化工儀表自動(dòng)化第六章

1、1第第3篇篇 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng): 采用自動(dòng)檢測(cè)儀表、自動(dòng)控制及執(zhí)行裝置、以采用自動(dòng)檢測(cè)儀表、自動(dòng)控制及執(zhí)行裝置、以及計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化工具實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程高效及計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化工具實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程高效穩(wěn)定生產(chǎn)的自動(dòng)化操作系統(tǒng)。穩(wěn)定生產(chǎn)的自動(dòng)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(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)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(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí)行器和一個(gè)測(cè)量變送器、

2、一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí)行器和一個(gè)被控對(duì)象一個(gè)被控對(duì)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(gè)環(huán)節(jié)）構(gòu)成（四個(gè)環(huán)節(jié)）: 1：罐：罐，被控對(duì)象被控對(duì)象 2：HT(TT)，測(cè)量變送單元測(cè)量變送單元 3：HC(TC)，控制單元控制單元 4：調(diào)節(jié)閥門(mén)，：調(diào)節(jié)閥門(mén)，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(hào)變量：信號(hào)變量： 被控變量被控變量(Y)、測(cè)量變量、測(cè)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(dòng)變量、擾動(dòng)變量(

3、f)5 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單（單回路）控制系統(tǒng)特點(diǎn)（單回路）控制系統(tǒng)特點(diǎn)： 工程控制中簡(jiǎn)單（單回路）控制系統(tǒng)是按負(fù)反饋的工程控制中簡(jiǎn)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(jiǎn)單、工作可靠；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠； 所所需自動(dòng)化工具少、投資成本低；需自動(dòng)化工具少、投資成本低； 便于便于操作和維護(hù)；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(guò)目前應(yīng)用最多也是最為

4、成熟的過(guò)程控制系統(tǒng)。程控制系統(tǒng)。 62）簡(jiǎn)單（單回路）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)）簡(jiǎn)單（單回路）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 影響影響通道及參數(shù)：通道及參數(shù)： 對(duì)象特性通道：對(duì)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(hào)連接關(guān)系到被控變量間的信號(hào)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(hào)連接關(guān)系被控變量間的信號(hào)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(shí)間常數(shù)，時(shí)間常數(shù)，T 滯后時(shí)間，滯后時(shí)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(xiàng)為設(shè)定值變化對(duì)被控量的影響；其中：第一項(xiàng)為設(shè)定值變化對(duì)被控量的影響； 第二項(xiàng)為擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。第二項(xiàng)為擾動(dòng)對(duì)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(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中須解決的幾個(gè)問(wèn)題：中須解決的幾個(gè)問(wèn)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(cè)量變測(cè)量變送應(yīng)用送應(yīng)用問(wèn)題問(wèn)題執(zhí)行器特執(zhí)行器特性及開(kāi)關(guān)性及開(kāi)關(guān)形式選擇形式選擇9問(wèn)題一：?jiǎn)栴}一： 被控變量的選擇問(wèn)題被

6、控變量的選擇問(wèn)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(guò)程過(guò)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(wú)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(wú)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(shí)施控制。接、快速、準(zhǔn)確地獲取被控變量參數(shù)的變化并實(shí)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)不能

7、用直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，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(shí)，應(yīng)當(dāng)選用間接參數(shù)作為被控變量時(shí)，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(cè)具有單值關(guān)系，且具有足夠靈敏度，易于快速、可靠測(cè)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、具有足夠靈敏度，

8、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(cè)量的間接參數(shù)作為被控變量。易于快速、可靠測(cè)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(guò)熱蒸汽系統(tǒng)自由度：過(guò)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的操

9、作變量之間的動(dòng)、靜態(tài)影響關(guān)系特性。動(dòng)、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(wèn)題二：操縱變量的選擇問(wèn)題問(wèn)題二：操縱變量的選擇問(wèn)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(guò)程快速、平穩(wěn)使控制過(guò)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(guò)它克服干擾對(duì)工操縱變量選擇目的是通過(guò)它克服干擾對(duì)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。14

10、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(duì)被控變量的影響操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對(duì)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(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些，干擾通道控制通道時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些，干擾通道時(shí)間常數(shù)應(yīng)大一些時(shí)間常數(shù)應(yīng)大一些控制通道純滯后時(shí)間應(yīng)盡可能小控制通道純滯后時(shí)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(wèn)題三：測(cè)量?jī)x表選擇、安裝問(wèn)題三：測(cè)量?jī)x表

11、選擇、安裝關(guān)鍵問(wèn)題：測(cè)量變送中的滯后問(wèn)題（純滯后、容量滯后）關(guān)鍵問(wèn)題：測(cè)量變送中的滯后問(wèn)題（純滯后、容量滯后）造成測(cè)量滯后的主要原因：造成測(cè)量滯后的主要原因：1）測(cè)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(cè)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(wú)法將測(cè)量元件安裝在理想的測(cè)量）受到工藝條件的限制，無(wú)法將測(cè)量元件安裝在理想的測(cè)量點(diǎn)；點(diǎn)； 3）測(cè)量?jī)x表本身存在嚴(yán)重的純滯后或較大的容量滯后（如成）測(cè)量?jī)x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(cè)量）；分、物性測(cè)量）； 4）測(cè)量信號(hào)的傳輸線路長(zhǎng)造成的傳遞滯后；）測(cè)量信號(hào)的傳輸線路長(zhǎng)造成的傳遞滯后； 5

12、）測(cè)量?jī)x表的不靈敏也可能引起滯后問(wèn)題。）測(cè)量?jī)x表的不靈敏也可能引起滯后問(wèn)題。16 克服測(cè)量變送問(wèn)題的措施克服測(cè)量變送問(wèn)題的措施1）選擇快速測(cè)量元件）選擇快速測(cè)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(shí)間常數(shù)用時(shí)間常數(shù) 100 秒傳感器秒傳感器測(cè)溫，反應(yīng)溫度在測(cè)溫，反應(yīng)溫度在2之之內(nèi)，產(chǎn)品總不合格，說(shuō)明實(shí)內(nèi)，產(chǎn)品總不合格，說(shuō)明實(shí)際溫度波動(dòng)已超出工藝范圍。際溫度波動(dòng)已超出工藝范圍。改用時(shí)間常數(shù)為改用時(shí)間常數(shù)為 5 秒熱電偶測(cè)溫，反應(yīng)溫度波動(dòng)仍在秒熱電偶

13、測(cè)溫，反應(yīng)溫度波動(dòng)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(cè)點(diǎn)位置）選好檢測(cè)點(diǎn)位置 檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)選對(duì)被控變量變化感受最為靈敏且最有檢測(cè)點(diǎn)應(yīng)選對(duì)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(cè)量滯后大，可串接微分單元。若測(cè)量滯后大，可串接微分單元。4 ）正確選擇、安裝和使用測(cè)量裝置）正確選擇、安裝和使用測(cè)量裝置正確選擇、安裝和使用可將測(cè)量環(huán)節(jié)的誤差減小到正確選擇、安裝和使用可將測(cè)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(wèn)題四：執(zhí)行器選擇問(wèn)題四：執(zhí)行器選擇選擇內(nèi)容

14、：選擇內(nèi)容： 口徑、流量特性、結(jié)構(gòu)形式、開(kāi)關(guān)形式口徑、流量特性、結(jié)構(gòu)形式、開(kāi)關(guān)形式a.口徑：正常工作閥開(kāi)度口徑：正常工作閥開(kāi)度15%-85% 控制閥兩端壓力降應(yīng)在整個(gè)管線壓力降中占較控制閥兩端壓力降應(yīng)在整個(gè)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(kāi)快開(kāi)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(kāi)關(guān)形式：開(kāi)關(guān)形式： 氣開(kāi)閥、氣關(guān)閥氣開(kāi)閥、氣關(guān)閥 20211） 閥流量特性的選擇閥流量特性的選擇選

15、擇原則：選擇原則： 保證生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備安全保證生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備安全 控制信號(hào)故障時(shí)閥門(mén)的動(dòng)作方控制信號(hào)故障時(shí)閥門(mén)的動(dòng)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(hào)被切斷右圖系統(tǒng)控制信號(hào)被切斷 燃料閥門(mén)關(guān)閉可以保證鍋爐不燃料閥門(mén)關(guān)閉可以保證鍋爐不被燒塌被燒塌 ， 給水閥門(mén)打開(kāi)可以保證鍋爐的給水閥門(mén)打開(kāi)可以保證鍋爐的安全安全氣關(guān)閥氣開(kāi)閥2）執(zhí)行器開(kāi)、閉形式的選擇）執(zhí)行器開(kāi)、閉形式的選擇 氣動(dòng)執(zhí)行器有氣開(kāi)和氣關(guān)兩種工作方式。在控氣動(dòng)執(zhí)行器有氣開(kāi)和氣關(guān)兩種工作方式。在控制系統(tǒng)中，選用氣開(kāi)式還是氣關(guān)式，主要由具體的制系統(tǒng)中，選用氣開(kāi)式還是氣關(guān)式，主要由具體的生產(chǎn)工藝來(lái)決定。生產(chǎn)

16、工藝來(lái)決定。保證產(chǎn)品質(zhì)量保證產(chǎn)品質(zhì)量 控制信號(hào)被切斷時(shí)閥門(mén)的動(dòng)作方向控制信號(hào)被切斷時(shí)閥門(mén)的動(dòng)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(hào)控制信號(hào)被切斷時(shí)閥門(mén)的動(dòng)作方向保證工作介質(zhì)被切斷時(shí)閥門(mén)的動(dòng)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(mén)不能關(guān)閉。閥門(mén)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 由于由于工藝要求不

17、同，同一個(gè)執(zhí)工藝要求不同，同一個(gè)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(mén)。致鍋爐燒毀，應(yīng)選擇氣關(guān)式閥門(mén)。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(kāi)式閥門(mén)。防止蒸汽帶液，應(yīng)選氣開(kāi)式閥門(mén)。例如圖示裝車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)：例如圖示裝車(chē)轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)：控制信號(hào)切斷時(shí)停止物料的排控制信號(hào)切斷時(shí)停止物料的排出。選用氣開(kāi)式閥門(mén)。出。選用氣開(kāi)式閥門(mén)。氣開(kāi)閥氣開(kāi)閥注意：注意： 按照上述原則選擇開(kāi)閉形式可能會(huì)得出相互矛

18、盾的結(jié)果。按照上述原則選擇開(kāi)閉形式可能會(huì)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(kāi)氣開(kāi)/氣氣關(guān)？關(guān)？25問(wèn)題五：控制器選擇問(wèn)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(guò)程，低階過(guò)程，調(diào)節(jié)通道

19、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(duì)高噪聲有一定克服能力；消除余差，對(duì)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)用最為廣泛的控制規(guī)

20、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(duì)余差控制較嚴(yán)的場(chǎng)合。對(duì)余差控制較嚴(yán)的場(chǎng)合。 一般適用于流量、一般適用于流量、壓力壓力、溫度、溫度系統(tǒng)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(duì)慣性較大的控制對(duì)象具有對(duì)慣性較大的控制對(duì)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(shí)間調(diào)整適當(dāng)，可以使過(guò)渡過(guò)程縮短，增加微分時(shí)間調(diào)整適當(dāng)，可以使過(guò)渡過(guò)程縮短，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差。系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差。微分時(shí)間過(guò)大，系統(tǒng)會(huì)變得非常敏感，將導(dǎo)致控微分時(shí)間過(guò)大，系統(tǒng)會(huì)變得非常敏

21、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(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合： 含有較大容量滯后，不允許動(dòng)態(tài)偏差大的場(chǎng)合含有較大容量滯后，不允許動(dòng)態(tài)偏差大的場(chǎng)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(duì)象容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)被控對(duì)象容量滯后較大、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高量要求較高且希望動(dòng)態(tài)偏差較小的重要控制且希望動(dòng)態(tài)偏

22、差較小的重要控制場(chǎng)合。場(chǎng)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(hào)（正作用：偏差信號(hào)（e=測(cè)量測(cè)量 - 給定）增大時(shí)，控制給定）增大時(shí)，控制器輸出信號(hào)隨之增大。器輸出信號(hào)隨之增大。 反作用：偏差信號(hào)（反作用：偏差信號(hào)（e=測(cè)量測(cè)量 - 給定）增大時(shí)，控制給定）增大時(shí)，控制器輸出信號(hào)隨之減小。器輸出信號(hào)隨之減小。b.選擇原則選擇原則 通過(guò)控制器作用方式的選擇使控制回路構(gòu)成負(fù)通過(guò)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(duì)象特性（對(duì)象特性）（

23、測(cè)量變送（測(cè)量變送）=（）（） 對(duì)象作用方式：對(duì)象作用方式： 正作用：操縱變量（正作用：操縱變量（q）值增加時(shí)被控變量值隨著增加）值增加時(shí)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(shí)被控變量值隨著減小）值增加時(shí)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(hào)增大時(shí)閥門(mén)流通面積增大（氣開(kāi)閥）正作用：控制信號(hào)增大時(shí)閥門(mén)流通面積增大（氣開(kāi)閥） 反作用：控制信號(hào)增大時(shí)閥門(mén)流通面積減?。怅P(guān)閥）反作用：控制信號(hào)增大時(shí)閥門(mén)流通面積減?。怅P(guān)閥） 測(cè)量變送單元的作用方式一般為正作用測(cè)量變送單元的作用方式一般為正作用 例：換熱過(guò)程溫度控制器作用方式選擇例：換熱過(guò)程溫度

24、控制器作用方式選擇閥門(mén)作用方式：閥門(mén)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(hào)為符號(hào)為“-” 被控對(duì)象作用方式：被控對(duì)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(hào)為符號(hào)為“+” 測(cè)量變送單元：測(cè)量變送單元： 默認(rèn)作用方式，默認(rèn)作用方式，符號(hào)為符號(hào)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(duì)對(duì)象象測(cè)測(cè)量量變變送送控控制制回回路路（？）（- -）（+ +）（+ +）（- -）正作用正作用

25、33a.a.執(zhí)行器執(zhí)行器為保證加熱爐的安全，選用氣開(kāi)式為保證加熱爐的安全，選用氣開(kāi)式，符號(hào)，符號(hào)為為“+”。b.b.對(duì)象對(duì)象出口溫度隨燃料的增加而升高，符號(hào)為出口溫度隨燃料的增加而升高，符號(hào)為“+”。c.c.變送器變送器輸出信號(hào)隨溫度的升高增加，符號(hào)為輸出信號(hào)隨溫度的升高增加，符號(hào)為“+”。 為了為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號(hào)必須為使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號(hào)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(qǐng)問(wèn)：請(qǐng)問(wèn)：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(kāi)，爐內(nèi)管線燒裂，選擇氣開(kāi)，氣關(guān)閥？氣關(guān)閥？

26、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(hào)為符號(hào)為“-”。對(duì)象對(duì)象 當(dāng)當(dāng)流入量增加，液位是增加的，符號(hào)取為流入量增加，液位是增加的，符號(hào)取為“+”。 變送器變送器 輸出信號(hào)輸出信號(hào)隨液位的升高增加，符號(hào)為隨液位的升高增加，符號(hào)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)致鍋爐

27、燒干，選擇氣開(kāi)，爐燒干，選擇氣開(kāi)，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(huà)如圖控制系統(tǒng)的：畫(huà)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(dòng)。系統(tǒng)如何克服擾動(dòng)。+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(hào)溫度變送器輸出信號(hào)偏差信號(hào)偏差信號(hào)控制器輸出信號(hào)控制器輸出信號(hào)氣開(kāi)閥開(kāi)度氣開(kāi)閥開(kāi)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：1.1

28、. 理論計(jì)算整定法理論計(jì)算整定法 基于基于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型計(jì)算控制器參數(shù)，理論被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型計(jì)算控制器參數(shù)，理論 復(fù)雜，計(jì)算繁冗，所得結(jié)果的可靠性依賴于模型復(fù)雜，計(jì)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(shí)際運(yùn)行中對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行在控制回路的實(shí)際運(yùn)行中對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行 整定，具有簡(jiǎn)捷、實(shí)用和易于掌握的特點(diǎn)。工程整定，具有簡(jiǎn)捷、實(shí)用和易于掌握的特點(diǎn)。工程整定方法在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。整定方法在實(shí)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(shí)間將積分時(shí)間Ti置到最大值（置到最大值

29、（Ti），），微分時(shí)間微分時(shí)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(guò)程。過(guò)程。記錄此時(shí)的臨界比例度記錄此時(shí)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(gè)波峰間的時(shí)間間隔）。個(gè)波峰間的時(shí)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(yàn)公中給出的經(jīng)驗(yàn)公 式計(jì)算出控制器的整定參數(shù)式計(jì)算出控制器的整定參數(shù)、Ti

30、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(shí)間）置積分時(shí)間Ti = ，微分微分時(shí)間時(shí)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）衰減比）衰減衰減振蕩過(guò)程振蕩過(guò)程。記錄記錄此時(shí)比例度此時(shí)比例度s和振蕩周期和振蕩周期s。40（3）利用