簡單系統(tǒng)學生PPT課件

1、6.1簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成指由一個測量變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。 第6章 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)整定TC206后續(xù)字母表示儀表功能第1位數(shù)字表示工段號后續(xù)數(shù)字表示儀表序號第1位字母表示被控參數(shù) LC TT儀表符號標準第1頁/共72頁控制系統(tǒng)原理方框圖給定值測量變送器控制器執(zhí)行器對象操作量被控變量干擾熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器 TT TC控制系統(tǒng)工藝流程圖第2頁/共72頁6.2簡單控制系統(tǒng)設(shè)計1. 過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計的基本要求(了解）安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性三個方面。 2. 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 （了解） 過程控制系統(tǒng)設(shè)計包括控制系統(tǒng)方案設(shè)計、

2、工程設(shè)計、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四個主要內(nèi)容。3. 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟（了解）1）掌握生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求2）建立被控過程的數(shù)學模型3）確定控制方案 包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。 4）控制設(shè)備選型5）實驗（或仿真）驗證第3頁/共72頁被控參數(shù)與控制變量的選擇被控參數(shù)（變量）的選擇被控變量生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。被控變量的選擇依據(jù)：1、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量第4頁/共72頁例1 儲槽液位控制系統(tǒng)工藝要求儲槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就應(yīng)以儲槽液位為被控變量。 L

3、C TTh第5頁/共72頁例2 換熱器出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器 TT TC第6頁/共72頁2、當不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時，應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)作為被控變量。例3 化工的精餾物純度控制系統(tǒng)苯甲苯苯甲苯 該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達到規(guī)定的純度。按照被控變量的選擇原則1，塔頂（或塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被控變量。-難在線檢測，則不能直接作為被控變量。間接參數(shù)塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都對餾出物純度有影響。選哪一個作為被控變量？第7頁/共72頁間接控制參數(shù)的確定經(jīng)試驗

4、得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力和溫度有單值對應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。 第8頁/共72頁3、被控變量必須有足夠大的靈敏度4、選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性第9頁/共72頁控制變量選擇把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量稱為控制變量或操縱變量。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。 LC TTh控制變量的確定q在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；q其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。被控變量影響變量被控變量干擾變量控制變量干擾通道控制通道第10頁/共72頁

5、對象特性對控制品質(zhì)影響的分析：1過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。Gc(s) 控制器的傳遞函數(shù)；Go(s) 廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；Gf(s) 擾動通道的傳遞函數(shù)。 Gc(s) Gf(s) Go(s)X(s)Y(s)干 擾F(s) 11foofccofKKGsGsGsKT sT s 121111111oofssoooooooosffffffKKKGsGseGseT sT sTsT sKKGsGseT sT s控制變量第11頁/共72頁 被控參數(shù)y(t)受到設(shè)定信號x(t)和干擾信號f(t)的共同影響：000( )( )( )( )X( )( )

6、1( )( )1( )( )fcccGsG s G sY ssF sG s G sG s G s Gc(s) Gf(s) Go(s)X(s)Y(s)F(s) 第12頁/共72頁代入系統(tǒng)偏差公式中：)()()(sYsXsE將將Gc(s)、 Go(s)， Gf(s)代入得：)()()()()(1)()()()(11)(sEsEsFsGsGsGsXsGsGsEfxocfoc+=+=000( )( )( )( )X( )( )1( )( )1( )( )fcccGsGs GsY ssF sGs GsGs Gs)()1(1)()()(11)(sXKKsTsTsXsGsGsEcoooocx+=+=)()

7、1() 1)(1() 1()()()(1)()(sFsTKKsTsTsTKsFsGsGsGsEfcofoofocff+=+=第13頁/共72頁分析給定值x(t)和干擾f(t)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差得影響。（1）當f(t)0， x(t)作單位階躍變化時：oxooc11( )( )(1)T sE sEsT sK Ks o00oococ111limlimlim(1)1xtssT see tsEsT sK KsK K （2）當x(t)0， f(t)作單位階躍變化時： 0oclimlim1fftsKee tEssK K (1)1( )( )(1)(1)(1)fofofocfKT sE sEsT sT sK K

8、T ss 第14頁/共72頁過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響vK0越大，控制作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越?。籿Kf越大，干擾作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越大。選擇控制變量時，應(yīng)使控制通道得靜態(tài)放大系數(shù)Ko越大越好；使干擾通道得靜態(tài)放大系數(shù)Kf越小越好。第15頁/共72頁2過程（通道）動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響（1）干擾通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響v干擾通道的容積或慣性環(huán)節(jié)越多，Tf 越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，干擾引起的最大動態(tài)偏差越小，系統(tǒng)的控制品質(zhì)越好。f( )Y (s)( )1( )( )fcoGsF sG s G s1）干擾通道時間常數(shù)Tf對控制質(zhì)量得影響 1fffKGsT sfY (s)111

9、( )1( )( )ffcofKF sTG s G ssT Gc(s) Gf(s) Go(s)X(s)Y(s)F(s) 11fsffffffKKGsGseT sT s第16頁/共72頁2)干擾通道純滯后f對控制質(zhì)量的影響？f( )(1)Y (s)( )( )1( )( )(1)(1)(1)ffocoofocfG sK T sF sF sG s G sT sT sK K T s結(jié)論：干擾通道純滯后f不影響控制質(zhì)量. 1fsfffKGseT s第17頁/共72頁例：某控制系統(tǒng)中，干擾f1、f2、f3分別在三個位置進入系統(tǒng)。試分析： f1、f2、f3對被控變量的影響越慢。010203f30G (s)

10、G (s)G (s)Y ( )( )1( )( )csF sG s G s0201012100G( )G (s)( )( )( )1( )( )1( )( )ccsGsF sF sG s G sG s G s3)擾動進入控制通道的位置對控制品質(zhì)的影響單獨f3對y的影響單獨f2對y的影響單獨f1對y的影響第18頁/共72頁結(jié)論：擾動進入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測點越遠，干擾通道的容量滯后有所增加，系統(tǒng)動態(tài)偏差越小，干擾對被控參數(shù)影響越小。 1ty(t)tyk(t)y0yby1f1tty(t)1tyk(t)yt1tt0yby2fy(t)yk(t)ty1t1tt0yby3f第19頁/共72頁 （2）控

11、制通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響即控制通道時間常數(shù)，滯后時間對控制質(zhì)量的影響tv控制通道G0的時間常數(shù)T0增大，使控制速度變慢，最大偏差增大，系統(tǒng)過渡過程時間長1）控制通道時間常數(shù)對控制質(zhì)量的影響 Gc(s) Gf(s) Go(s)X(s)Y(s)F(s) 第20頁/共72頁v控制通道的純滯后 ，使控制作用滯后0到達，造成控制偏差增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降?？刂仆ǖ赖娜萘繙笠矔斐煽刂瀑|(zhì)量下降，影響比純滯后緩和。2)控制通道的純滯后對控制質(zhì)量的影響 Gc(s) Gf(s) Go(s)X(s)Y(s)F(s) y0(t)ty0y00t01tyk(t)y1(t)第21頁/共72頁控制變量的選擇原則： 1

12、.控制變量必須是工藝上可調(diào)節(jié)的。 2.控制變量一般應(yīng)比其他干擾量對被控參數(shù)的影響靈敏。應(yīng)使控制通道放大系數(shù)大、時間常數(shù)小、純滯后越小越好。 3.為使干擾對被控參數(shù)影響小。應(yīng)使干擾通道放大系數(shù)小，時間常數(shù)盡可能大。擾動進入控制通道的未知要遠離被控參數(shù)，盡可能靠近控制閥。 4.控制通道存在多個時間常數(shù)時，應(yīng)盡可能使時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其他時間常數(shù)大很多，同時注意減小其他時間常數(shù)。 5.要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟性。第22頁/共72頁例：液位控制系統(tǒng)控制變量的選擇。影響儲槽液位的主要因素有：液體流入量和液體流出量。這兩個變量影響力相當，若由工藝決定液體流出量可控。則選液體流出量作為

13、控制變量。 LC LThQiQo第23頁/共72頁例.熱交換器出口溫度控制變量的選擇。影響出口溫度的主要因素有：載熱介質(zhì)溫度、載熱介質(zhì)流量、冷物料溫度、冷物料流量等。顯然，載熱介質(zhì)流量影響力最大且可控。故選載熱介質(zhì)流量作為控制變量。熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器 TT TCQrQiTiTr第24頁/共72頁例. 提餾段某塊塔板（靈敏板）的溫度作為被控變量。此控制系統(tǒng)控制變量的選擇。影響靈敏板溫度T靈的因素主要有： TT進料的流量（Q入）、進料的成分（ x入）、進料的溫度（T入），回流的流量（Q回）、回流的溫度（T回），加熱蒸汽流量（Q蒸）、第25頁/共72頁這些影響因素分為可控的和不可控的兩大類

14、：回流量和蒸汽流量為可控因素其它基本為不可控因素 TT在兩個可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。TC第26頁/共72頁檢測環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正負作用選擇 傳感器、變送器選擇（了解）1按照生產(chǎn)過程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合適的測量范圍（量程）與精度等級。2測量儀表反應(yīng)慢，會造成測量失真。應(yīng)盡可能選擇時間常數(shù)小的傳感器、變送器。OtOtTmTmx(t)y(t)x(t)y(t)測量環(huán)節(jié)時間常數(shù)對測量信號的影響第27頁/共72頁3合理選擇檢測點，避免測量造成對象純滯后0圖6.15 pH值控制系統(tǒng)圖 LT LC中和槽貯酸槽 pHT pHCl04測量信號的處理 測量信號的校正與補償、測量噪聲的抑

15、制、測量信號的線性化處理。第28頁/共72頁執(zhí)行器的選擇 1調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇 正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在15%85%區(qū)間。據(jù)此原則計算、確定控制閥的口徑尺寸。2調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇按補償對象特性的原則選取。3調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇 （1）按控制信號中斷時，保證生產(chǎn)設(shè)備，人身安全的原則確定（2）保證產(chǎn)品質(zhì)量原則（3）減少原料，能耗原則（4）基于介質(zhì)特點的工藝設(shè)備安全原則第29頁/共72頁調(diào)節(jié)器正反作用的選擇負反饋控制系統(tǒng)的控制作用對被控變量的影響應(yīng)與干擾作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量值回復到給定值。為了保證負反饋，必須正確選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。給定值測量變送器控制器執(zhí)行器

16、對象操作量被控變量干擾第30頁/共72頁為了說明選擇方法，對各環(huán)節(jié)先定義一個表示其性質(zhì)的正（“”），負（“”）符號。q變送器：輸出信號隨被測變量增加而增加，為“”；反之為“”。變送器一般都為“”q執(zhí)行器：氣開閥為“”，氣關(guān)閥為“”q被控對象：若控制變量增加，被控參數(shù)隨之增加，為“”，反之為“”。q控制器：正作用控制器：當給定值不變時，隨測量值增加，控制器輸出增加。 或者測量值不變時，給定值減小時，控制器輸出增加。取為“”反作用控制器：當給定值不變時，隨測量值增加，控制器輸出減小。 或者測量值不變時，給定值減小時，控制器輸出減小。取為“”偏差控制器執(zhí)行器對象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾測量值第31頁

17、/共72頁偏差控制器執(zhí)行器對象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾測量值 調(diào)節(jié)器正反作用的確定原則：保證系統(tǒng)構(gòu)成負反饋 簡單的判定方法：閉合回路中各環(huán)節(jié)符號之積為“”。第32頁/共72頁例：儲槽液位控制系統(tǒng)LTLCM正氣開出料要求：出現(xiàn)故障或氣源斷開時，不允許物料全部流走。試確定調(diào)節(jié)器的正，反作用方式。LTLCM反氣關(guān)出料例：另一工藝的儲槽液位控制系統(tǒng)要求：出現(xiàn)故障或氣源斷開時，物料不能溢出儲槽。試確定調(diào)節(jié)器正反作用方式。第33頁/共72頁練習：如圖所示加熱爐溫度控制系統(tǒng)指出系統(tǒng)被控對象，被控參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)作出系統(tǒng)方框圖選擇調(diào)節(jié)閥氣開，氣關(guān)形式選擇調(diào)節(jié)器正反作用方式TTTC燃料出料第34頁/共72頁練習：

18、儲槽液位控制系統(tǒng)如圖。工藝要求：出現(xiàn)故障或氣源斷開時，不允許物料全部流走。hrQiQo-貯罐LTLCh指出系統(tǒng)被控對象，被控參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)作出系統(tǒng)方框圖選擇調(diào)節(jié)閥氣開，氣關(guān)形式選擇調(diào)節(jié)器正反作用方式并進行驗證。第35頁/共72頁6.3調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律選擇調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律，即它的輸出量與輸入量（偏差值）之間的函數(shù)關(guān)系。P = f ( e )調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號，推動執(zhí)行機構(gòu)，對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)。第36頁/共72頁調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)影響的分析（復習）第37頁/共72頁比例（P）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響U( )1G( )E( )Psss1u(t)(

19、)e(t)PcK e t比例帶的物理意義：比例帶P是放大倍數(shù)KC的倒數(shù)，其大小決定比例控制作用的強弱。P越小，控制作用越強、靜差越小，系統(tǒng)調(diào)節(jié)越快、系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。P越大，靜差越大。比例帶P對控制過程的影響 比例控制的特點q控制及時、適當。只要有偏差，輸出立刻成比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強。q控制結(jié)果存在余差，隨比例度增大而增大。q實現(xiàn)定值控制的有差跟蹤。第38頁/共72頁 振蕩逐漸加劇PPPPP P越小，控制過程曲線越振蕩，周期縮短。 P越大，控制過程曲線越平穩(wěn)，但控制過程時間越長，余差也越大。出現(xiàn)等幅振蕩，這時的比例度稱為臨界比例度Pmin ，振蕩頻率稱為臨界振蕩頻率M第39頁

20、/共72頁積分（I）調(diào)節(jié)與比例積分（PI）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響1 積分控制（I）輸出變化量p與輸入偏差e的積分成正比001uSttIIedtedtT當輸入偏差e是幅值為e 的階躍時：01euetIIdttTTTI 積分時間 SI積分速度ee ttu第40頁/共72頁q積分控制可以消除余差。v 積分控制的特點q積分輸出信號是隨時間逐漸增強的，控制作用緩慢，穩(wěn)定性比P控制差。故一般積分作用不單獨使用。第41頁/共72頁 2 比例積分控制（PI）若偏差是幅值為e 的階躍干擾e1u(1)PItTU( )11G( )(1)( )PIssE sT see ttu011u(e)PtIedtT第42頁/共

21、72頁積分時間的物理意義：t0I11u(edt)PTe11ue(1)PItT若偏差是幅值為e的階躍:當 t = TI 時:I2u(T )ePq積分時間TI對控制過程的影響e e/P2e/PuttTIe第43頁/共72頁1.TI越大，Si越小，積分作用越弱， TI = ，Si0，積分作用為零。2.TI減小，Si增大，積分作用增強，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性下降。3.如果T1適當，系統(tǒng)能很快消除余差。 積分時間TI 或積分速度Si對過渡過程的影響第44頁/共72頁 比例微分（PD）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響 uDdeTdt式中：TD 微分時間 dtde 偏差變化速度 理想微分1 微分控制（D）ee ttu

22、第45頁/共72頁q 微分控制能在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，立即根據(jù)變化的趨勢，產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。提前動作q當偏差存在，但不變化時，微分輸出為零，對靜態(tài)偏差毫無抑制能力。不能單獨使用。v 微分控制的特點eettu第46頁/共72頁2 比例微分控制（PD） 理想的比例微分控制1u()PDdeeTdt1G( )(1)PDsT seettutuPD調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)。PD具有提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制最大動態(tài)偏差的作用。PD調(diào)節(jié)有利與提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差。若Td太大，微分作用太強，易造成系統(tǒng)振蕩。第47頁/共72頁q 將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項

23、作用的強度配合適當，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。011u(t)()PtDIdeeedtTTdt11G( )(1)PDIsT sT s（PID）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響第48頁/共72頁對某一對象，用不同控制規(guī)律時階躍干擾過程比較被控變量t無控制作用PPDPIDPI第49頁/共72頁調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)優(yōu) 點點缺缺 點點應(yīng)應(yīng) 用用P靈敏、簡單，只有一靈敏、簡單，只有一個整定參數(shù)；個整定參數(shù)；存在靜差存在靜差負荷變化不顯著，工藝指標負荷變化不顯著，工藝指標要求不高的對象。要求不高的對象。適用于一適用于一般要求的液位，壓力調(diào)節(jié)般要求的液位，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)PI能消除靜差，又控制能

24、消除靜差，又控制靈敏靈敏降低了系統(tǒng)控的穩(wěn)定性。降低了系統(tǒng)控的穩(wěn)定性。對于滯后較大的對象，對于滯后較大的對象，比例積分調(diào)節(jié)太慢，效比例積分調(diào)節(jié)太慢，效果不好。果不好。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較小、負荷變化不大、精度要小、負荷變化不大、精度要求高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。求高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。適用于流適用于流量，要求較嚴格的壓力，量，要求較嚴格的壓力，液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。PD增進調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定增進調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定度，可調(diào)小比例度，度，可調(diào)小比例度，而加快調(diào)節(jié)過程，減而加快調(diào)節(jié)過程，減小動態(tài)偏差和靜差小動態(tài)偏差和靜差系統(tǒng)對高頻干擾特別敏系統(tǒng)對高頻干擾特別敏感，系統(tǒng)輸出易夾雜高感，系統(tǒng)輸出易夾

25、雜高頻干擾。頻干擾。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的對象。對象。加熱較慢的溫度控加熱較慢的溫度控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。PID綜合了各類調(diào)節(jié)作用綜合了各類調(diào)節(jié)作用的優(yōu)點，所以有更高的優(yōu)點，所以有更高的調(diào)節(jié)質(zhì)量。的調(diào)節(jié)質(zhì)量。對于滯后很大，負荷變對于滯后很大，負荷變化很大的對象，化很大的對象，PID調(diào)調(diào)節(jié)也無法滿足要求，應(yīng)節(jié)也無法滿足要求，應(yīng)設(shè)計復雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計復雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大、負荷變化較大、精度要大、負荷變化較大、精度要求高的對象。求高的對象。溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)與成分控制系統(tǒng)與成分控制系統(tǒng)

26、調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇第50頁/共72頁0/T00.2，用P或PI 0.20/T01.0，用PD或PID 0/T01.0，用簡單控制系統(tǒng)效果不好。 1osoooKGseT s若廣義對象傳遞函數(shù)可用 描述第51頁/共72頁6.4調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法控制器參數(shù)的整定就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時間TI，和微分時間TD。理論計算的方法是根據(jù)已知的各環(huán)節(jié)特性及控制質(zhì)量的要求，通過理論計算出控制器的最佳參數(shù)。工程整定法在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中，通過試驗或探索，來確定控制器的最佳參數(shù)。第52頁/共72頁穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法） 屬

27、于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。（1） 置調(diào)節(jié)器Ti ， Td=0，比例度P 較大值，將系統(tǒng)投入運行。（2） 逐漸減小P ，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界值Pm和Tm。y(t)Tm 系統(tǒng)臨界振蕩曲線t第53頁/共72頁（3）根據(jù)Pm和Tm，按經(jīng)驗公式計算出控制器的參數(shù)整定值。 整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律 P（%） Ti Td P 2Pm PI 2.2Pm 0.85 Tm PID 1.7Pm 0.50 Tm 0.125 Tm 表6.1 穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計算表第54頁/共72頁方法：（1）把調(diào)節(jié)器設(shè)

28、成比例作用（Ti=，Td=0），置于較大比例度，投入自動運行。（2）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過程曲線。（3）適當改變比例度，重復上述實驗，到出現(xiàn)滿意的衰減曲線為止。記下此時的比例度Ps及周期Ts。n=10:1時，記Ps及TsTsTr衰減曲線法 也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。第55頁/共72頁（4）按表6-2（n=4:1）或按表6-3（n=10:1）求得各種調(diào)節(jié)規(guī)律時的整定參數(shù)。表6.2 衰減比為4:1時，整定參數(shù)計算表表6.3 衰減比為10:1時，整定參數(shù)計算表0.1Ts0.3 Ts0.8PsPID 0. 5 T

29、s1.2PsPIPsPTdTiP（%） 整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律0.4Ts1.2Tr0.8PsPID 2Tr1.2PsPIPsPTdTiP（%） 整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律第56頁/共72頁響應(yīng)曲線法屬于開環(huán)整定方法。以廣義對象的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。方法：不加控制作用，作廣義對象的階躍響應(yīng)曲線。給定值控制器被控變量測量變送器執(zhí)行器對象第57頁/共72頁根據(jù)實驗所得響應(yīng)曲線，找出廣義對象的特性參數(shù)K0、T0、0，用表6-4的經(jīng)驗公式求整定參數(shù)。T00 表6.4 響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式0.5020PID3.30PIPTdTiP（%） 整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律00085.0PT 0001

30、.1PT 000PT 1osoooKGseT smaxminmaxmin()1100%()oooyyyKPx xxK第58頁/共72頁 經(jīng)驗法 憑經(jīng)驗湊試。 其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”?？刂破鲄?shù)對控制過程的影響：比例度逐漸減小積分時間逐漸減小微分時間逐漸增大第59頁/共72頁幾種整定方法的比較整定方法整定方法優(yōu)優(yōu) 點點缺缺 點點反應(yīng)曲線法反應(yīng)曲線法方法簡單方法簡單系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)較大，影響生產(chǎn)穩(wěn)定邊界法穩(wěn)定邊界法系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)會出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩會出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全系統(tǒng)閉環(huán)，安全實驗費時實驗費時經(jīng)驗法經(jīng)驗法系統(tǒng)閉環(huán)，不

31、需計算系統(tǒng)閉環(huán)，不需計算需要經(jīng)驗需要經(jīng)驗第60頁/共72頁q注意：同一個系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。不同的PID參數(shù)組合，有時會得到極為相近的控制結(jié)果。例如某初餾塔塔頂溫度控制系統(tǒng)，控制器采用以下兩組參數(shù)時： P 15 TI 7.5min P 35 TI 3 min系統(tǒng)都得到10:1的衰減曲線，超調(diào)量和過渡時間基本相同。 第61頁/共72頁例：一蒸汽加熱的熱交換溫度控制系統(tǒng)，要求熱水溫度穩(wěn)定在65。當調(diào)解閥輸入信號增加1.6mADC（調(diào)節(jié)閥門輸入電流范圍為420mADC）時，熱水溫度上升為67.8 ，并達到新的穩(wěn)定狀態(tài)。溫度變送器量程和調(diào)節(jié)器刻度范圍為3080 。從溫度動態(tài)曲線上可以測出 。如果采用PI或PID調(diào)節(jié)規(guī)律，計算調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。1.2min,2.5minooTmaxminmaxmin1.6,20416,67.8652.8,803050,ooxmA xxmAyC yyC 2.8 500.561.6 16oK 解：