化工儀表自動化第六章

1、1第第3篇篇 過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng): 采用自動檢測儀表、自動控制及執(zhí)行裝置、以采用自動檢測儀表、自動控制及執(zhí)行裝置、以及計算機(jī)等自動化工具實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程高效及計算機(jī)等自動化工具實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程高效穩(wěn)定生產(chǎn)的自動化操作系統(tǒng)。穩(wěn)定生產(chǎn)的自動化操作系統(tǒng)。本篇主要內(nèi)容：本篇主要內(nèi)容： 第第6章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 第第8章章 先進(jìn)控制系統(tǒng)先進(jìn)控制系統(tǒng)2 第第6 6章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 簡單簡單控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)( (單單回路回路反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)) ) 由由一個測量變送器、一個控制器、一個執(zhí)行器和一個測量變送器、

2、一個控制器、一個執(zhí)行器和一個被控對象一個被控對象組成的組成的單回路閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。單回路閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 1）單回路控制系統(tǒng)構(gòu)成）單回路控制系統(tǒng)構(gòu)成構(gòu)成（四個環(huán)節(jié)）構(gòu)成（四個環(huán)節(jié)）: 1：罐，：罐，被控對象被控對象 2：HT(TT)，測量變送單元測量變送單元 3：HC(TC)，控制單元控制單元 4：調(diào)節(jié)閥門，：調(diào)節(jié)閥門，執(zhí)行單元執(zhí)行單元單回路控制系統(tǒng)例單回路控制系統(tǒng)例單回路控制系統(tǒng)方框單回路控制系統(tǒng)方框圖圖信號變量：信號變量： 被控變量被控變量(Y)、測量變量、測量變量(z)、設(shè)定值、設(shè)定值(r)、偏差、偏差(e)、 控制變量控制變量(u)、操縱變量、操縱變量(q)、擾動變量、擾動變量

3、(f)5 簡單（單回路）控制系統(tǒng)特點(diǎn)：簡單（單回路）控制系統(tǒng)特點(diǎn)： 工程控制中簡單（單回路）控制系統(tǒng)是按負(fù)反饋的工程控制中簡單（單回路）控制系統(tǒng)是按負(fù)反饋的原理，根據(jù)偏差進(jìn)行工作原理，根據(jù)偏差進(jìn)行工作的。的。 結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠；結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠； 所需自動化工具少、投資成本低；所需自動化工具少、投資成本低； 便于操作和維護(hù)；便于操作和維護(hù)； 控制能力較弱；適用于控制精度要求不高、干擾平控制能力較弱；適用于控制精度要求不高、干擾平緩且幅值較小、不存在大滯后的系統(tǒng)操作控制。緩且幅值較小、不存在大滯后的系統(tǒng)操作控制。l 單回路控制系統(tǒng)是單回路控制系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多也是最為成熟的過目前應(yīng)用最多也是

4、最為成熟的過程控制系統(tǒng)。程控制系統(tǒng)。 62）簡單（單回路）控制系統(tǒng)設(shè)計）簡單（單回路）控制系統(tǒng)設(shè)計 影響影響通道及參數(shù)：通道及參數(shù)： 對象特性通道：對象特性通道： 控制控制通道：控制作用通道：控制作用到被控變量間的信號連接關(guān)系到被控變量間的信號連接關(guān)系 干擾干擾通道：干擾到通道：干擾到被控變量間的信號連接關(guān)系被控變量間的信號連接關(guān)系 通道特性通道特性參數(shù)：參數(shù)： 靜態(tài)放大倍數(shù)，靜態(tài)放大倍數(shù)，Kp 時間常數(shù)，時間常數(shù)，T 滯后時間，滯后時間， 7由控制理論可知，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出與輸入的關(guān)系式為：由控制理論可知，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出與輸入的關(guān)系式為： ( )( )( )( )( )( )( )1( )(

5、)( )( )1( )( )( )( )fcvPcvPmcvPmGsG s G s GsY sR sF sG s G s Gs GsG s G s Gs Gs 其中：第一項為設(shè)定值變化對被控量的影響；其中：第一項為設(shè)定值變化對被控量的影響； 第二項為擾動對被控量的影響。第二項為擾動對被控量的影響。 輸入輸出特性輸入輸出特性8控制規(guī)律控制規(guī)律及作用方及作用方式式選擇選擇 控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計中須解決的幾個問題：中須解決的幾個問題：操縱變操縱變量選擇量選擇被控變被控變量選擇量選擇測量變測量變送應(yīng)用送應(yīng)用問題問題執(zhí)行器特執(zhí)行器特性及開關(guān)性及開關(guān)形式選擇形式選擇9問題一：問題一： 被控變量的選擇問

6、題被控變量的選擇問題被控變量類型： 直接參數(shù)作為被控變量 間接參數(shù)作為被控變量10 選擇直接參數(shù)作為被控變量選擇直接參數(shù)作為被控變量 選能選能直接反映生產(chǎn)直接反映生產(chǎn)過程過程產(chǎn)量和質(zhì)量的工藝參數(shù)產(chǎn)量和質(zhì)量的工藝參數(shù)作為作為被控變量被控變量。 主要被控變量主要被控變量: :溫度、液位、流量、壓力等控制溫度、液位、流量、壓力等控制例如：例如： 選取直接變量參數(shù)作為被控變量無中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可以直選取直接變量參數(shù)作為被控變量無中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可以直接、快速、準(zhǔn)確地獲取被控變量參數(shù)的變化并實施控制。接、快速、準(zhǔn)確地獲取被控變量參數(shù)的變化并實施控制。11 選擇間接參數(shù)作為被控變量選擇間接參數(shù)作為被控變量 當(dāng)

7、不能用直接參數(shù)作為被控變量時，當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變量時，選用間接參數(shù)作選用間接參數(shù)作為被控變量。為被控變量。 主要應(yīng)用：成分控制、質(zhì)量控制主要應(yīng)用：成分控制、質(zhì)量控制例：例：注意：注意： 當(dāng)選用間接參數(shù)作為被控變量時，應(yīng)當(dāng)選用間接參數(shù)作為被控變量時，應(yīng)選用與直接參數(shù)選用與直接參數(shù)具有單值關(guān)系，且具有足夠靈敏度，易于快速、可靠測具有單值關(guān)系，且具有足夠靈敏度，易于快速、可靠測量的間接參數(shù)作為間接被控變量。量的間接參數(shù)作為間接被控變量。12 被控變量被控變量選擇原則：選擇原則：1) 盡可能選用直接參數(shù)作為被控變量。盡可能選用直接參數(shù)作為被控變量。2) 選用與直接參數(shù)具有單值關(guān)系、具有足夠靈敏

8、度，選用與直接參數(shù)具有單值關(guān)系、具有足夠靈敏度，易于快速、可靠測量的間接參數(shù)作為被控變量。易于快速、可靠測量的間接參數(shù)作為被控變量。3) 所選用的被控變量應(yīng)是獨(dú)立變量。所選用的被控變量應(yīng)是獨(dú)立變量。 獨(dú)立變量判斷：獨(dú)立變量判斷： 自由度自由度 F = C P + 2 F：自由度，：自由度， C：組分?jǐn)?shù)，：組分?jǐn)?shù)， P：相數(shù)：相數(shù) 例：飽和蒸汽系統(tǒng)自由度：例：飽和蒸汽系統(tǒng)自由度： F = C P + 2 = 1 2 + 2 = 1 過熱蒸汽系統(tǒng)自由度：過熱蒸汽系統(tǒng)自由度： F = C P + 2 = 1 1 + 2 = 24) 應(yīng)注意選用的被控變量與可能的操作變量之間的應(yīng)注意選用的被控變量與可能

9、的操作變量之間的動、靜態(tài)影響關(guān)系特性。動、靜態(tài)影響關(guān)系特性。5) 要考慮工藝合理性以及控制儀表生產(chǎn)水平。要考慮工藝合理性以及控制儀表生產(chǎn)水平。13問題二：操縱變量的選擇問題問題二：操縱變量的選擇問題選擇操縱變量的目的：選擇操縱變量的目的：保證控制質(zhì)量保證控制質(zhì)量使控制過程快速、平穩(wěn)使控制過程快速、平穩(wěn) 注意：注意： 操縱變量的選擇直接影響到控制通道特性；操縱變量的選擇直接影響到控制通道特性； 操縱變量選擇目的是通過它克服干擾對工操縱變量選擇目的是通過它克服干擾對工藝操作的影響，因此，它的選擇應(yīng)考慮控藝操作的影響，因此，它的選擇應(yīng)考慮控制通道與干擾通道間的參數(shù)關(guān)系。制通道與干擾通道間的參數(shù)關(guān)系。

10、14選擇操縱變量的原則：選擇操縱變量的原則：1)選擇的操縱變量必須是可控制的選擇的操縱變量必須是可控制的2)2) 操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏。更加靈敏?？刂仆ǖ婪糯蟊稊?shù)應(yīng)大于干擾通道放大倍數(shù)控制通道放大倍數(shù)應(yīng)大于干擾通道放大倍數(shù)控制通道時間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些，干擾通道控制通道時間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些，干擾通道時間常數(shù)應(yīng)大一些時間常數(shù)應(yīng)大一些控制通道純滯后時間應(yīng)盡可能小控制通道純滯后時間應(yīng)盡可能小3)應(yīng)保證工藝的合理性，一般不選擇生產(chǎn)負(fù)荷作應(yīng)保證工藝的合理性，一般不選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為操縱變量為操縱變量15問題三：測量儀表選擇、安裝問題三：測量

11、儀表選擇、安裝關(guān)鍵問題：測量變送中的滯后問題（純滯后、容量滯后）關(guān)鍵問題：測量變送中的滯后問題（純滯后、容量滯后）造成測量滯后的主要原因：造成測量滯后的主要原因：1）測量元件安裝位置不當(dāng)，遠(yuǎn)離被控變量的靈敏變化區(qū)；）測量元件安裝位置不當(dāng)，遠(yuǎn)離被控變量的靈敏變化區(qū)； 2）受到工藝條件的限制，無法將測量元件安裝在理想的測量）受到工藝條件的限制，無法將測量元件安裝在理想的測量點(diǎn)；點(diǎn)； 3）測量儀表本身存在嚴(yán)重的純滯后或較大的容量滯后（如成）測量儀表本身存在嚴(yán)重的純滯后或較大的容量滯后（如成分、物性測量）；分、物性測量）； 4）測量信號的傳輸線路長造成的傳遞滯后；）測量信號的傳輸線路長造成的傳遞滯后；

12、 5）測量儀表的不靈敏也可能引起滯后問題。）測量儀表的不靈敏也可能引起滯后問題。16 克服測量變送問題的措施克服測量變送問題的措施1）選擇快速測量元件）選擇快速測量元件例：某化工廠有一反應(yīng)器，例：某化工廠有一反應(yīng)器，如圖如圖 6-8 所示。工藝要求反所示。工藝要求反應(yīng)溫度在給定值的應(yīng)溫度在給定值的3以以內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。用時間常數(shù)用時間常數(shù) 100 秒傳感器秒傳感器測溫，反應(yīng)溫度在測溫，反應(yīng)溫度在2之之內(nèi)，產(chǎn)品總不合格，說明實內(nèi)，產(chǎn)品總不合格，說明實際溫度波動已超出工藝范圍。際溫度波動已超出工藝范圍。改用時間常數(shù)為改用時間常數(shù)為 5 秒熱電偶測溫，反應(yīng)溫度波動仍在秒熱

13、電偶測溫，反應(yīng)溫度波動仍在2之內(nèi)，但產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。之內(nèi)，但產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。172）選好檢測點(diǎn)位置）選好檢測點(diǎn)位置 檢測點(diǎn)應(yīng)選對被控變量變化感受最為靈敏且最有檢測點(diǎn)應(yīng)選對被控變量變化感受最為靈敏且最有代表性的位置。代表性的位置。3）正確使用微分單元）正確使用微分單元 若測量滯后大，可串接微分單元。若測量滯后大，可串接微分單元。4 ）正確選擇、安裝和使用測量裝置）正確選擇、安裝和使用測量裝置正確選擇、安裝和使用可將測量環(huán)節(jié)的誤差減小到正確選擇、安裝和使用可將測量環(huán)節(jié)的誤差減小到最低限度，有利于提高控制精度和質(zhì)量。最低限度，有利于提高控制精度和質(zhì)量。18問題四：執(zhí)行器選擇問題四：執(zhí)行器選擇選擇

14、內(nèi)容：選擇內(nèi)容： 口徑、流量特性、結(jié)構(gòu)形式、開關(guān)形式口徑、流量特性、結(jié)構(gòu)形式、開關(guān)形式a.口徑：正常工作閥開度口徑：正常工作閥開度15%-85% 控制閥兩端壓力降應(yīng)在整個管線壓力降中占較控制閥兩端壓力降應(yīng)在整個管線壓力降中占較大比例。（可控范圍的寬窄）大比例。（可控范圍的寬窄）b.流量特性：流量特性： 線性、線性、 拋物線、拋物線、 等百分比、等百分比、 快開快開c.結(jié)構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)形式： 單座直通、雙座直通、角閥、蝶閥、單座直通、雙座直通、角閥、蝶閥、 隔膜閥、高溫、低溫閥隔膜閥、高溫、低溫閥d. 開關(guān)形式：開關(guān)形式： 氣開閥、氣關(guān)閥氣開閥、氣關(guān)閥 20211） 閥流量特性的選擇閥流量特性的選

15、擇選擇原則：選擇原則： 保證生產(chǎn)過程及設(shè)備安全保證生產(chǎn)過程及設(shè)備安全 控制信號故障時閥門的動作方控制信號故障時閥門的動作方向能保證生產(chǎn)設(shè)備的安全。向能保證生產(chǎn)設(shè)備的安全。例例:右圖系統(tǒng)控制信號被切斷右圖系統(tǒng)控制信號被切斷 燃料閥門關(guān)閉可以保證鍋爐不燃料閥門關(guān)閉可以保證鍋爐不被燒塌被燒塌 ， 給水閥門打開可以保證鍋爐的給水閥門打開可以保證鍋爐的安全安全氣關(guān)閥氣開閥2）執(zhí)行器開、閉形式的選擇）執(zhí)行器開、閉形式的選擇 氣動執(zhí)行器有氣開和氣關(guān)兩種工作方式。在控氣動執(zhí)行器有氣開和氣關(guān)兩種工作方式。在控制系統(tǒng)中，選用氣開式還是氣關(guān)式，主要由具體的制系統(tǒng)中，選用氣開式還是氣關(guān)式，主要由具體的生產(chǎn)工藝來決定。

16、生產(chǎn)工藝來決定。保證產(chǎn)品質(zhì)量保證產(chǎn)品質(zhì)量 控制信號被切斷時閥門的動作方向控制信號被切斷時閥門的動作方向保證產(chǎn)品質(zhì)量不受影響。保證產(chǎn)品質(zhì)量不受影響。例如：例如： 塔頂產(chǎn)品全回流可以保證塔頂產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品全回流可以保證塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量的質(zhì)量氣關(guān)閥氣關(guān)閥保證介質(zhì)的工作狀態(tài)保證介質(zhì)的工作狀態(tài) 控制信號控制信號被切斷時閥門的動作方向保證工作介質(zhì)被切斷時閥門的動作方向保證工作介質(zhì)不發(fā)生相變不發(fā)生相變 例如：例如： 氣關(guān)閥氣關(guān)閥溫度低將產(chǎn)生液體的結(jié)溫度低將產(chǎn)生液體的結(jié)晶，因此，操作中蒸汽晶，因此，操作中蒸汽閥門不能關(guān)閉。閥門不能關(guān)閉。降低物料、能量損耗降低物料、能量損耗 符合工藝要求符合工藝要求 由于由于工藝要

17、求不同，同一個執(zhí)工藝要求不同，同一個執(zhí)行器可以有兩種不同的選擇結(jié)果。行器可以有兩種不同的選擇結(jié)果。例如圖示鍋爐操作系統(tǒng)給水閥例如圖示鍋爐操作系統(tǒng)給水閥a.a.從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒毀，應(yīng)選擇氣關(guān)式閥門。致鍋爐燒毀，應(yīng)選擇氣關(guān)式閥門。b.b.若考慮鍋爐后續(xù)透平設(shè)備的安全，若考慮鍋爐后續(xù)透平設(shè)備的安全，防止蒸汽帶液，應(yīng)選氣開式閥門。防止蒸汽帶液，應(yīng)選氣開式閥門。例如圖示裝車轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)：例如圖示裝車轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)：控制信號切斷時停止物料的排控制信號切斷時停止物料的排出。選用氣開式閥門。出。選用氣開式閥門。氣開閥氣開閥注意：注意： 按照上述原則選擇開閉形式可能會得出相

18、互矛盾的結(jié)果。按照上述原則選擇開閉形式可能會得出相互矛盾的結(jié)果。在這種情況下，首先考慮生產(chǎn)的安全性。在這種情況下，首先考慮生產(chǎn)的安全性。氣開氣開/氣氣關(guān)？關(guān)？25問題五：控制器選擇問題五：控制器選擇選擇內(nèi)容：選擇內(nèi)容：控制規(guī)律選擇控制規(guī)律選擇作用形式選擇作用形式選擇261） 控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇 比例控制規(guī)律比例控制規(guī)律(P) 具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。u： 控制器輸出控制器輸出變化量變化量， e： 控制器輸入控制器輸入變化量變化量, Kc：比例：比例放大系數(shù)。放大系數(shù)。比例控制適用范圍：比例控制適用范圍： 低階過程，低階過程，調(diào)節(jié)

19、通道滯后較小、負(fù)荷變化不大，控調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大，控制要求不高，制要求不高，允許存在余差等不太重要的參數(shù)控制。允許存在余差等不太重要的參數(shù)控制。（如液位控制，熱量回收預(yù)熱（如液位控制，熱量回收預(yù)熱系統(tǒng)、作為輔助操作系統(tǒng)、作為輔助操作變量的流量系統(tǒng)等變量的流量系統(tǒng)等）cuK e27 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律(PI) 1()CiueedtKT控制特點(diǎn)：控制特點(diǎn)：消除余差，對高噪聲有一定克服能力；消除余差，對高噪聲有一定克服能力；積分作用的引入將降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分作用的引入將降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律。比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控

20、制規(guī)律。適用范圍適用范圍 通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制精度要求較高，控制精度要求較高，對余差控制較嚴(yán)的場合。對余差控制較嚴(yán)的場合。 一般適用于流量、一般適用于流量、壓力、溫度系統(tǒng)壓力、溫度系統(tǒng)控制控制28 比例微分控制比例微分控制控制特點(diǎn)：控制特點(diǎn)： 對慣性較大的控制對象具有對慣性較大的控制對象具有“超前超前”調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用TD的影響：的影響：微分時間調(diào)整適當(dāng)，可以使過渡過程縮短，增加微分時間調(diào)整適當(dāng)，可以使過渡過程縮短，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的動態(tài)誤差。系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的動態(tài)誤差。微分時間過大，系統(tǒng)會變得非常敏感，將導(dǎo)致控微分時間過大，系統(tǒng)會變得非

21、常敏感，將導(dǎo)致控制質(zhì)量變差，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。制質(zhì)量變差，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。0( )( )( )CDde tu tKe tTudt應(yīng)用場合：應(yīng)用場合： 含有較大容量滯后，不允許動態(tài)偏差大的場合含有較大容量滯后，不允許動態(tài)偏差大的場合 如：溫度控制、大容量液位控制如：溫度控制、大容量液位控制29 比例積分微分控制規(guī)律（比例積分微分控制規(guī)律（PID）1()dCideueedtTdtKT 控制能力最強(qiáng)的控制規(guī)律?？刂颇芰ψ顝?qiáng)的控制規(guī)律。適用范圍適用范圍 被控對象容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對控制質(zhì)被控對象容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高量要求較高且希望動態(tài)偏差較小的重要控制且希望動

22、態(tài)偏差較小的重要控制場合。場合。2） 控制器作用方式選擇控制器作用方式選擇 a.控制器作用方式控制器作用方式 正作用：偏差信號（正作用：偏差信號（e=測量測量 - 給定）增大時，控制給定）增大時，控制器輸出信號隨之增大。器輸出信號隨之增大。 反作用：偏差信號（反作用：偏差信號（e=測量測量 - 給定）增大時，控制給定）增大時，控制器輸出信號隨之減小。器輸出信號隨之減小。b.選擇原則選擇原則 通過控制器作用方式的選擇使控制回路構(gòu)成負(fù)通過控制器作用方式的選擇使控制回路構(gòu)成負(fù)反饋控制。反饋控制。c.選擇方法選擇方法 選擇依據(jù)公式：選擇依據(jù)公式：（控制器（控制器）（執(zhí)行器（執(zhí)行器）（對象特性（對象特性

23、）（測量變送（測量變送）=（）（） 對象作用方式：對象作用方式： 正作用：操縱變量（正作用：操縱變量（q）值增加時被控變量值隨著增加）值增加時被控變量值隨著增加 反作用：操縱變量（反作用：操縱變量（q）值增加時被控變量值隨著減?。┲翟黾訒r被控變量值隨著減小 執(zhí)行器作用方式執(zhí)行器作用方式 正作用：控制信號增大時閥門流通面積增大（氣開閥）正作用：控制信號增大時閥門流通面積增大（氣開閥） 反作用：控制信號增大時閥門流通面積減?。怅P(guān)閥）反作用：控制信號增大時閥門流通面積減?。怅P(guān)閥） 測量變送單元的作用方式一般為正作用測量變送單元的作用方式一般為正作用 例：換熱過程溫度控制器作用方式選擇例：換熱過程

24、溫度控制器作用方式選擇閥門作用方式：閥門作用方式：介質(zhì)易結(jié)晶，控制閥選擇氣關(guān)介質(zhì)易結(jié)晶，控制閥選擇氣關(guān)式控制閥，式控制閥，符號為符號為“-” 被控對象作用方式：被控對象作用方式： 操縱變量（蒸汽流量）增加則操縱變量（蒸汽流量）增加則出口溫度升高。作用方式為出口溫度升高。作用方式為正，正，符號為符號為“+” 測量變送單元：測量變送單元： 默認(rèn)作用方式，默認(rèn)作用方式，符號為符號為“+” 根據(jù)：根據(jù)： 有有 （？）（？）=（+） 控制器作用方式：正作用控制器作用方式：正作用 控控制制器器控控制制閥閥被被控控對對象象測測量量變變送送控控制制回回路路（？）（- -）（+ +）（+ +）（- -）正作用正

25、作用33a.a.執(zhí)行器執(zhí)行器為保證加熱爐的安全，選用氣開式為保證加熱爐的安全，選用氣開式，符號，符號為為“+”。b.b.對象對象出口溫度隨燃料的增加而升高，符號為出口溫度隨燃料的增加而升高，符號為“+”。c.c.變送器變送器輸出信號隨溫度的升高增加，符號為輸出信號隨溫度的升高增加，符號為“+”。 為了為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號必須為使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號必須為“”，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。所以應(yīng)該選擇反作用控制器。例例2：圖示控制系統(tǒng)：圖示控制系統(tǒng)請問：請問：a. 從加熱爐安全考慮，防止從加熱爐安全考慮，防止?fàn)t內(nèi)管線燒裂，選擇氣開，爐內(nèi)管線燒裂，選擇氣開，氣關(guān)閥？氣關(guān)

26、閥？b. 欲構(gòu)成負(fù)反饋控制，選擇欲構(gòu)成負(fù)反饋控制，選擇控制器正反作用形式?？刂破髡醋饔眯问?。34執(zhí)行器執(zhí)行器從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒干，應(yīng)從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒干，應(yīng)選擇選擇氣關(guān)式氣關(guān)式，符號為符號為“-”。對象對象 當(dāng)當(dāng)流入量增加，液位是增加的，符號取為流入量增加，液位是增加的，符號取為“+”。 變送器變送器 輸出信號輸出信號隨液位的升高增加，符號為隨液位的升高增加，符號為“+”?？刂破骺刂破?必須必須選擇正作用選擇正作用“+”，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 練習(xí)題練習(xí)題1 1：1，從鍋爐安全考慮，從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋防止因斷水導(dǎo)致

27、鍋爐燒干，選擇氣開，爐燒干，選擇氣開，氣關(guān)閥？氣關(guān)閥？2，選擇，選擇控制器作用控制器作用形式，形式，構(gòu)成負(fù)反饋。構(gòu)成負(fù)反饋。35閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)分析：閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)分析：例例1：畫如圖控制系統(tǒng)的：畫如圖控制系統(tǒng)的方方塊圖。塊圖。分析分析：當(dāng)被加熱的物：當(dāng)被加熱的物料量突然增加，控制料量突然增加，控制系統(tǒng)如何克服擾動。系統(tǒng)如何克服擾動。+物料量突然物料量突然物料溫度物料溫度溫度變送器輸出信號溫度變送器輸出信號偏差信號偏差信號控制器輸出信號控制器輸出信號氣開閥開度氣開閥開度燃料燃料氣流量氣流量物料溫度物料溫度分析：分析：方框圖：方框圖：363）PID控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定方法分類：方法分類：1

28、.1. 理論計算整定法理論計算整定法 基于基于被控對象的數(shù)學(xué)模型計算控制器參數(shù)，理論被控對象的數(shù)學(xué)模型計算控制器參數(shù)，理論 復(fù)雜，計算繁冗，所得結(jié)果的可靠性依賴于模型復(fù)雜，計算繁冗，所得結(jié)果的可靠性依賴于模型 精度。精度。2. 2. 工程整定法工程整定法 直接直接在控制回路的實際運(yùn)行中對控制器參數(shù)進(jìn)行在控制回路的實際運(yùn)行中對控制器參數(shù)進(jìn)行 整定，具有簡捷、實用和易于掌握的特點(diǎn)。工程整定，具有簡捷、實用和易于掌握的特點(diǎn)。工程整定方法在實際中得到了廣泛的應(yīng)用。整定方法在實際中得到了廣泛的應(yīng)用。37工程整定法工程整定法1：臨界比例度法：臨界比例度法 (1) 將積分時間將積分時間Ti置到最大值（置到最

29、大值（Ti），），微分時間微分時間TD置置為零（為零（TD=0 ），），比例度比例度置于適當(dāng)大的值，使系統(tǒng)在純置于適當(dāng)大的值，使系統(tǒng)在純比例作用下投入運(yùn)行。比例作用下投入運(yùn)行。(2)系統(tǒng)穩(wěn)定后，調(diào)整比例系統(tǒng)穩(wěn)定后，調(diào)整比例度度，直到出現(xiàn)圖，直到出現(xiàn)圖6-14所示所示的等幅振蕩，即臨界振蕩的等幅振蕩，即臨界振蕩過程。過程。記錄此時的臨界比例度記錄此時的臨界比例度k和臨界振蕩周期和臨界振蕩周期Tk（即兩即兩個波峰間的時間間隔）。個波峰間的時間間隔）。38( 3)根據(jù)得到的根據(jù)得到的k和和Tk值，采用表值，采用表6-2 中給出的經(jīng)驗公中給出的經(jīng)驗公 式計算出控制器的整定參數(shù)式計算出控制器的整定參數(shù)、

30、Ti和和TD。39工程整定法工程整定法2：衰減曲線法：衰減曲線法 （1）置積分時間）置積分時間Ti = ，微分微分時間時間Td=0 ，比例度比例度取一較大取一較大值，并將系統(tǒng)投入運(yùn)行。值，并將系統(tǒng)投入運(yùn)行。（2）待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定值）待系統(tǒng)穩(wěn)定后，給定值作階躍變化，并觀察系統(tǒng)的響作階躍變化，并觀察系統(tǒng)的響應(yīng)。若系統(tǒng)響應(yīng)衰減太快，則應(yīng)。若系統(tǒng)響應(yīng)衰減太快，則減小比例度；反之，則加大比減小比例度；反之，則加大比例度。如此反復(fù)，直到出現(xiàn)如例度。如此反復(fù)，直到出現(xiàn)如圖所示的圖所示的4:1（或事先設(shè)定的（或事先設(shè)定的衰減比）衰減衰減比）衰減振蕩過程振蕩過程。記錄記錄此時比例度此時比例度s和振蕩周期和振蕩周期s。40（3）利用