de gaz et à niveau liquide. Le but de notre article est de démontrer une nouvelle technique simple de réglagle des contrôleurs PI numériques qui utilisent des données historiques en boucle soit ouverte soit fermée pour estimer le gain de procédé, le temps mort et l'importance souhaitée de la perturbation de l'écoulement à partir desquels les constantes de réglage PI numériques peuvent être facilement calculées. En paramétrant le système en boucle fermée en fonction des constances de réglage du PI< nous pouvons simultanément minimiser la variation attendue dans la manipulation des entrées du procédé et les réponses à la sortie tout en assurant en même temps une stabilité nominale de tout le système. Afin de démontrer cette technique, nous donnons un exemple qui illustre la nouvelle façon de procéder dans un procédé de contrôle de niveau dans un réservoir de trop-plein liquide d'une raffinerie de pétrole.

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