過程控制重點

1、.最大動態(tài)偏差、超調量y1y1第一章緒論1. 1.過程控制(英文：Process Control )通常是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制,是自動化技術最重 要的組成部分之一1.1- 1.過程控制是生產(chǎn)過程自動化的簡稱,泛指 石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工 業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)的或按一定周期程序進行的生產(chǎn) 過程自動控制，是自動化技術的重要組成部分。1. 1-2.連續(xù)生產(chǎn)過程的特征是：生產(chǎn)過程中的各 種流體，在連續(xù)(或間歇)的流動過程中進行著物 理化學反應、物質能量的轉換或傳遞。1. 1-3.從控制的角度，通常將工業(yè)生產(chǎn)過程分為 三類，即：連續(xù)型、離散型和混合型。過程控制主 要是針對連續(xù)生產(chǎn)過程

2、采用的控制方法。1.1-4.過程控制的主要任務是對生產(chǎn)過程中的有 關參數(shù)進行控制一一“工業(yè)四大參數(shù)”是：溫度、 壓力、流量、物(液)位的自動控制,使其保持恒 _ 定或按一定規(guī)律變化，在保證產(chǎn)品質量和生產(chǎn)安全 的前提下，使連續(xù)生產(chǎn)過程自動地進行下去。1. 1-5.過程控制系統(tǒng)的定義：為實現(xiàn)對某個工藝 參數(shù)的自動控制，由相互聯(lián)系、制約的一些儀表、 裝置及工藝對象、設備構成的一個整體1. 1-6 .在討論控制系統(tǒng)工作原理時，為清楚地表 示自動控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關系，一 般用原理框圖來表示控制系統(tǒng)。1. 1-7.過程控制系統(tǒng)的主要任務是：對生產(chǎn)過程 中的重要參數(shù)(溫度、壓力、流量、物位、成

3、分、 濕度等)進行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變 化。1.1- 8.過程控制的特點：.控制對象一一被控過程復雜、控制要求多樣.控制方案豐富多彩.控制過程大多數(shù)屬于慢過程與參數(shù)控制.定值控制是過程控制的主要形式.過程控制系統(tǒng)由規(guī)范化的、系列化的檢測與控 制儀表或自動化裝置組成1) 3-2.系統(tǒng)階躍響應的單項性能指標2) ).衰減比、衰減率y1B1垠:減比：n ()；n取整數(shù)，習慣上常 y3B2表示為n:1,例如4:1、10:1衰減率：'y3 1 -y3- 1 1最大動態(tài)偏差： y1超調量：100%y().殘余偏差：系統(tǒng)設定值r與穩(wěn)態(tài)值y()的差值，即 e( ) r y().調節(jié)時間、峰

4、值時間、振蕩頻率調節(jié)時間：tS峰值時間：I。 p振蕩頻率：1. 3-3 .系統(tǒng)階躍響應的綜合性能指標.偏差積分 IE (Integral of Error ).絕對偏差積分 IAE(Integral Absolute value of Error).平方偏差積分ISE ( Integral of SquaredError ).時間與絕對偏差乘積積分ITAE(Integral ofTime multiplied by the Absolute value of Error)1 . 3-4-1 .某換熱器的溫度控制系統(tǒng)，給定值為200 C。在階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖所 示。試求最大偏差、余

5、差、衰減比、振蕩周期和過 渡時間。解：最大偏差：A = 230-200 = 30 C；余差： C= 205-200 = 5 C;衰減比：n = y1: y3 = 25:5 = 5:11. 3-4-2 .某被控過程工藝設定溫度為900 C,要求控制過程中溫度偏離設定值不得超過80 C o現(xiàn)設計的定值溫度控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的 過渡過程曲線如下圖，試求最大動態(tài)偏差、衰減比、 振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？解：最大動態(tài)偏差：A 950 900 50u yi950 908 42無支減上匕：n - -4.2 y3 918 90810振蕩周期：T 45 5 40min余差：C 908 900

6、 8 c50 <80!能滿足工藝要求。950P310.900解:最大動態(tài)偏差:950900衰減比：ny1950900丫3910 900振蕩周期：T 459 36 min過渡過程時間：47min1 . 3-4-4 .某化學反應器工藝規(guī)定的操作溫度為(800+ 10) ,考慮安全因素，要求控制過程中 溫度最高值不得超過 850 C o現(xiàn)設計的定值溫度控 制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線如 下圖，試求最大動態(tài)偏差、余差、衰減比、過渡時 間(±2%)和振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要 求？50笆51050<80!能滿足工藝要求。1 . 3-4-3 .某化學反應器工藝規(guī)定的

7、操作溫度為 (900+ 10) ,考慮安全因素，要求控制過程中flnr解:.ttU5最大動態(tài)偏差:余差：C衰減比:nA8058458008005 c45 cy1丫3845805815 805生4:110溫度偏離設定彳I不得超過 80 C?，F(xiàn)設計的定值溫度 控制系統(tǒng)，在最大階躍干擾作用下的過渡過程曲線 如下圖，試求最大動態(tài)偏差、衰減比、振蕩周期，過渡過程時間：25min振蕩周期：T 20 7 13min5<10!能滿足工藝要求。該系統(tǒng)能否滿足工藝要求?1 . 3-4-5 .某發(fā)酵過程工藝規(guī)定的操作溫度為(40±2） C,考慮發(fā)酵效果，要求控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過 6C

8、O現(xiàn)設計的定值溫度控制系統(tǒng)，在階躍擾動作用下的過渡過程曲線如下 圖，試求最大偏差、衰減比、余差、過渡時間（土2%）和振蕩周期，該系統(tǒng)能否滿足工藝要求？解：最大動態(tài)偏差：A 45 40 5 c余差：C 4140 1cy45414衰減比：n114541-4:1y342411過渡過程時間：23min振蕩周期：T 18513min5<6!能滿足工藝要求。補充思考題與實用題1 .（王：1-2）什么過程控制系統(tǒng) ？典型過程控制 系統(tǒng)有哪幾部分組成？參考答案：過程控制（Process Control ）是生產(chǎn)過程自動 化的簡稱。泛指石油、化工、電力、冶金、輕工、 紡織、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按

9、一定周 期程序進行的生產(chǎn)過程自動控制，是自動化技術的 重要組成部分。過程控制系統(tǒng)來說，它包括檢測元件及變送器、控 制器、執(zhí)行器等；另一部分是受自動化裝置控制的 被（受）控對象2 .（王：1-4）說明過程控制系統(tǒng)的分類方法，通 常過程控制系統(tǒng)可以分哪幾類？（厲：P1-7）根據(jù)設定值的形式，閉環(huán)控制系統(tǒng)可 以分哪幾類？參考答案：過程控制系統(tǒng)的分類方法很多，通常使用的“大” 類分類方法有兩種：按設定值的形式不同劃分，按系統(tǒng)結構的特點 分類。根據(jù)設定值的形式，閉環(huán)控制系統(tǒng)可以分三類：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。按系統(tǒng)結構的特點分類：開環(huán)系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系 統(tǒng)、前饋一一反饋復合

10、控制系統(tǒng)。第五章被控過程的數(shù)學模型5. 0.引言1 .控制系統(tǒng)的控制過程品質主要取決于系統(tǒng)的結構和系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的特性2 .前幾章的討論中，我們已知變送器和執(zhí)行器的 特性是比例關系、控制器的特性由控制規(guī)律決定。本章討論被控對象的特性5. 1.被控過程數(shù)學模型的作用與要求1 .在經(jīng)典控制理論中，被控對象的特性一般用單 _ 輸入、單輸出的數(shù)學模型描述。最常用的是傳遞函數(shù)。2 .傳遞函數(shù)是指用拉氏變換式表示的對象特性。5. 2.建立被控過程數(shù)學模型的基本方法1 .求對象的數(shù)學模型有兩條途徑：機理法、測試（實驗）法2 .機理法：根據(jù)生產(chǎn)過程的內部機理，列寫出有 關的平衡方程，從而獲取對象的數(shù)學模型。

11、3 .測試法：通過實驗測試，來識別對象的數(shù)學模 型。由于影響生產(chǎn)過程的因素較多，單純用機理法建模 較困難，一般用機理法的分析結論，指導測試結果 的辨識。5. 3.機理法建模5. 3-1 .機理法建模的基本原理5. 3-2 .單容過程建模1 .當對象的輸入輸出可以用一階微分方程式來描 述時，稱為單容過程或一階特性對象。大部分工業(yè)對象可以用一階特性描述。2 .單容過程是指只有一個儲蓄容量的被控過程。3 .單容貯液箱液位過程I從水槽的物料平衡關系考慮, 的方程式。找出表征h與Q關系寫成標準形式進行拉氏變換傳遞函數(shù)為:H(s)1(s)5.（潘例4-2）單容熱力過程理論建模：加熱裝置采用電能加熱，給容器

12、輸入電能加熱的熱流量qi,容器的熱容為C ，容器中液體的比熱容為 CD,流 p量為q的液體以Ti的入口溫度流入，以 Tc的出口溫度流出（Tc同時也是容器中液體的溫度）設容器所在的環(huán)境溫度為To。試求：Tc與qi之間的關系；Z與To之間的關系。解：（1）該過程輸入總的熱流量為：電能加熱的熱流量qi和流入容器液體所攜帶的熱流量q cp Ti 該過程輸出總的熱流量為：流出液體所攜帶的熱流量q cD pTc、容器向四周環(huán)境散發(fā)的熱量（容RsRs器散熱表面積為A、保溫材料的傳熱系數(shù)為K r）階躍響應:1(1 et/T)對象的特性參數(shù)K、T反映了對象的物理本質。容量系數(shù)（液容）A反映對象存儲能量的能力；

13、如水槽面積A,它影響時間常數(shù) T的大小。阻力系數(shù)（液阻）R反映對象對物料或能量傳 遞的阻力；如閥門阻力系數(shù) R,它影響放大系數(shù)I 的大小。4.被控過程的自衡特性與單容貯液箱液位過程II從一階慣性特性曲線可以看出，對象在擾動作用 下，其平衡狀態(tài)被破壞后，在沒有人工干預或調節(jié) 器干預（外部干預）下，能自動達到新的平衡狀態(tài), 這種特性稱為 自衡特性用自衡率p表征對象自衡能力的大小h( ) K并不是所有被控過程都具有自衡特性。同樣的單 容水槽如果出水用泵抽出，則成為無自衡特性。Q2 0； 3 K 1(s)T s A sKr A (TcTo)根據(jù)能量平衡關系：單位時間進入容器的熱流 量與單位時間進出容器

14、的熱流量之差等于容器內 熱量存儲量的變化率，可得qi q cp Ti q cp T KrA (Tc寫成增量式:qi q cpTiq cpTcKr A設置、令：KP令：Kr整理:整理、消除中間變量:cP為液體的熱量系數(shù)To)(TcCjdtKP Tc qi KP TiTcdTcC c dtTo)Tod TC - dt若環(huán)境溫度不變、流入容器的液體溫度恒定，則W(s)H2(s)i(s)2_T1T2 s(T1T2) s 1(T1 s 1)(T2 sd TcC C dtKpTcqiTcpd TccdtC Rd-CKpTcTcqiTiAR； T2A2R3； K K 1 R3dtC RKP R 1KP Rd

15、 Tcdt進行拉普拉斯變換(CKP R 1s 1)TcTcTcTcRqiRKP R 1qi當輸入量是階躍增量 a 1時，被控變量 h2的 反應（飛升）曲線呈 S型。為簡化數(shù)學模型，可以 用帶滯后的單容過程來近似。3.容量滯后與純滯后容量滯后：在S形曲線的拐點上作一切線，若將 它與時間軸的交點近似為反應曲線的起點，則曲線 可表達為帶滯后的一階特性：KP R 1切線在時間軸上截出的時間段c為容量滯后。Qi（s）C被控過程的容量系數(shù) c（T。）越大，C越大；容量G(s)TcR/(KPR 1)個數(shù)越多（階數(shù)n越多），也會使C增大；階躍響CQi(s)R/(KP R 1) C s 1 若容器絕熱，流體流量

16、q、輸入熱流量qj恒定,應曲線上升越慢。純滯后由信號或能量的傳輸時間造成的滯后現(xiàn)象，是純粹的滯后O oTcKP R/(KP R 1)Ti(s)R/(Kp R 1) C s有些對象容量滯后與純滯后同時存在，很難嚴格 區(qū)分。常把兩者合起來，統(tǒng)稱為滯后時間5. 3-3.多容過程建模1 .有一個以上貯蓄容量的過程稱為多容過程。2 .多容液位過程由兩個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)起來,操縱變量是A1L1 ,被控變量是第二個水槽的水位 h2。5. 4.測試法建模根據(jù)工業(yè)過程中某因果變量的實測數(shù)據(jù)，進行數(shù)學處理后得到的數(shù)學模型。測定對象特性的實驗方法主要有三種：時域法一一輸入階躍或方波信號，測對象的飛升曲線或方波響應曲

17、線。頻域法一一輸入正弦波或近似正弦波，測對象的頻率特性。統(tǒng)計相關法一一輸入隨機噪音信號，測對象參數(shù)的變化。5. 4-1 .階躍響應曲線法建模1 .在被控過程處于開環(huán)、穩(wěn)態(tài)時，將選定的輸入量做一階躍變化（如將閥門開大），測試記錄輸出量的變化數(shù)據(jù)，所得到的記錄曲線就是被控過程的階躍響應曲線。2.有些工藝對象不允許長時間施加較大幅度的擾動，那么施加脈寬為 t的方波脈沖，得到的響應 曲線稱為“方波響應”。3.由階躍響應曲線確定被控過程傳遞函數(shù) 大多數(shù)工業(yè)對象的特性可以用具有純滯后的一階 或二階慣性環(huán)節(jié)來近似描述：G(s) W(s) -e sT s 1-KsG(s) W(s) e(Ti s 1)(T2

18、s 1)(i) K-y(- ；X0T、求取的作圖法：s曲線的拐點做切線T、求取的計算法：解:QiQ2Q3Q2dhQ2R2Q3Q3* . ._ _ _* , _ _ _ _ ,y (t1)0.39、y (t2)0.632;T2( t23) ,QiR2R3 /(R2aUdtR3R2R3)1)h (AR3R2R3)R2R35. 4-2 .測定動態(tài)特性的頻域法1 .在對象的輸入端加特定頻率的正弦信號,同時 記錄輸入和輸出的穩(wěn)定波形(幅度與相位)。在選定范圍的各個頻率點上重復上述測試,便可測得該 對象的頻率特性。八 R2R3dAs 1R2R3AR s 1H (s)Qi(s)R2R3R2R32 .畫出Ny

19、quist圖或Bode圖，進而獲得過程的傳 遞函數(shù)AR習題與補充題1 .(王5-9)下圖液位過程，輸入量為Q1 ,流出量為Q2、Q3,液彳紅h為被控參數(shù)，水箱截面為a,并設R2、R3為線性液阻。列寫液位過程的微分方程組；畫出液位過程的框圖；求出傳遞函數(shù)H (s)/ Q1(s),并寫出放大倍數(shù) K和時間常數(shù)T2 .(王5-10)下圖液位過程，輸入量為 Qi ,液位h2為被控參數(shù)，列寫液位過程的微分方程組；求出傳遞函數(shù) H2(s)/Qi(s)。(厲：例題2-5)下圖液位過程，Q1的變化量為輸入量，液位 卜2的變化量為被控參數(shù)，列寫液位過程的微分方程組；求出傳遞函數(shù)的表達式H2(s)/Qi (s)o

20、CiAi畫出液位階躍響應曲線用一階慣性環(huán)節(jié)加滯后近似描述該過程的動態(tài)特性，確定(s)K、T、C1dhiq2dth1qiq2K型0.2100;60s; T 300 60 240 sC2dh2q3h2 r2dth2q2q3第六章簡單控制系統(tǒng)的設計與參數(shù)整定6. 1.簡單控制系統(tǒng)的結構與組成1 .指由一個測量變送器、一個控制器、一個控制 閥和一個對象所構成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。R3H2(s)Q1(s)R3C1R2c2R s2 (C1R2 C2R3 C1R3)3.(王：習題5-15,完善課題)某單容液位過程，如下圖。貯罐中液位高度 h為被控參數(shù)，流入貯罐的體積流量為q1,過程的輸入量可通過閥門 1的開則量

21、雌器2.控制系統(tǒng)工藝流程圖4.過程控制系統(tǒng)施工圖愴越大，控制作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越小;6. 2.簡單控制系統(tǒng)的設計6. 2-1 .過程控制系統(tǒng)方案設計的基本要求、主要 內容與設計步驟1 .過程控制系統(tǒng)方案設計的基本要求：生產(chǎn)過程 對過程控制系統(tǒng)的要求可簡要歸納為安全畦二穩(wěn)定 性和經(jīng)濟性三個方面。2 .過程控制系統(tǒng)設計的主要內容：過程控制系統(tǒng) 設計包括控制系統(tǒng)方案設計、工程設計、工程安裝 和儀表調校、調節(jié)器參數(shù)整定等四個主要內容。其 中控制方案設計是控制系統(tǒng)設計的核心。3 .過程控制系統(tǒng)設計的步驟掌握生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的技術要求建立被控過程的數(shù)學模型確定控制方案：一一包括控制方式和系統(tǒng)組成結 構的

22、確定，是過程控制系統(tǒng)設計的關鍵步驟?？刂圃O備選型實驗（或仿真）驗證6. 2-2 .被控參數(shù)與控制變量的選擇1 .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；合理選擇被 控變量，關系到生產(chǎn)工藝能否達到穩(wěn)定操作、保證 質量、保證安全等目的。2 .當不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時,應選 擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關系的間接工藝參故應選放大系數(shù)大的變量作為控制變量。干擾通道的慣性因子 （Tf s+1）使干擾作用的影響緩慢。T越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。干擾進入系統(tǒng)的位置離被控變量檢測點越遠，則Tf越大,控制時最大偏差越小。6. 2-3 .檢測環(huán)節(jié)、

23、執(zhí)行器及調節(jié)器正負作用選擇1 .執(zhí)行器的選擇調節(jié)閥工作區(qū)間的選擇：正常工況下，調節(jié)閥的開度應在 竺覽二型區(qū)間。據(jù)此原則計算、確定控制閥的口徑尺寸。調節(jié)閥的流量特性選擇：按補償對象特性的原則選取。調節(jié)閥的氣開、氣關作用方式選擇：按控制信號中斷時，保證生產(chǎn)設備安全的原則確定。2.調節(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，必須正確選擇調節(jié)器的正反作用。楚作為被控變量。3.控制變量選擇：也有以轉速、電壓等作為操縱變量的。過程（通道）：廣義對象GO（s）變送器都是正作用氣開閥是正作用，氣關閥是反作用Ko

24、To S 1調節(jié)器為比例調節(jié)器:被控對象有的正作用，有的反作用為了說明選擇方法，先定義作用方向:當某個環(huán)節(jié)的輸入增加時，其輸出也增加，稱該環(huán)節(jié)為“正 把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量作用”；反之，稱為“反作用”。稱為控制變量或操縱變量。最常見的操縱變量是介質的流量,按此定義：控制器作用方向以測量輸入與輸出的關系定義:正作用：測量值-給定值一一增大、輸出增大反作用：給定值-測量值一一增大、輸出增大調節(jié)器正反作用的確定原則：保證系統(tǒng)構成負反饋；簡單的判定方法：閉合回路中有奇數(shù)個反作用環(huán)節(jié)。6.4.調節(jié)器參數(shù)的工程整定方法調節(jié)規(guī)律整定參數(shù)P (%；3TaP*P10 8s THD1M

25、mU.5D 1E0J2ST6.調節(jié)規(guī)律在控制系統(tǒng)設計或安裝完畢后，被控對象、測量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。只能通過控制器參數(shù)的工程整定，來調整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制整定叁數(shù)PID質量4.工程整定法是在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中,通過試卷.4-2 .衰減曲線法或探索，來確定控制器的最佳參數(shù)這種方法是工藝技術人員衰減曲線法屬于閉環(huán)整定方法，需尋找最佳衰遁握!"在現(xiàn)場經(jīng)常使用的。態(tài)。6. 4-1 .穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）2.整定過程、步驟:1 .屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)所得的臨界振置調節(jié)器T1,Td =0,比例度P或較大值,4.穩(wěn)定邊界方法在下面

26、兩種情況下不宜采用：2 .控制器參數(shù)的整定，就是按照已定的控制方案， 求取使 tt）控制通道的時間常數(shù)很大、臨界比例度過小時，調節(jié)閥控制質量最好的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的小 方易游移于全開或全關位置，即接近處于位式控制狀態(tài)， 對生 控制器的比例度 P或 、積分時間 T和微分時間Td。產(chǎn)工藝不利或不容許。例如，一個用燃料油加熱的爐子，如果3 .控制器參數(shù)整定的方法很多，主要有兩（三？）大類，閥門發(fā)生全關狀態(tài)就要熄火。一類是理論計算的方法，另一類是工程整定法（和自整定法！工藝上的約束條件嚴格時，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的安全。遨試驗數(shù)據(jù)：臨界比例度Pm工k L和振蕩周期金工標黃統(tǒng)投入運行

27、。按經(jīng)驗公式計算從而求出調節(jié)器的整定參數(shù)O在穩(wěn)定狀態(tài)下,改變階躍給定值（通常以5%左右為宜），4 .整定過程、步驟：（1）置調節(jié)器T1, 丁口=演辭聲節(jié)過程曲線。例度P或適當改變比例度,較大值，將系統(tǒng)投入運行。（2）逐漸減小線為止。重復上述實驗，到出現(xiàn)滿意的衰減曲P或，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界比例度Pm _X K ）和振蕩周期Tm （ TK Io5 .穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計算表（4） n 41時，記下此時的比例度PS （ S ）及周期PT|應為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式求取調節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。n 101時，記下此時的比例度 PS（ S）及上升時間Tr2.方法：不加控制作用，

28、作控制通道特性曲線。(Tp)按表（n 4:1）或按表（n 10:1）計算、求得各種Go(s)KoeTo s 11/seTo s 1找出廣義對象的特性參數(shù)調節(jié)規(guī)律時的整定參數(shù)。衰臧率4 T一4-整定參數(shù) 調節(jié)規(guī)律 6. 4-3 I響應曲線法1.響應曲線法尾于之整定方法。以被控對象控制通道的、整定參數(shù) 調節(jié)規(guī)律、3.根據(jù)實驗所得響應曲線,把廣義對象當作有純滯后的一階慣住環(huán)節(jié):DJFGo(s)soKoeTo s 1（食就比Q 90I整定參數(shù)迎節(jié)期、JP (%)4pPPl11產(chǎn)，P!D戶，i.irt0.4囂Ko、To、0y /( y max y min )6. 4-5.幾種整定方法的比較整定方法反應曲

29、線法穩(wěn)定邊界法衰減曲線法經(jīng)驗法KoX /( XmaxXmin )Po1Ko4.響應曲線法整定參數(shù)的公式調節(jié)規(guī)律PIPID6. 4-4.經(jīng)驗法優(yōu)點方法簡單系統(tǒng)較尢系統(tǒng)閉環(huán) 會出系統(tǒng)閉環(huán)，安全系統(tǒng)閉環(huán)，不需計算綜合習題、實用題1.簡單控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？簡單過程控制系統(tǒng)的結構與組成：指由一個測量變送器、一個控制器、一個執(zhí)行器（控制閥）和一個對象（四個基本環(huán)節(jié)）所勾成的單閉環(huán)攔制系統(tǒng)。2.為什么希望控削通道放大系數(shù)K0要大、時間常數(shù)To7R純滯用可向0隴小越好？而干擾通道的放大系數(shù)33可期小，時間常數(shù)一;盡可能大?Kf盡2 丁°控制通道敬武帝卻Ko大，操縱變量的變化對被控變量的響就太、

30、控制作用對擾動科補償力強、命差也?。坏谥拼?，會使系瑞勺穩(wěn)定性下降Ko太即下,時間常數(shù) To小，被控變量變化快;但時呼犍7T0父豉太才滯后時間-0的存在，；0.85 7變化，造成被控萼量的最大1 P 7b_干擾通道:為控郵上都存在一定困難更得控制作用J七是落后于被控變量的扁差典F控制港放大系數(shù)Kf大，對控制作用不利，因此盡可能?。粫r間6-某控制系統(tǒng)用臨界比例度法確定調節(jié)器的參數(shù)，測得常數(shù)Tf大，擾動作用比較平緩，被控變量變化平穩(wěn)。K 50%, Tk 3min。試確定采用pi作用和pid作用時的控制器參數(shù)。3 .對某過程控制系統(tǒng)的對象采用衰減曲線法試驗時測得Ps 30%, Tr 5s。試用衰減曲

31、線法按衰減n 10:1確定pid調節(jié)器的參數(shù)。解：查表6-3 :計算PID參數(shù)P 0.8PS 0.8 30% 24%；TI1.2Tr 1.2 5 6s；TD0.4Tr 0.4 5 2s4 .對某過程控制系統(tǒng)的對象采用衰減曲線法試驗時測得解：比查表：計算PI參數(shù)2.2 k 2.2 50% 110%;TI 0.85TK 0.85 3 2.55min計算PID參數(shù)1.7 K 1.7 50% 85%;TI 0.5Tk 0.5 3 1.5min；Td 0.125TK 0.125 3 0.375min7.某控制系統(tǒng)用臨界比例度法確定調節(jié)器的參數(shù)，測得PS50%, TS 10s。試用衰減曲線法按衰減比K25

32、%, Tk5min 。試確定采用pi作用和pid作n 4:1確定pid調節(jié)器的參數(shù)用時的控制器參數(shù)。解:解:查表6-3 :計算PID參數(shù)P 0.8Ps 0.8 50% 40%;TI0.3TS 0.3 10 3s;Td0.1TS0.1 10 1s5.某控制系統(tǒng)用n 4:1衰減曲線法確定調節(jié)器的參數(shù), 測得S 50%, TS 5min o試確定采用pi作用 pid作用時的控制器參數(shù)。解：查表：計算pi參數(shù)2.2 K 2.2 25% 55%;TI0.85TK 0.85 5 4.25min計算PID參數(shù)1.7 K 1.7 25% 42.5%;*0.5Tk0.5 5 2.5min；Td 0.125TK0

33、.125 5 0.625min8.某控制系統(tǒng)采用DDZn型控制器，用臨界比例度法確定調節(jié)器的參數(shù)；測得:k 30%, Tk3min 。試確定采用pi作用和pid作用時的控制器參數(shù)。解：查表：計算pi參數(shù)查表：計算PI參數(shù)1.2 S 1.2 50% 60%; TI0.5TS0.5 5 2.5 min計算PID參數(shù)0.8 s 0.8 50% 40%; TI 0.3TS 0.3 5 1.5min ； Td 0.1TS 0.1 5 0.5min2.2 K 2.2 30% 66%;TI0.85TK0.85 3 2.55min計算PID參數(shù)1.7 K 1.7 30% 51%;Ti 0.5Tk 0.5 3

34、1.5min；TD0.125TK0.125 3 0.375min9.某控制系統(tǒng)用臨界比例度法確定調節(jié)器的參數(shù)，測得1.2 S 1.2 40% 48%;TI0.5TS0.5 6 3min計算PID參數(shù)0.8 s 0.8 40% 32%;Ti0.3Ts0.3 6 1.8min；Td0. 1Ts 0.1 6 0.6min11.某控制系統(tǒng)用n 10:1衰減曲線法確定調節(jié)器的參k 20%, Tk 4min。試確定采用P作用、PI數(shù)作腳懵S 50%, Tr 2 min。試確定采用pi作用和和PID作用時的控制器參數(shù)。解：PID作用時的控制器參數(shù)。解：查表:查表：計算PI參數(shù)P作用時的參數(shù)2 K 40%計算

35、PI參數(shù)2.2 K 2.2 20% 44%;TI0.85TK0.85 4 3.4 min計算PID參數(shù)1.2 s 1.2 50% 60%;TI2Tr2 2 4 min計算PID參數(shù)0.8 S 0.8 50% 40%；Ti 1.2Tr 1.2 2 2.4min;Td 0.4Tr0.4 2 0.8min1.當對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，采用簡單1.7 K 1.7 20% 34%TI 0.5TK 0.5 4 2 min ；Td 0.125TK 0.125 4 0.5min控制系統(tǒng)往往控制質量較差，滿足不了工藝上的要求，這時可考慮采用串級控制系統(tǒng)。2.前饋控制的原理是：當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時，立即

36、將其測量10.某控制系統(tǒng)用 n 4:1衰減曲線法確定調節(jié)器的參出來，通過前饋控制器，根據(jù)擾動量的大小改變控制變量，以數(shù)，測得S 40%, TS 6min。試確定采用p作用、抵消擾動對被控參數(shù)的影響。PI作用和PID作用時的控制器參數(shù)。3.大滯后過程控制系統(tǒng)： 在工業(yè)生產(chǎn)中，控制通道往往不解：同程度地存在著純滯后。一般將純滯后時間0與時間常數(shù)T查表：計算P作用參數(shù)之比大于0.3 ( 0 / T >0.3)的過程稱之為大滯后過程。S 40%計算PI參數(shù)4.比值控制系統(tǒng)：生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料的流量 保持一定的比例關系。例如，在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持燃 料和空氣量的一定比例，以保證燃燒

37、的經(jīng)濟性。5.均勻控制系統(tǒng)5.適用于非線性過程6 .分程控制系統(tǒng)：在分程控制系統(tǒng)中，一個控制器的輸出7. 1-5 .串級控制系統(tǒng)的主要特點有：信號被分割成幾個行程段，每一段行程各控制一個調節(jié)閥，戰(zhàn)對進入副回路的干擾有很強的抑制能力；取名為分程控制系統(tǒng)。2.能改善控制通道的動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的快速反應能力;7 . 1.串級控制系統(tǒng)3.對非線性情況下的負荷或操作條件的變化有一定的適應7. 1-1 .串級控制系統(tǒng)基本結構及工作過程1 .結構特點：能力。7. 1-5 .主、副調節(jié)器調節(jié)規(guī)律的選擇系統(tǒng)有兩個閉合回路，形成內外環(huán)。主變量是工藝要求 控制的變量， 量。主、副調節(jié)器是串聯(lián)工作的，主調節(jié)器的輸出

38、作為副調 節(jié)器的給定值。7. 1-2 .串級控制系統(tǒng)特點1 .主環(huán)控制通道時間常數(shù)縮短，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。2 .副回路的引入，提高了系統(tǒng)的工作頻率，也改善了系 統(tǒng)的動態(tài)性能。3 .串級系統(tǒng)特點總結：1 .主調調節(jié)器調節(jié)規(guī)律：定值控制；副調調節(jié)器調節(jié)規(guī)律：副變量是為了更好地控制主變量而選用的輔助煽動控制對進入副回路的干擾有很強的克服能力；改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；合?。┯洖閷M入主回路的干擾控制效果也有改善；對負荷或操作條件的變化有一定自適應能力7. 1-3 .串級控制系統(tǒng)的設計與參數(shù)整定7. 1-4 .串級控制系統(tǒng)的適用范圍2 .主被控參數(shù)要無靜差-調節(jié)器調節(jié)規(guī)律為P

39、I,PID調節(jié);3 .副被控參數(shù)允許有靜差一調節(jié)器調節(jié)規(guī)律：P,不引入PI;為保穩(wěn)定，P選大時，可引入積分；不引入微分。7. 1-6 .串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定1.逐步逼近整定法主開環(huán)、副閉環(huán)，整定副調的參數(shù)副回路等效成一個環(huán)節(jié)，閉合主回路，整定主調節(jié)器參數(shù)觀察過渡過程曲線，滿足要求，所求調節(jié)器參數(shù)即為否則，再整定副調節(jié)器參數(shù)，（此時副回路、主回路都已閉反復進行，滿意為止該方法適用于主、副過程時間常數(shù)相差不大，主、副回路動態(tài)聯(lián)系密切，需反復進行，費時較多2.兩步整定法1 .適用于容量滯后較大的過程：選容量滯后較小的輔助變主、副閉合，主調為比例，比例度為百分之一百，先用 4量，減小時常，提高頻率比

40、1衰減曲線法整定副調節(jié)器的參數(shù)，求得比例度和操作周2 .適用于純滯后較大的過程：（圖6-9,）工藝要求期過濾前的壓力穩(wěn)定在 250Pa;特點：距離長，純滯后時間長。仿 等效副回路，整定主調參數(shù)，求得主回路在 4比1衰減比絲膠液壓力與壓力串級控制下的比例度和操作周期；根據(jù)兩種情況下的比例度和操作周3 .適用于干擾變化劇烈、幅度大的過程：期，按經(jīng)驗公式求出主、副調節(jié)器的積分時間和微分時間，然4.適用于參數(shù)互相關聯(lián)的過程:后再按先副后主、先比例后積分再微分的次序投入運行，觀察曲線，適當調整，滿意為止。3. 一步整定法思路：先根據(jù)副過程特性或經(jīng)驗確定副調節(jié)器的參數(shù)，然后一步完成主調節(jié)器的參數(shù)的整定。理

41、論依據(jù)：主、副調節(jié)器的放大系數(shù)在0 Kc1 Kc2 0.5的條件下，主、副過程特性副參數(shù)類型副調節(jié)器比例度% (%)副i溫度20-60壓力30 70流量408。液位20-807. 1-7 .串級控制系統(tǒng)的方案設計一定時，Kc1 Kc2為一常數(shù)cC4(1)主、副調節(jié)器均置比例控制， 根據(jù)約束條件或經(jīng)驗確定Kc2 等效副回路，按衰減曲線法整定主調節(jié)器參數(shù)； 觀察曲線，在約束條件下，適當調整主、 數(shù)，滿意為止。7. 1-6* .串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定1 .串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定有逐步逼近法、一步整定法2 .逐步逼近法：斷開主回路，整定副回路、取得參數(shù)整定好的副回路作為主回路的一個環(huán)節(jié)，整定主回路、取

42、得參數(shù)主回路、副回路閉環(huán)，再次整定副回路、取得參數(shù)重新整定主回路、取得參數(shù)依次整定副回路、主回路。并循環(huán)進行，逐步接近主、副回路最佳控制狀態(tài)。1 .副回路設計中，最重要的是選擇副回路的被控參數(shù)(串級系統(tǒng)的副參數(shù))。副參數(shù)的選擇一般應遵循下面幾個原則：主、副變量有對應關系副參數(shù)的選擇必須使副回路包含變化劇烈的主要干擾,副調節(jié)器的參并盡可能多包含一些干擾副參數(shù)的選擇應考慮主、副回路中控制過程的時間常數(shù)的匹配,以防“共振”的發(fā)生兩步整定法和一, »一 應注意工藝上的合理性和經(jīng)濟性2.主、副調節(jié)器調節(jié)規(guī)律的選擇：主調節(jié)器通常選用PI調節(jié)，或迫調節(jié)?？刂聘眳?shù)是為了提高主參數(shù)的控制質量, 對副

43、參數(shù)的要求一般不嚴格，允許有靜差。因此，副調節(jié)器一 般選p調節(jié)就可以了。3.主、副調節(jié)器正、反作用方式的確定對串級控制系統(tǒng)來說，主、副調節(jié)器正、反作用方式的選 擇原則依然是使系統(tǒng)構成負反饋。選擇時的順序是：根據(jù)工藝安全或節(jié)能要求確定調節(jié)閥的正、反作用；3.兩步整定法：系統(tǒng)處于串級工作狀態(tài),第一步按單回路按照副回路構成負反饋的原則確定副調節(jié)器的正、反作方法整定副調節(jié)器參數(shù)；第二步把已經(jīng)整定好的副回路視為一 用;個環(huán)節(jié)，仍按單回路對主調節(jié)器進行參數(shù)整定。依據(jù)主回路構成負反饋的原則，確定主調節(jié)器的正、反4. 一步整定法：所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗，先將副 作用。調節(jié)器參數(shù)一次調好,不再變動然后按一

44、般單回路控制系統(tǒng)7.1-8.某串級控制系統(tǒng)采用兩步法整定控制器參數(shù),測得的整定方法直接整定主調節(jié)器參數(shù)。4: 1衰減法的過程參數(shù):1S 8%, T1s 100s; 2S 40%,若已知主控制器選用 PID控制規(guī)律，副控制器選用T2s 1ds；靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)：所謂靜態(tài)前饋控制，是前饋控制器小的處償控制規(guī)律，只考慮靜態(tài)增益補償，不考慮速度補償。P控制規(guī)律。試求主、副控制器的參數(shù)。Y(s)F(s)Gf(s) Gb(s) Go(s)0解:0.8 is0.88%6.4%Gb(s)Gf(s)Go(s)Tii0.3K0.310030s2.靜態(tài)前饋系統(tǒng)結構簡單、易于實現(xiàn)，前饋控制器就是一T1D0.1T1S0

45、.110010s個比例放大器。但控制過程中，動態(tài)偏差依然存在。2S 40%7. 2.前饋控制系統(tǒng)3 .動態(tài)前饋控制系統(tǒng)：完全按照補償控制規(guī)律制作控制器。4 .理論上，動態(tài)前饋控制能在每個時刻都完全補償擾動對被控參數(shù)的影響。但補償控制規(guī)律比較復雜，常常無法獲得精 確表達式，也難以精確實現(xiàn)。7.2-1.前饋控制的工作原理及其特點5.前饋一反饋復合控制系統(tǒng):為了克服前饋控制的局限性,1.反饋控制的特點與不足： 不論是什么干擾,只要弓罐施貴控制和反饋控制結合起來,組成前饋一反饋復合控制系調參數(shù)的變化，調節(jié)器均可根據(jù)偏差進行調節(jié)。但必須被弱參數(shù)變化后才進行調節(jié)，調節(jié)速度難以進一步提高。7. 2-3 .前

46、饋控制的特點及局限性2.前饋控制的特點:1.前饋控制的特點前饋控制器是按是按照干擾的大小進行控制的,稱珈環(huán)控制；比反饋控制及時；補償器為專用“擾動補償”。如果補償精確，被調變量不會變化,變性”控制。是事先調節(jié)，速度快。補償器難以精確得到，即使得到有時物理上也難以實現(xiàn)能實現(xiàn)“農(nóng).前饋控制的局限性：無法實現(xiàn)對干擾的完全補償只能抑制可測干擾;前饋控制是開環(huán)控制，控制作用幾乎與干擾同步產(chǎn)生，不能對每個干擾實現(xiàn)補償;前饋控制器的控制規(guī)律不是PID控制，是由對象特性決7. 2-3 .前饋反饋復合控制定的。前饋控制只對特定的干擾有控制作用，對其它干擾無效。7.2-2.前饋控制系統(tǒng)的結構應。統(tǒng)，提早估計出對象

47、在擾動作用下的7. 3-2 .大滯后過程的 Simth預，補償控制是按照對象特性，設計一個HIS：mth預估模型加入到反怪控制系動態(tài)響應,使控制器提前動作，從而降低超調量史密,并加速調節(jié)過程:被控量提前反饋-調節(jié)器提前動作一減少超調、加速調節(jié)過程。7. 3-3 .史密斯預估控制器.n)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù):7. 3.大滯后過程控制系統(tǒng)1 .在工業(yè)生產(chǎn)中，控制通道往往不同程度地存在著純滯后。一般將純滯后時間0與時間常數(shù)T之比大于0.3的過程稱N為大滯后過程:過程.Y(s)o/T 0.3稱為一般純滯后；0/T 0.3稱之為大滯后一X(s)Gc(s)Go(s)e1 Gc (s)Go(s)e0s0S史密

48、斯預估控制器補償控制原理2 .大滯后過程是公認較難控制的過程。其難于控制的主要原因是純滯后的增加導致開環(huán)相頻特性相角滯后增大,使閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。為了保證穩(wěn)定裕度，不得不減小調節(jié)器的放大系數(shù)，造成控制質量的下降。3.最早的大滯后過程控制方案是采樣控制。'7. 3-1 .大滯后過程的采樣控制777T Go(s)e 0sGsmith (s)U (s)1 .所謂采樣控制，是一種定周期的斷續(xù) PID控制方式，即期望：控制器按采樣周期 T進行采樣控制。在兩次采樣之間，保持該Y (s)、0s-控制信號不變，直到下一個采樣控制信號信號到來。保持的時;777Go(s)eGsmith (s) Go(s)U (s)間T必須大于純滯后時間0這樣重復動作，一步一步地校于