HG第七章簡單控制系統(tǒng)-位圖

1、1第七章 簡單控制系統(tǒng)第一節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第二節(jié) 被控變量的選擇第三節(jié) 操縱變量的選擇第四節(jié) 測量元件特性的影響第五節(jié) 控制規(guī)律的選擇第六節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定2第一節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成n定義：n由一個測量儀表（測量元件、變送器）、一個控制器和一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成的控制一個對象參數(shù)的（單閉環(huán)）控制系統(tǒng)。n簡單控制系統(tǒng)又稱單回路控制系統(tǒng)。n簡單控制系統(tǒng)是構(gòu)成復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。p優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡單、有效；簡單、有效；應(yīng)用最成熟、最普遍應(yīng)用最成熟、最普遍, , 占占90%90%以上。以上。3簡單控制系統(tǒng)舉例4簡單控制系統(tǒng)方塊圖5控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的作用作用等等p控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)

2、的作用作用（定值）：（定值）：n維持被控參數(shù)保持在設(shè)定值上，偏差越小越維持被控參數(shù)保持在設(shè)定值上，偏差越小越好好p特點(diǎn)特點(diǎn)：n偏差控制：糾正偏差偏差控制：糾正偏差p分類分類：n按被控參數(shù)分類：按被控參數(shù)分類：p 溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路物位（液位）控制回路 n按給定值分類：按給定值分類：p定值、隨動、程序（順序）定值、隨動、程序（順序）6第二節(jié) 被控變量的選擇方法：1 1、直接參數(shù)法、直接參數(shù)法 選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又易于測量選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又易于測量的參數(shù)作為被控變量，的參

3、數(shù)作為被控變量，稱為稱為直接參數(shù)法。一般是直接參數(shù)法。一般是可以直接進(jìn)可以直接進(jìn)行測量和控制的參數(shù)行測量和控制的參數(shù)，如：如： 溫度、壓力、液位、流量等。溫度、壓力、液位、流量等。2 2、間接參數(shù)法、間接參數(shù)法 選擇那些能間接反映產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量間接反映產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又又與直接參數(shù)有單與直接參數(shù)有單值對應(yīng)關(guān)系值對應(yīng)關(guān)系、易于測量的易于測量的參數(shù)作為被控變量稱為稱為間接參數(shù)法。如：質(zhì)量指標(biāo)，以及一些特殊的參數(shù)，如成份等，在一般條質(zhì)量指標(biāo)，以及一些特殊的參數(shù)，如成份等，在一般條件下，無法直接測量和控制；應(yīng)根據(jù)工藝參數(shù)的關(guān)系，用可件下，無法直接測量和控制；應(yīng)根據(jù)工藝參數(shù)的關(guān)系，用可測的參數(shù)，間接進(jìn)行控

4、制。測的參數(shù)，間接進(jìn)行控制。重要性：7被控變量的選擇被控變量的選擇實(shí)例實(shí)例苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)v質(zhì)量指標(biāo)是最重要的控制參數(shù)質(zhì)量指標(biāo)是最重要的控制參數(shù)v 如如塔頂塔頂產(chǎn)品產(chǎn)品的的純度純度 x xD D，但但x xD D 目前目前無法直接測量無法直接測量，因此，只能，因此，只能用間接控制參數(shù)進(jìn)行控制。用間接控制參數(shù)進(jìn)行控制。v 根據(jù)精餾原理，根據(jù)精餾原理，x xD D = f (T = f (TD D, , P), P), 即與溫度和壓力成非線性函即與溫度和壓力成非線性函數(shù)關(guān)系。數(shù)關(guān)系。v 理論上，固定一項，就可用理論上，固定一項，就可用另一項控制另一項控制x xD D 。v

5、一般的，實(shí)際中都采用恒定一般的，實(shí)際中都采用恒定P P，通過控制塔頂溫度來控制塔頂成通過控制塔頂溫度來控制塔頂成分。分。？8被控變量被控變量的的選擇原則選擇原則n工藝過程的重要參數(shù)；n在工藝系統(tǒng)中易受干擾變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)的參數(shù)；n盡可能選用直接指標(biāo)作為被控參數(shù)，必要時可用與直接指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量。n被控變量應(yīng)方便檢測，并有足夠的靈敏度；n考慮工藝合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀；n被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。如下：如下：9第三節(jié)第三節(jié) 操縱變量的選擇操縱變量的選擇v對象特性分析對象特性分析 對于實(shí)際過程，影響輸出的因素一般不只一個，因?qū)τ趯?shí)際過程，影響輸出的因素一般不只一個，因此，

6、實(shí)此，實(shí) 際上都是多輸入系統(tǒng)際上都是多輸入系統(tǒng) 設(shè)計單回路控制系統(tǒng)設(shè)計單回路控制系統(tǒng): : 必須從影響被控量的諸多影響參數(shù)中選擇一個，作為必須從影響被控量的諸多影響參數(shù)中選擇一個，作為操縱變量；操縱變量； 其它影響量則只能視作干擾量。其它影響量則只能視作干擾量?？刂疲嚎刂疲河糜貌倏v量操縱量克服干擾量克服干擾量對被控變量的影響對被控變量的影響 。10精餾塔精餾塔: :影響塔板溫度的因素影響塔板溫度的因素精餾塔精餾塔: :影響塔板溫度影響塔板溫度的因素有：的因素有：壓力壓力、進(jìn)料進(jìn)料流量流量、進(jìn)料成分進(jìn)料成分等。等。 11問題：如何選擇一個良好的操縱變量分析對象通道特性分析對象通道特性操縱量操縱量

7、輸出變量：輸出變量：控制通道控制通道干擾量干擾量輸出變量：輸出變量：干擾通道干擾通道12干擾通道干擾通道特性分析特性分析（1）放大倍數(shù)）放大倍數(shù)K的影響的影響 K K越大，對被控變量的影響越大越大，對被控變量的影響越大, ,越小越好越小越好. .（2）時間常數(shù)）時間常數(shù)T的影響的影響 T T越大，干擾對被控變量的影響越緩慢。越大越好越大，干擾對被控變量的影響越緩慢。越大越好. . 干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置：越離被控變量近的干擾，對被干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置：越離被控變量近的干擾，對被控變量的影響也越大。控變量的影響也越大。（3）純滯后）純滯后的影響的影響 干擾通道的純滯后對控制系統(tǒng)質(zhì)量沒有影響，只是滯后干

8、擾通道的純滯后對控制系統(tǒng)質(zhì)量沒有影響，只是滯后了干擾對控制的影響。了干擾對控制的影響。13控制通道控制通道特性分析特性分析（1） 放大倍數(shù)放大倍數(shù)K0的影響的影響p控制通道放大倍數(shù)控制通道放大倍數(shù)K K0 0大，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差小大，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差小. .p從控制角度看，從控制角度看，K K0 0大些，說明控制通道對系統(tǒng)的影響大，大些，說明控制通道對系統(tǒng)的影響大，易于調(diào)節(jié)，因此，易于調(diào)節(jié)，因此，一般希望一般希望K K0 0大些好大些好 . .14控制通道控制通道特性分析（續(xù)）特性分析（續(xù)）（2） 時間常數(shù)時間常數(shù)T的影響的影響結(jié)論：結(jié)論：控制通道的時間常數(shù)大，經(jīng)過的容量數(shù)多，控制通道的時間常

9、數(shù)大，經(jīng)過的容量數(shù)多，系統(tǒng)控制不及時、系統(tǒng)控制質(zhì)量差，如溫度系統(tǒng)。系統(tǒng)控制不及時、系統(tǒng)控制質(zhì)量差，如溫度系統(tǒng)。p 一般希望控制通道時間常數(shù)小些好。一般希望控制通道時間常數(shù)小些好。p 但控制通道時間常數(shù)過小，將使得系統(tǒng)過于靈但控制通道時間常數(shù)過小，將使得系統(tǒng)過于靈敏，也會使穩(wěn)定性變差，如流量系統(tǒng)敏，也會使穩(wěn)定性變差，如流量系統(tǒng) 15控制通道特性分析（續(xù)）控制通道特性分析（續(xù)）（3）純滯后）純滯后0的影響的影響結(jié)論：結(jié)論：純滯后純滯后0 0的存在，使得的存在，使得控制不及時，增加動態(tài)偏差，控制不及時，增加動態(tài)偏差，降低穩(wěn)定性。降低穩(wěn)定性。 控制通道純滯后是控制系統(tǒng)控制通道純滯后是控制系統(tǒng)非常不利的

10、因素非常不利的因素，會，會嚴(yán)重影響嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)品質(zhì)控制系統(tǒng)品質(zhì)，以至于使控制，以至于使控制系統(tǒng)發(fā)散，造成嚴(yán)重后果，因系統(tǒng)發(fā)散，造成嚴(yán)重后果，因此，實(shí)際工程中，必須重視。此，實(shí)際工程中，必須重視。16純滯后純滯后0的影響圖的影響圖17操縱變量的選擇原則操縱變量的選擇原則操縱變量的選擇，實(shí)質(zhì)上是決定了控制通道的選擇。操縱變量的選擇，實(shí)質(zhì)上是決定了控制通道的選擇。原則：原則： （1 1） 操縱變量必須可控，工藝上允許調(diào)節(jié)；操縱變量必須可控，工藝上允許調(diào)節(jié)；（2 2）操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏靈敏. . 因此應(yīng)通過合理選擇操縱變量因

11、此應(yīng)通過合理選擇操縱變量, ,使得使得: :控制通道控制通道的的放放大系數(shù)適當(dāng)大大系數(shù)適當(dāng)大, ,時間常數(shù)適當(dāng)小時間常數(shù)適當(dāng)小, ,純滯后時間盡量小純滯后時間盡量小; ;（3 3）為了使其他干擾對被控變量的影響減小為了使其他干擾對被控變量的影響減小. .應(yīng)使應(yīng)使干擾通干擾通道道的的放大系數(shù)盡可能小放大系數(shù)盡可能小, ,時間常數(shù)盡可能大時間常數(shù)盡可能大; ;（4 4）兼顧考慮工藝的合理性，工藝上不易頻繁改變的量）兼顧考慮工藝的合理性，工藝上不易頻繁改變的量也不宜作為操縱變量。也不宜作為操縱變量。如：生產(chǎn)負(fù)荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)如：生產(chǎn)負(fù)荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，就不宜選為操縱變量。量，就不宜選為操縱

12、變量。18第四節(jié)第四節(jié) 測量元件特性的影響測量元件特性的影響一、測量元件的時間常數(shù) 由于測量元件具有一定的時間常數(shù)，可看作一階慣性由于測量元件具有一定的時間常數(shù)，可看作一階慣性環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 理論上講，只有當(dāng)過渡時間無限長時，輸出才理論上講，只有當(dāng)過渡時間無限長時，輸出才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)（等于工藝參數(shù)值）。因此，測量變送的輸能達(dá)到穩(wěn)態(tài)（等于工藝參數(shù)值）。因此，測量變送的輸出一般小于工藝參數(shù)實(shí)際值，不利于系統(tǒng)控制。出一般小于工藝參數(shù)實(shí)際值，不利于系統(tǒng)控制。19一、一、測量元件的時間常數(shù)測量元件的時間常數(shù)測量元件的時間常數(shù)特別是特別是測溫元件測溫元件.20二、二、測量元件的測量元件的純滯后：純滯后：參數(shù)變

13、化信號傳遞到測量點(diǎn)需要一定的時間，使得對象參數(shù)變化信號傳遞到測量點(diǎn)需要一定的時間，使得對象中含有純滯后環(huán)節(jié)，不利于控制，要盡量克服。中含有純滯后環(huán)節(jié)，不利于控制，要盡量克服。測量純滯后的例子測量純滯后的例子2122測量滯后：測量滯后：選擇快速反應(yīng)的測量元件，以減小時間常數(shù)；選選擇快速反應(yīng)的測量元件，以減小時間常數(shù)；選擇合適的測量點(diǎn)，以減小純滯后；使用微分單元，擇合適的測量點(diǎn)，以減小純滯后；使用微分單元，起起到超前作用，到超前作用，以克服容量滯后，以克服容量滯后，但是，微分環(huán)節(jié)會使但是，微分環(huán)節(jié)會使得系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，因此，要合理使用。得系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，因此，要合理使用。 盡可能縮短傳送管線長度，

14、一般氣壓信號管路長度不超過300m，管徑應(yīng)大于mm?；蛟跉饴?0m距離間加氣動繼動器，提高氣信號傳輸功率，減小傳輸時間。 采用氣-電、電-氣轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換傳遞，或用閥門定位器等。23第五節(jié)第五節(jié) 控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇重要性！q自動控制系統(tǒng)廣義對象控制器。常用控制一般都采用PID控制，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)比例常數(shù)、積分時間和微分時間常數(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種控制規(guī)律。24可調(diào)參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響（回顧）可調(diào)參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響（回顧）25可調(diào)參數(shù)可調(diào)參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響2627 。P：控制及時，有余差； 滯后小、負(fù)荷變化小、無無差要求的場合。 如液位、壓力控制。PI：無余差

15、，穩(wěn)定性、及時性下降； 滯后小、負(fù)荷變化小、有無差要求的場合； 如：流量、壓力、液位控制。PID：無余差，穩(wěn)定性、及時性較好； 容量滯后大、負(fù)荷變化大、有無差要求的場合； 如；溫度、成分控制； 滯后小、噪聲重時不能加微分作用。28控制器正反作用的確定控制器正反作用的確定n實(shí)際控制系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)的正反作用：正作用：環(huán)節(jié)的輸入量增加，輸出量也增加。正作用：環(huán)節(jié)的輸入量增加，但輸出量減少。：一般為正作用；n對象：由工作機(jī)理分析可得；：用被測量減去設(shè)定值作為輸入量；：安全 原則?？刂破髡醋饔玫拇_控制器正反作用的確定原則：保證整個控定原則：保證整個控制系統(tǒng)為閉環(huán)負(fù)反饋制系統(tǒng)為閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)。29例：加熱爐出口溫度控制系投分析