第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

1、t ty y 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖 控制器調(diào)節(jié)閥被控對(duì)象D測(cè)量變送器-SvPvDvMvqy干擾給定SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第一節(jié)第一節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)： 由一個(gè)被控對(duì)象、測(cè)量變送器、控制器和執(zhí)由一個(gè)被控對(duì)象、測(cè)量變送器、控制器和執(zhí) 行器所組成的單回路行器所組成的單回路負(fù)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)。 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖 控制器調(diào)節(jié)閥被控對(duì)象D測(cè)量變送器-SvPvDvMvqy干擾給定SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTR

2、Y 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)載熱體載熱體冷流體冷流體換熱器換熱器SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 確定合理的控制系統(tǒng)方案確定合理的控制系統(tǒng)方案根據(jù)工藝的要求根據(jù)工藝的要求 ：設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容(本節(jié)講述主要內(nèi)容）本節(jié)講述主要內(nèi)容）一、被控變量選擇；一、被控變量選擇；二、操縱變量的選擇；操縱變量的選擇；三、測(cè)量元件特性的影響；三、測(cè)量元件特性的影響；四、控制器的選擇四、控制器的選擇;五、控制器參數(shù)的工程整定。五、控制器參數(shù)的工程整定。操縱變量的選擇；操縱變量

3、的選擇；控制器的選擇；控制器的選擇；SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 一、被控變量的選擇一、被控變量的選擇 從生產(chǎn)過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的要求出發(fā)，找出對(duì)從生產(chǎn)過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的要求出發(fā)，找出對(duì)產(chǎn)量、質(zhì)量、安全等方面起決定作用的變量。產(chǎn)量、質(zhì)量、安全等方面起決定作用的變量。 1. 1. 采用直接指標(biāo)控制采用直接指標(biāo)控制直接指標(biāo)：指的是生產(chǎn)過(guò)程中的直接指標(biāo)：指的是生產(chǎn)過(guò)程中的壓力、流量、壓力、流量、物位、溫度物位、溫度 等參數(shù)的測(cè)量控制。等參數(shù)的測(cè)量控制。直接指標(biāo)控制最直接，最有效。直接指標(biāo)控制最直接，最有效。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGH

4、T INDUSTRY 精餾塔流程圖精餾塔流程圖回流罐回流罐冷凝器冷凝器頂采出頂采出進(jìn)料進(jìn)料蒸汽蒸汽2. 2. 采用間接指標(biāo)控制采用間接指標(biāo)控制以蒸餾塔控制為例以蒸餾塔控制為例1 1）精餾原理）精餾原理 2 2）精餾塔對(duì)自控的要求）精餾塔對(duì)自控的要求要求苯、甲苯達(dá)到一定要求苯、甲苯達(dá)到一定的純度，因此，餾出物的純度，因此，餾出物的濃度的濃度XD應(yīng)作為被控變應(yīng)作為被控變量。量。苯苯甲苯甲苯SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY XD為被控變量，獲取測(cè)量信號(hào)尚有困難時(shí)，可為被控變量，獲取測(cè)量信號(hào)尚有困難時(shí)，可以找出與以找出與X XD D有關(guān)的參數(shù)作為被控變量，進(jìn)行

5、間接有關(guān)的參數(shù)作為被控變量，進(jìn)行間接指標(biāo)控制。指標(biāo)控制。3 3）找出與）找出與X XD D有關(guān)的參數(shù)有關(guān)的參數(shù)XD = f（TD，P）（濃度與溫度和壓力有關(guān)）（濃度與溫度和壓力有關(guān)）當(dāng)壓力恒定時(shí)，即當(dāng)壓力恒定時(shí)，即P = P = 常常數(shù)數(shù)XD = = f（TD） 如圖所示如圖所示 XD溫度越低溫度越低 TD XD溫度越高溫度越高 TD 測(cè)出溫度可以知道濃度測(cè)出溫度可以知道濃度。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 當(dāng)溫度恒定時(shí)，即當(dāng)溫度恒定時(shí)，即T TD D = = 常數(shù)常數(shù)XD = f（P） 如圖所示如圖所示 XD壓力越高壓力越高 P XD壓力越低壓力越

6、低 P 測(cè)出壓力可以知道濃度。測(cè)出壓力可以知道濃度。4 4）考慮工藝的合理性）考慮工藝的合理性結(jié)論：結(jié)論：固定壓力，選擇溫度為被控變量。固定壓力，選擇溫度為被控變量。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 精餾塔流程圖精餾塔流程圖回流罐回流罐冷凝器冷凝器頂采出頂采出進(jìn)料進(jìn)料蒸汽蒸汽TCTTSHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 5 5）考慮被控變量的）考慮被控變量的 靈敏度。靈敏度。6 6）考慮被控變量的）考慮被控變量的 獨(dú)立性。獨(dú)立性。 例如例如造紙過(guò)程中的硫酸鹽法造紙過(guò)程中的硫酸鹽法蒸煮過(guò)程中蒸煮過(guò)程中，質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指

7、標(biāo)是漿料的硬度和強(qiáng)度，是漿料的硬度和強(qiáng)度，是間接指標(biāo)。是間接指標(biāo)。選擇被控變量的原則選擇被控變量的原則 1.1.能代表工藝的操作指標(biāo)，能能代表工藝的操作指標(biāo)，能反映工藝操作狀態(tài)。反映工藝操作狀態(tài)。 2.2.被控變量在操作過(guò)程中經(jīng)常受到干擾影響，被控變量在操作過(guò)程中經(jīng)常受到干擾影響，需需 要頻繁控制的。要頻繁控制的。 3.3.直接指標(biāo)無(wú)法獲得時(shí)，應(yīng)選與直接指標(biāo)有單值直接指標(biāo)無(wú)法獲得時(shí)，應(yīng)選與直接指標(biāo)有單值 對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)間接指標(biāo)作為被控變量。作為被控變量。 4.4.間接參數(shù)能夠被測(cè)出，并間接參數(shù)能夠被測(cè)出，并有足夠的靈敏度有足夠的靈敏度。 5.5.考慮考慮工藝過(guò)程的合理性及儀表的現(xiàn)

8、狀。工藝過(guò)程的合理性及儀表的現(xiàn)狀。 6.6.間接參數(shù)應(yīng)間接參數(shù)應(yīng)是獨(dú)立的。是獨(dú)立的。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 二、操縱變量的選擇二、操縱變量的選擇干擾作用對(duì)被控變量的影響是使其偏離給定值。干擾作用對(duì)被控變量的影響是使其偏離給定值。操縱變量則是要克服干擾對(duì)被控變量的影響。操縱變量則是要克服干擾對(duì)被控變量的影響。 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖 控制器調(diào)節(jié)閥被控對(duì)象D測(cè)量變送器-SvPvDvMvqy干擾干擾 f給定給定xez操縱變量操縱變量SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)

9、載熱體載熱體冷流體冷流體換熱器換熱器SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 被控變量被控變量對(duì)對(duì) 象象實(shí)現(xiàn)控制作用的操縱變量。即執(zhí)行器所控制的參數(shù)。實(shí)現(xiàn)控制作用的操縱變量。即執(zhí)行器所控制的參數(shù)。 最常見(jiàn)的操縱變量是流量，也有電壓、轉(zhuǎn)速等最常見(jiàn)的操縱變量是流量，也有電壓、轉(zhuǎn)速等。 干擾干擾干擾通道干擾通道操縱變量操縱變量控制通道控制通道fffTK、（ ）000、TK（ ）SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 2. 對(duì)象特性對(duì)

10、選擇操縱變量的影響對(duì)象特性對(duì)選擇操縱變量的影響 1 1）對(duì)象靜態(tài)特性的影響）對(duì)象靜態(tài)特性的影響放大系數(shù)放大系數(shù) ，是對(duì)象的靜態(tài)參數(shù)。，是對(duì)象的靜態(tài)參數(shù)。fKK 、0 ：希望希望 值大一些好值大一些好, , 越大越大, ,表示控制作用表示控制作用 靈敏靈敏, ,抑制干擾的能力越強(qiáng)。但抑制干擾的能力越強(qiáng)。但 太大會(huì)破太大會(huì)破 壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。0K0K0K0K ： 無(wú)論對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)對(duì)控制質(zhì)量無(wú)論對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)對(duì)控制質(zhì)量 都有害，都有害， 盡可能小。盡可能小。fKfKfKfffTK、（ ）000、TK（ ）SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDU

11、STRY 2 2）對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的影響）對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的影響（1）控制通道時(shí)間常數(shù)控制通道時(shí)間常數(shù)T0 的影響的影響T0太大或太小都不利于提高控制質(zhì)量。太大或太小都不利于提高控制質(zhì)量。控制通道如果是一階環(huán)節(jié)，控制通道如果是一階環(huán)節(jié)，T0 0小，控制就靈敏。小，控制就靈敏。但太小，控制作用過(guò)于靈敏易引起控制過(guò)程震蕩，但太小，控制作用過(guò)于靈敏易引起控制過(guò)程震蕩，而不穩(wěn)定。而不穩(wěn)定。hQ1Q2SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)控制通道如果是二階環(huán)節(jié)，控制通道如果是二階環(huán)節(jié)，T0 0大，控制作用就大，控制作用就反應(yīng)遲鈍反應(yīng)遲鈍,

12、 ,過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，控制作用就弱。過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，控制作用就弱。希望希望T0 0適當(dāng)小，有利于克服適當(dāng)小，有利于克服干擾縮短過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間。干擾縮短過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間。hQ1Q2SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY （2） Tf f 對(duì)控制質(zhì)量的影響對(duì)控制質(zhì)量的影響希望希望T Tf f越大，對(duì)被控變量影響越小。越大，對(duì)被控變量影響越小。（3） 對(duì)控制質(zhì)量的影響對(duì)控制質(zhì)量的影響f、0 控制通道滯后時(shí)間控制通道滯后時(shí)間 的影響的影響0如果控制通道如果控制通道 大，那么大，那么T0 0也大。因此，也大。因此，對(duì)象較難控制。對(duì)象較難控制。0SHAN DONG INSTITUT

13、E OF LIGHT INDUSTRY fthQ1Q2tyB0CDAE控制通道控制通道 小為好小為好0SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY tfty有純滯后有純滯后無(wú)純滯后無(wú)純滯后ty 00如圖如圖 并不起作用。被控變量只是推遲并不起作用。被控變量只是推遲 時(shí)間變化。時(shí)間變化。ff 在干擾通道對(duì)控制質(zhì)量的影響在干擾通道對(duì)控制質(zhì)量的影響fSHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 小結(jié)：小結(jié)： 3. 越小越好越小越好, , 對(duì)被控變量無(wú)影響。對(duì)被控變量無(wú)影響。 0f 2. 適當(dāng)小，適當(dāng)小， 越大越好；越大越好；fT0T 1.

14、. 適當(dāng)大，適當(dāng)大， 越小越好；越小越好；fK0KSHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 操縱變量的選擇原則操縱變量的選擇原則 1.1.工藝上要合理，除物料平衡調(diào)節(jié)外，一般避免工藝上要合理，除物料平衡調(diào)節(jié)外，一般避免 用主物料流量（生產(chǎn)負(fù)荷）作為操縱變量。用主物料流量（生產(chǎn)負(fù)荷）作為操縱變量。 2.2.操縱變量應(yīng)有克服干擾影響的校正能力，操縱變量應(yīng)有克服干擾影響的校正能力，控制控制 通道通道K0 （放大倍數(shù)）較大。（放大倍數(shù)）較大。 3.3.控制通道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要較干擾通道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制通道的動(dòng)態(tài)響應(yīng)要較干擾通道的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 為快，滯后時(shí)間盡量小。為快，滯后時(shí)間

15、盡量小。 4.4.所選的操縱變量應(yīng)盡量是干擾點(diǎn)，遠(yuǎn)離被控變所選的操縱變量應(yīng)盡量是干擾點(diǎn)，遠(yuǎn)離被控變 量而靠近控制閥。量而靠近控制閥。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 舉例舉例將濃縮乳液干燥成乳粉，生產(chǎn)上采用噴霧式干燥將濃縮乳液干燥成乳粉，生產(chǎn)上采用噴霧式干燥設(shè)備。在一定的干燥溫度下獲得合格產(chǎn)品。設(shè)備。在一定的干燥溫度下獲得合格產(chǎn)品。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 分析一下影響干燥器分析一下影響干燥器溫度的因素。溫度的因素。1.1.乳化物流量乳化物流量Q1的改變將影響干燥筒溫度。的改變將影響干燥筒溫度。2.2.

16、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q2的變化也將影響干燥筒溫度。的變化也將影響干燥筒溫度。3.3.蒸汽壓力的變化將引起蒸汽流量蒸汽壓力的變化將引起蒸汽流量Q3的變化將影的變化將影 響干燥筒溫度。響干燥筒溫度。Q1Q2Q3SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第一種方案：乳化物流量第一種方案：乳化物流量Q1為操縱變量為操縱變量考慮工藝的合理性。乳化物流量是生產(chǎn)負(fù)荷，考慮工藝的合理性。乳化物流量是生產(chǎn)負(fù)荷，需要穩(wěn)定，不易作操縱變量。需要穩(wěn)定，不易作操縱變量。根據(jù)操縱變量選擇原則進(jìn)行分析：根據(jù)操縱變量選擇原則進(jìn)行分析：蒸汽蒸汽產(chǎn)品產(chǎn)品SHAN DONG INSTITUTE O

17、F LIGHT INDUSTRY 第二種方案：空氣流量第二種方案：空氣流量Q2為操縱變量為操縱變量空氣量與熱風(fēng)混合通過(guò)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，較第一空氣量與熱風(fēng)混合通過(guò)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，較第一方案控制通道滯后時(shí)間稍大方案控制通道滯后時(shí)間稍大, 靈敏度次之。靈敏度次之。蒸汽蒸汽產(chǎn)品產(chǎn)品SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第三種方案：蒸汽流量第三種方案：蒸汽流量Q3為操縱變量為操縱變量控制通道很長(zhǎng)，純滯后、容量滯后大，靈敏度差?？刂仆ǖ篮荛L(zhǎng)，純滯后、容量滯后大，靈敏度差。T0、0大，不易作操縱變量。大，不易作操縱變量。蒸汽蒸汽產(chǎn)品產(chǎn)品SHAN DONG INSTITU

18、TE OF LIGHT INDUSTRY 混合過(guò)程混合過(guò)程控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器 y變送器變送器zxe風(fēng)管風(fēng)管干燥器干燥器-干燥器干燥器Q1設(shè)計(jì)出以干燥器溫度為設(shè)計(jì)出以干燥器溫度為被控變量，空氣流量為被控變量，空氣流量為操縱變量，溫度控制系操縱變量，溫度控制系統(tǒng)。統(tǒng)。方塊圖方塊圖Q3干燥器干燥器風(fēng)管風(fēng)管換熱器換熱器TTTCQ1Q3SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖 控制器調(diào)節(jié)閥被控對(duì)象D測(cè)量變送器-SvPvDvMvqy干擾干擾 f給定給定xez操縱變量操縱變量SHAN DONG INSTITUTE OF LIG

19、HT INDUSTRY 三、測(cè)量變送環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)的影響三、測(cè)量變送環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)的影響1.1.測(cè)量元件安裝引起的純滯后測(cè)量元件安裝引起的純滯后電極只能安裝在流速較小的支管道上，因此，電極只能安裝在流速較小的支管道上，因此，由測(cè)量元件安裝位置所引入的純滯后。由測(cè)量元件安裝位置所引入的純滯后。合理選擇測(cè)量元件的安裝地點(diǎn)，盡可能縮短合理選擇測(cè)量元件的安裝地點(diǎn)，盡可能縮短純滯后時(shí)間。純滯后時(shí)間。LSHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 解決方法：解決方法：2.2.測(cè)量元件本身的測(cè)量滯后測(cè)量元件本身的測(cè)量滯后測(cè)量元件本身時(shí)間常數(shù)測(cè)量元件本身時(shí)間常數(shù)T Tm m所引起

20、的動(dòng)態(tài)誤差。所引起的動(dòng)態(tài)誤差。（如測(cè)溫元件）（如測(cè)溫元件）解決方法：解決方法：1）選擇快速測(cè)量元件（一般）選擇快速測(cè)量元件（一般Tm1/101/10TC為宜）；為宜）；TC：對(duì)象時(shí)間常數(shù)：對(duì)象時(shí)間常數(shù)2）正確選擇安裝位置；）正確選擇安裝位置； 3）正確使用微分單元。）正確使用微分單元。(a)yzt參數(shù)參數(shù)t參數(shù)參數(shù)yz(b)t參數(shù)參數(shù)yz(c)SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 我們分析加入微分單元后的情況：我們分析加入微分單元后的情況：在測(cè)量元件之后引入微分單元在測(cè)量元件之后引入微分單元測(cè)量變送器測(cè)量變送器y微分單元微分單元z用拉氏變換式描述各環(huán)節(jié)用拉

21、氏變換式描述各環(huán)節(jié)Km /Tms+1TDs+1z（S）y（S） K Km m測(cè)量元件和變送器的放大倍數(shù)；測(cè)量元件和變送器的放大倍數(shù)；T Tm m、T TD D測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間。如果我們使如果我們使T Tm m=T=TD DKmy（S）z（S）可以看出變送器的輸出與被控變量的變化成正比關(guān)系。可以看出變送器的輸出與被控變量的變化成正比關(guān)系。y(y(S S）z（S）1)1(STSTKmDm)()(syKszm則則mKsysz)()(SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 3.3.測(cè)量信號(hào)的處理測(cè)量信號(hào)的處理 1)1)測(cè)量信號(hào)都要

22、進(jìn)行測(cè)量信號(hào)都要進(jìn)行“濾波濾波”處理：處理： 測(cè)量元件本身的隨機(jī)波動(dòng)特性或測(cè)量環(huán)境中的測(cè)量元件本身的隨機(jī)波動(dòng)特性或測(cè)量環(huán)境中的 電磁干擾所致不可避免地?fù)诫s一些隨機(jī)干擾電磁干擾所致不可避免地?fù)诫s一些隨機(jī)干擾, ,對(duì)對(duì) 測(cè)量信號(hào)一般都要進(jìn)測(cè)量信號(hào)一般都要進(jìn) 行行“濾波濾波”處理處理. . 2)2)測(cè)量信號(hào)傳送產(chǎn)生的滯后測(cè)量信號(hào)傳送產(chǎn)生的滯后: : 指測(cè)量變送器的輸出信號(hào)傳輸?shù)绞覂?nèi)控制器指測(cè)量變送器的輸出信號(hào)傳輸?shù)绞覂?nèi)控制器，所所 引起的滯后。引起的滯后。 3)3)控制信號(hào)傳送產(chǎn)生的滯后控制信號(hào)傳送產(chǎn)生的滯后: : 指控制器的輸出信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器，所指控制器的輸出信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器，所 引

23、起的滯后。引起的滯后。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 解決方法：解決方法：保證信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)采用電信號(hào)傳輸。即將保證信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)采用電信號(hào)傳輸。即將電氣轉(zhuǎn)換器放在室內(nèi)?；虿捎秒姎忾y門(mén)定位器。電氣轉(zhuǎn)換器放在室內(nèi)?；虿捎秒姎忾y門(mén)定位器。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 四、氣動(dòng)執(zhí)行器的選擇四、氣動(dòng)執(zhí)行器的選擇1.1.流量特性及結(jié)構(gòu)形式的選擇（略）流量特性及結(jié)構(gòu)形式的選擇（略）2.2.氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇氣開(kāi)、氣關(guān)形式的選擇 從安全要求出發(fā)。當(dāng)氣壓信號(hào)中斷時(shí)，視調(diào)節(jié)閥處從安全要求出發(fā)。當(dāng)氣壓信號(hào)中斷時(shí)，視調(diào)節(jié)

24、閥處 在全開(kāi)或全關(guān)哪一位置對(duì)生產(chǎn)造成的危害最小而定。在全開(kāi)或全關(guān)哪一位置對(duì)生產(chǎn)造成的危害最小而定。 若對(duì)生產(chǎn)安全影響不大時(shí)，可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約若對(duì)生產(chǎn)安全影響不大時(shí)，可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約 能源物料性質(zhì)等方面考慮。能源物料性質(zhì)等方面考慮。 五、控制器的設(shè)計(jì)五、控制器的設(shè)計(jì) 1. 控制器正反作用的選擇控制器正反作用的選擇 控制器正反作用的選擇，使自動(dòng)控制系統(tǒng)具有控制器正反作用的選擇，使自動(dòng)控制系統(tǒng)具有負(fù)反負(fù)反 饋饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此與各環(huán)節(jié)的工作方向有關(guān)。的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此與各環(huán)節(jié)的工作方向有關(guān)。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 定義各環(huán)節(jié)的作用方向

25、：定義各環(huán)節(jié)的作用方向：測(cè)量變送器：測(cè)量變送器： 當(dāng)輸入增加時(shí)輸出也增加。為正作當(dāng)輸入增加時(shí)輸出也增加。為正作用方向。用方向。用用 “ “+”+”號(hào)表示。號(hào)表示。被控對(duì)象：被控對(duì)象： 當(dāng)控制閥開(kāi)大時(shí)，被控變量為增大變當(dāng)控制閥開(kāi)大時(shí)，被控變量為增大變化時(shí)，為化時(shí)，為 正作用方向。用正作用方向。用“+”+”號(hào)表示。反之用號(hào)表示。反之用“-”-”號(hào)表示號(hào)表示。作用方向：作用方向：指各環(huán)節(jié)輸入變化后，輸出的變化方向。指各環(huán)節(jié)輸入變化后，輸出的變化方向。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 控制閥：控制閥： 氣開(kāi)閥：氣開(kāi)閥： 信號(hào)增大時(shí)閥開(kāi)大信號(hào)增大時(shí)閥開(kāi)大, ,為

26、正作用方向?yàn)檎饔梅较? ,用用“+”+”號(hào)表示號(hào)表示。 氣關(guān)閥：氣關(guān)閥： 信號(hào)增大時(shí)閥關(guān)小信號(hào)增大時(shí)閥關(guān)小, ,為反作用方向?yàn)榉醋饔梅较? ,用用“-”-”號(hào)表示號(hào)表示。 控制器：控制器： 正作用控制器：正作用控制器： 輸入偏差輸入偏差e e增大時(shí)增大時(shí), ,輸出輸出P P增大增大, ,為正作用方向。為正作用方向。 用用“+”+”號(hào)表示。號(hào)表示。 反作用控制器：反作用控制器： 輸入偏差輸入偏差e e增大時(shí)，輸出增大時(shí)，輸出P P減少減少, ,為反作用方向。為反作用方向。 用用“-”-”號(hào)表示。號(hào)表示。 SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 例：例：加熱爐

27、出口溫度控制，確定控制器的正、反作用。加熱爐出口溫度控制，確定控制器的正、反作用。1.1.確定閥的氣開(kāi)、氣關(guān)：確定閥的氣開(kāi)、氣關(guān)： 因爐溫不允許過(guò)高。所以一但信號(hào)中斷時(shí)閥應(yīng)因爐溫不允許過(guò)高。所以一但信號(hào)中斷時(shí)閥應(yīng) 關(guān)死（信號(hào)關(guān)死（信號(hào)=0=0）。所以選氣開(kāi)閥。為）。所以選氣開(kāi)閥。為“+”+”表示。表示。 2.2.變送器：變送器：為為“+”+”表示。表示。 3.3.對(duì)象：對(duì)象： 當(dāng)閥開(kāi)大時(shí)被控變當(dāng)閥開(kāi)大時(shí)被控變 量增大，作用方向量增大，作用方向 為為“+”+”。 4.4.控制器：控制器：選反作用的。選反作用的。如果如果四項(xiàng)相乘為負(fù)值時(shí)，系統(tǒng)為四項(xiàng)相乘為負(fù)值時(shí)，系統(tǒng)為 負(fù)反饋。負(fù)反饋?！罢薄罢?/p>

28、正”“正正”“反反”SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 例：例：塔釜液位控制，確定控制器的正、反作用。塔釜液位控制，確定控制器的正、反作用。 1.1.確定閥的氣開(kāi)、氣關(guān)：確定閥的氣開(kāi)、氣關(guān)： 因塔釜液位不允許過(guò)低。所以一但信號(hào)中斷時(shí)閥因塔釜液位不允許過(guò)低。所以一但信號(hào)中斷時(shí)閥 應(yīng)關(guān)死（信號(hào)應(yīng)關(guān)死（信號(hào)=0=0）, ,所以選氣開(kāi)閥。為所以選氣開(kāi)閥。為“+”+”表示。表示。2.2.變送器：變送器：為為“+”+”表示。表示。3.3.對(duì)象：對(duì)象：當(dāng)閥開(kāi)大時(shí)被控變當(dāng)閥開(kāi)大時(shí)被控變 量減少量減少, ,作用方向?yàn)樽饔梅较驗(yàn)椤?”-”。4.4.控制器：控制器：選正作用的

29、。選正作用的?！罢薄罢薄罢薄胺捶础盨HAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY （二）控制規(guī)律的選擇（二）控制規(guī)律的選擇根據(jù)對(duì)象的特性和工藝要求來(lái)決定選擇根據(jù)對(duì)象的特性和工藝要求來(lái)決定選擇P P、PIPI、PIDPID。1.1.比例控制器比例控制器 適用于控制通道滯后較小適用于控制通道滯后較小, 負(fù)荷變化不大負(fù)荷變化不大, 沒(méi)有沒(méi)有 提出無(wú)差要求的系統(tǒng)。提出無(wú)差要求的系統(tǒng)。 2.2.比例積分控制器比例積分控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小, 負(fù)荷變化不大負(fù)荷變化不大, 不允許不允許有余差的控制系統(tǒng)。有余差的控制系統(tǒng)。 3.3.比例積分微

30、分控制器比例積分微分控制器 適用于容量滯后較大適用于容量滯后較大, 負(fù)荷變化大負(fù)荷變化大, 調(diào)節(jié)質(zhì)量要求調(diào)節(jié)質(zhì)量要求 高高的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定工程整定的方法有兩種工程整定的方法有兩種:理論整定法和工程整定法。理論整定法和工程整定法。 理論整定法理論整定法: :根據(jù)已知的廣義對(duì)象特性及控制質(zhì)量的根據(jù)已知的廣義對(duì)象特性及控制質(zhì)量的 要求要求, ,通過(guò)理論計(jì)算出控制器的最佳參數(shù)通過(guò)理論計(jì)算出控制器的最佳參數(shù)。工程整定法工程整定法: :在已經(jīng)投運(yùn)的實(shí)際控制系統(tǒng)中在已經(jīng)投運(yùn)的實(shí)際

31、控制系統(tǒng)中, ,通過(guò)實(shí)通過(guò)實(shí) 驗(yàn)和探索驗(yàn)和探索, ,來(lái)確定控制器的最佳參數(shù)。來(lái)確定控制器的最佳參數(shù)。 控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定: :確定最合適的確定最合適的T TI I和和T TD D , ,使控制使控制 質(zhì)量為最佳。質(zhì)量為最佳。控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定: :確定最合適的確定最合適的、T TI I和和T TD D ，使控，使控 制質(zhì)量為最佳。制質(zhì)量為最佳。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 一、臨界比例度法一、臨界比例度法1.1.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔迷陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?（T Ti i=，T TD D=

32、0=0位置上）。位置上）。t ty yt t e e臨界震蕩過(guò)程臨界震蕩過(guò)程T TK K2.2.在干擾作用下，從大到小逐在干擾作用下，從大到小逐 漸改變比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)漸改變比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn) 生等幅震蕩（即臨界振蕩）生等幅震蕩（即臨界振蕩） 這時(shí)的比例度是臨界比例度這時(shí)的比例度是臨界比例度 ，周期，周期 為臨界周期為臨界周期T Tk k 。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 3.3.記下記下P PB B、T Tk k 然后按表中公式計(jì)算然后按表中公式計(jì)算4.4.將計(jì)算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線，將計(jì)算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線， 調(diào)參

33、數(shù)調(diào)參數(shù)注意：注意： 對(duì)于工藝上不允許有等幅震蕩的系統(tǒng)，對(duì)于工藝上不允許有等幅震蕩的系統(tǒng)， 不能使用不能使用。 對(duì)于臨界比例度小的系統(tǒng)，不能使用。對(duì)于臨界比例度小的系統(tǒng)，不能使用。表表 7-1 臨界比例度法參數(shù)計(jì)算表臨界比例度法參數(shù)計(jì)算表控制作用控制作用比例度比例度%積分時(shí)間積分時(shí)間Ti/min微分時(shí)間微分時(shí)間TD/min比例比例2kkk比例比例+積分積分2.2比例比例+微分微分1.8kTkTkT0.850.1比例比例+積分積分+微分微分1.7kT0.50.125SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 二、衰減曲線法二、衰減曲線法通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減震蕩來(lái)整定

34、控制器參數(shù)值。通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減震蕩來(lái)整定控制器參數(shù)值。具體作法：具體作法：1.1.在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)?純比例作用純比例作用 （T Ti i=，T TD D=0=0位置上）。并將比例度放在（位置上）。并將比例度放在（100%100%）3.3.根據(jù)表中經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出控制器的整定值。根據(jù)表中經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出控制器的整定值。2.2.系統(tǒng)穩(wěn)定后，改變給定值，加入干擾，觀察被控變系統(tǒng)穩(wěn)定后，改變給定值，加入干擾，觀察被控變 量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度直量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度直 至出現(xiàn)至出現(xiàn)4:14:1衰減為止，記下此時(shí)比

35、例度衰減為止，記下此時(shí)比例度 ，衰減周，衰減周 期期T TS S。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY tyTs3.3.根據(jù)表中經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出控制器的整定值。根據(jù)表中經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出控制器的整定值。4:1衰減曲線衰減曲線SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 表表7-2-3 衰減曲線控制器參數(shù)計(jì)算表衰減曲線控制器參數(shù)計(jì)算表4:110:1/%IT/minDT/min比例比例比例比例+積分積分比例比例+積分積分+微分微分s1.2s0.8ss比例比例比例比例+積分積分比例比例+積分積分+微分微分1.2s0.8s0.5sTsT2升T1.2升T0.30.1ST0.4升T控制作用控制作用4.4.如果是如果是10:110:1衰減曲線方法同上，得到衰減曲線方法同上，得到10:110:1衰減衰減 曲線時(shí)，記下此時(shí)比例度曲線時(shí)，記下此時(shí)比例度 和最大偏差上升和最大偏差上升 時(shí)間時(shí)間TrTr。 根據(jù)表中經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出根據(jù)表中經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出 、T Ti i、T TD D。