過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用第二章之2單回路系統(tǒng)概要知識分享

1、過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用第二章之2單回路系統(tǒng)概要 要有代表性要有代表性。被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標或能。被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操作狀態(tài)，一般都是工藝過程中比較重要的變量。反映工藝操作狀態(tài)，一般都是工藝過程中比較重要的變量。 應(yīng)該獨立可控應(yīng)該獨立可控。簡單控制系統(tǒng)的被控變量應(yīng)避免和其他控。簡單控制系統(tǒng)的被控變量應(yīng)避免和其他控制系統(tǒng)的被控變量有關(guān)聯(lián)（耦合制系統(tǒng)的被控變量有關(guān)聯(lián)（耦合) )關(guān)系。關(guān)系。 滯后要小滯后要小。采用直接指標作為被控變量最直接也最有效。采用直接指標作為被控變量最直接也最有效。當(dāng)無法獲得直接指標信號，或其測量和變送環(huán)節(jié)滯后很大時，當(dāng)無法獲得直接指標

2、信號，或其測量和變送環(huán)節(jié)滯后很大時，可選擇與直接指標有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標作為被控變量?？蛇x擇與直接指標有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標作為被控變量。 靈敏度要高靈敏度要高。被控變量應(yīng)能被測量出來，并具有足夠大的。被控變量應(yīng)能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。靈敏度。 成本要低成本要低。選擇被控變量時，必須考慮工藝的合理性和國。選擇被控變量時，必須考慮工藝的合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 Q入入T入入X入入QZFTH被控變量被控變量T

3、D影響塔頂溫度的各種輸入示意圖影響塔頂溫度的各種輸入示意圖被控對象被控對象原則上，原則上，在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控變量變量影響顯著影響顯著而且而且可控性良好可控性良好的輸入作為的輸入作為控制變量控制變量后，后，其它所有未被選中的輸入則成了為系統(tǒng)的其它所有未被選中的輸入則成了為系統(tǒng)的干擾變量干擾變量。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述控制通道控制通道干擾通道干擾通道干擾變量干擾變量控制變量控制變量被控變量被控變量干擾作

4、用與控制作用之間的關(guān)系干擾作用與控制作用之間的關(guān)系 被控對象被控對象控制質(zhì)量控制質(zhì)量 系統(tǒng)的過渡過程形式系統(tǒng)的過渡過程形式超調(diào)量、衰減比、超調(diào)量、衰減比、 余差、過渡時間、振蕩周期余差、過渡時間、振蕩周期對象特性對象特性 系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系 分為對象靜態(tài)性質(zhì)和對象動態(tài)性質(zhì)分為對象靜態(tài)性質(zhì)和對象動態(tài)性質(zhì) 考察對象特性對控制質(zhì)量的影響，用以選擇控考察對象特性對控制質(zhì)量的影響，用以選擇控 制變量制變量選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述放大系數(shù)放大系數(shù) 絕對放大系

5、數(shù)絕對放大系數(shù) Y Y X X Y/(YY/(YMAXMAX-Y-YMINMIN) ) X/(XX/(XMAXMAX-X-XMINMIN) ) 相對放大系數(shù)相對放大系數(shù) 控制通道的穩(wěn)態(tài)特性由控制通道放大系數(shù)控制通道的穩(wěn)態(tài)特性由控制通道放大系數(shù)K K0 0表征表征從從控制有效性控制有效性考慮，考慮，K K0 0應(yīng)適當(dāng)?shù)拇笠恍?yīng)適當(dāng)?shù)拇笠恍?干擾通道的穩(wěn)態(tài)特性由干擾通道放大系數(shù)干擾通道的穩(wěn)態(tài)特性由干擾通道放大系數(shù)K Kf f表征表征希望希望K Kf f小一些，小一些，K Kf f越小干擾變量對被控變量的影響就越小越小干擾變量對被控變量的影響就越小 控制變量選擇的原則一：當(dāng)多個輸入變量都影響被控變控

6、制變量選擇的原則一：當(dāng)多個輸入變量都影響被控變量時，從穩(wěn)態(tài)性質(zhì)考慮，應(yīng)該選擇其中放大系數(shù)大的可量時，從穩(wěn)態(tài)性質(zhì)考慮，應(yīng)該選擇其中放大系數(shù)大的可控變量作為控制變量?？刈兞孔鳛榭刂谱兞?。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述控制通道時間常數(shù)控制通道時間常數(shù) T T0 0控制通道滯后時間控制通道滯后時間0 0 T T0 0小一點好，不能過大，小一點好，不能過大，否則會使控制變量的校正作否則會使控制變量的校正作用遲緩，超調(diào)量增大，過渡時間增長用遲緩，超調(diào)量增大，過渡時間增長 在選擇控

7、制變量構(gòu)成控制回路時，應(yīng)盡量避免控制在選擇控制變量構(gòu)成控制回路時，應(yīng)盡量避免控制通道純滯后通道純滯后0 0的存在，無法避免時應(yīng)使之盡可能小。的存在，無法避免時應(yīng)使之盡可能小。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述干擾通道時間常數(shù)干擾通道時間常數(shù) T Tf fT Tf f越大越好，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利越大越好，

8、干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于改善控制質(zhì)量于改善控制質(zhì)量 干擾通道純滯后干擾通道純滯后f f的影響的影響無純滯后無純滯后有純滯后有純滯后干擾通道滯后時間干擾通道滯后時間f f 干擾通道的純滯后干擾通道的純滯后f f不會影不會影響控制質(zhì)量響控制質(zhì)量 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 控制變量應(yīng)是控制變量應(yīng)是可控可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。 控制變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加控制變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏靈敏。

9、為此，應(yīng)通過合理選擇控制變量，使控制通道的放大倍數(shù)適為此，應(yīng)通過合理選擇控制變量，使控制通道的放大倍數(shù)適當(dāng)大、時間常數(shù)適當(dāng)小當(dāng)大、時間常數(shù)適當(dāng)小( (但不宜過小，否則易引起振蕩但不宜過小，否則易引起振蕩) )、純、純滯后時間盡量小。為使其他干擾對被控變量的影響盡可能小，滯后時間盡量小。為使其他干擾對被控變量的影響盡可能小，應(yīng)使干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時間常數(shù)盡可能大。應(yīng)使干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時間常數(shù)盡可能大。 在選擇控制變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考在選擇控制變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟性。一般說來不宜選擇生產(chǎn)負慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟

10、性。一般說來不宜選擇生產(chǎn)負荷作為控制變量，因為生產(chǎn)負荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的產(chǎn)量，是荷作為控制變量，因為生產(chǎn)負荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的產(chǎn)量，是不宜經(jīng)常波動的。不宜經(jīng)常波動的。物料平衡除外！物料平衡除外！應(yīng)盡量使干擾作用點靠近調(diào)節(jié)閥處應(yīng)盡量使干擾作用點靠近調(diào)節(jié)閥處被選擇的控制變量應(yīng)對裝置中其它控制系統(tǒng)的影響和關(guān)聯(lián)被選擇的控制變量應(yīng)對裝置中其它控制系統(tǒng)的影響和關(guān)聯(lián)較小較小 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 薄板冷卻器薄板冷卻器熱物料冷物料TTFTLC液氨液氨PT氣氨氣氨液氨儲罐氨直冷式薄

11、板冷卻系統(tǒng)示意圖氨直冷式薄板冷卻系統(tǒng)示意圖被控變量被控變量：物料出口溫度：物料出口溫度 待選的控制變量：待選的控制變量： 熱物料溫度熱物料溫度 熱物料的流量熱物料的流量液氨的流量液氨的流量氣氨的回氣壓力氣氨的回氣壓力 熱物料流量熱物料流量F F對冷物料出口溫度對冷物料出口溫度T T的放大系數(shù)為：的放大系數(shù)為： 11000k0.3溫度變化的百分數(shù)流量變化的百分數(shù)12-030-10 50-0氣氨回氣壓力氣氨回氣壓力P P對冷卻器物料出口溫度對冷卻器物料出口溫度T T的放大系數(shù)為：的放大系數(shù)為： 21000k1.6溫度變化的百分數(shù)壓力變化的百分數(shù)12-0275-245 400-0乳化物乳化物高位槽高

12、位槽過濾器過濾器12WWW3蒸蒸汽汽空空氣氣產(chǎn)產(chǎn)品品GW(S)GQ(S)GP(S)T1T2GF(S)工藝要求工藝要求 在在保證產(chǎn)品含水率合格的前提下，保證產(chǎn)品含水率合格的前提下， 保證最大產(chǎn)量保證最大產(chǎn)量。 被控變量被控變量 產(chǎn)品含水率產(chǎn)品含水率 干燥溫度干燥溫度T T1 1 影響被控變量的主要輸入變量影響被控變量的主要輸入變量 乳化物流量乳化物流量f fw w 旁路空氣流量旁路空氣流量f fQ Q 加熱蒸汽壓力流量加熱蒸汽壓力流量f fp p 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概

13、述概述測量元件時間常數(shù)的影響測量元件時間常數(shù)的影響 測量元件純滯后時間的影響測量元件純滯后時間的影響 0 1 2 V1 V2 + 一般是由于測量元件一般是由于測量元件安裝位置引起的安裝位置引起的 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 選擇快速測量元件選擇快速測量元件。 正確選擇測量元件的安裝位置正確選擇測量元件的安裝位置。在自動控制系統(tǒng)中，以。在自動控制系統(tǒng)中，以溫度測量元件和成分分析的取樣裝置所引起的測量滯后為最溫度測量元件和成分分析的取樣裝置所引起的測量滯后為最大。通常測

14、量單元件應(yīng)選擇在最具代表性，響應(yīng)最靈敏、最大。通常測量單元件應(yīng)選擇在最具代表性，響應(yīng)最靈敏、最迅速的位置安裝，應(yīng)避免將其安裝在死角或易掛料結(jié)焦的地迅速的位置安裝，應(yīng)避免將其安裝在死角或易掛料結(jié)焦的地方。分析取樣則應(yīng)在溫度比較穩(wěn)定，離設(shè)備較近之處，盡量方。分析取樣則應(yīng)在溫度比較穩(wěn)定，離設(shè)備較近之處，盡量減小純滯后。減小純滯后。 正確使用微分器。正確使用微分器。正確使用微分器，合理引入微分特性正確使用微分器，合理引入微分特性的超前作用，對克服測量滯后，改善控制質(zhì)量是一種有效的超前作用，對克服測量滯后，改善控制質(zhì)量是一種有效的方法。的方法。 (TdS+1)KmTmS+1Y(S)Z(S)U(S)測量、

15、變送裝置與微分器連接示意圖測量、變送裝置與微分器連接示意圖選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 濾波：濾波：克服克服隨機干擾信號隨機干擾信號 中位值濾波中位值濾波算術(shù)平均濾波算術(shù)平均濾波遞推平均濾波遞推平均濾波加權(quán)遞推平均濾波加權(quán)遞推平均濾波一階慣性濾波一階慣性濾波( )(1) ( )(1)y nx ny n 線性化處理線性化處理1TS+1輸入輸入輸出輸出一階慣性低通濾波環(huán)節(jié)一階慣性低通濾波環(huán)節(jié)選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥

16、選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 負荷變化使得被控對象特性發(fā)生變化，對控制質(zhì)量產(chǎn)生影響。負荷變化使得被控對象特性發(fā)生變化，對控制質(zhì)量產(chǎn)生影響?？梢酝ㄟ^選擇不同結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，利用調(diào)節(jié)閥的流量特性來可以通過選擇不同結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，利用調(diào)節(jié)閥的流量特性來克服負荷變化帶來的影響。克服負荷變化帶來的影響。原理：利用調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)的變化來補償控制對象放大系原理：利用調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)的變化來補償控制對象放大系數(shù)的變化，使廣義對象的放大系數(shù)基本保持不變或近似不變，數(shù)的變化，使廣義對象的放大系數(shù)基本保持不變或近似不變，從而達到較好的控制效果從而達到較好的控制效果調(diào)節(jié)器執(zhí)

17、行器對象傳感器、變送器+SPxzeuqyf 調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律 調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制信號的作用叫作調(diào)節(jié)作用。調(diào)節(jié)作調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制信號的作用叫作調(diào)節(jié)作用。調(diào)節(jié)作用所遵循的數(shù)學(xué)規(guī)律稱為調(diào)節(jié)規(guī)律（又叫作調(diào)節(jié)器特性用所遵循的數(shù)學(xué)規(guī)律稱為調(diào)節(jié)規(guī)律（又叫作調(diào)節(jié)器特性）。）。 調(diào)節(jié)器特性：輸出信號與輸入信號之間隨時間變化調(diào)節(jié)器特性：輸出信號與輸入信號之間隨時間變化的關(guān)系。的關(guān)系。UU輸出。調(diào)節(jié)器送往調(diào)節(jié)閥的信號輸出。調(diào)節(jié)器送往調(diào)節(jié)閥的信號ee偏差，數(shù)值上等于測量值減給定值偏差，數(shù)值上等于測量值減給定值調(diào)節(jié)規(guī)律：調(diào)節(jié)規(guī)律：非連續(xù)非連續(xù)位式位式連續(xù)連續(xù)PROPORTION/INTEGRAL/DERIVATIONPROP

18、ORTION/INTEGRAL/DERIVATION( )( ( )( )( ( )u tf z tx tf e t控制規(guī)律f（）z(t)x(t)e(t)u(t)( )( ( )( )( ( )u tf z tx tf e t( )( )z tu t( )( )z tu tmaxmine(t)0( ) e(t)0 uu tu當(dāng) 打開當(dāng)關(guān)閉x(t)z(t)e(t)p(t)+pmaxpmin罐壓力變送器排放電磁閥任何正常工作的儀表都是根據(jù)輸入變化之后輸出才會有動作的。而所有的儀表都會有它的不靈敏區(qū)（程度不同而已）。在儀表的不靈敏區(qū)內(nèi)，輸入信號已經(jīng)給出，但儀表的輸出并不會立即變化。這種現(xiàn)象即我們在前

19、面提到的滯后現(xiàn)象。如果把儀表的不靈敏區(qū)人為擴大，即稱為儀表的中間區(qū)。日本控制工程專家緒方勝彥是這樣定義中間區(qū)的：開、關(guān)動作之前，誤差信號的變化范圍。1P110( )0 1 90P1100P90u t或x(t)z(t)e(t)u(t)+umaxuminu 顯然，中間區(qū)的存在使得執(zhí)行機構(gòu)的動作周期加大，被控變量的變化范圍更大，但設(shè)備動作的周期也更大。如果工藝允許，這樣既延緩了設(shè)備的壽命，同樣也可以滿足工藝要求。這就是工業(yè)上經(jīng)常采用具有雙位調(diào)節(jié)規(guī)律控制被控對象的原因。uiq0qO O( )( ) au te tbiq0qO O puK e 0 puuK eKPu(t)e(t)z(t)+_x(t)e(

20、t)u(t) puKemaxminmaxmin*100%zzzuuumaxminmaxmin*100%uuzzzumaxminmaxmin*100%uuezzu1*100%pCK%1001pKminmaxxxe1minmaxUUUminmaxxx當(dāng)時，即調(diào)節(jié)器的輸出變化量為滿量程。這就是比例度的物理意即調(diào)節(jié)器的輸出變化量為滿量程。這就是比例度的物理意義。義。注意：注意： 對于非線性刻度的儀表，例如流量用孔板測量而未用開對于非線性刻度的儀表，例如流量用孔板測量而未用開方器時，偏差的變化量方器時，偏差的變化量ee不能直接用流量的數(shù)值，而應(yīng)該用不能直接用流量的數(shù)值，而應(yīng)該用實際輸入給調(diào)節(jié)器的信號。實

21、際輸入給調(diào)節(jié)器的信號。也一樣。也一樣。的關(guān)系與PkeUkekUPP%1001minmaxminmaxxxUUkP成反比關(guān)系與ck%1001PK對于單元組合儀表而言：與輸入、輸出的關(guān)系：與輸入、輸出的關(guān)系：減小，使輸出變化全范圍時需要的輸入變化區(qū)間就越小。減小，使輸出變化全范圍時需要的輸入變化區(qū)間就越小。 50%100%200%PeKp231s11s( )Y s( )F s( )X s231( )( )( )312(1)(312)KpsY sX sF ssKpssKp 1( )X ss21( )312KpY ssKp s 02( )lim * ( )112sKpys Y sKp 1( )F ss

22、311( )(1)(312)sY sssKp s 01( )lim * ( )012sys Y sKp PP K, K余 差小或一對矛盾 要統(tǒng)籌兼顧穩(wěn)定性高或1(t)dt iiueT積分積分u(t)e(t)z(t)+_x(t)uI(t)e(t)IAtTuI(t)e(t)IAtT1( ) ( )( )piu tKe te t dtT1( )(1) piG sKTseKppiKedtT( )e tA1( )() 1 () ()pipipiu tKeedtTKAAdtTAKAtTe(t)u(t)AuI=KPAt/TiuP=KPA(0)puK A( )2pu TK A特點：特點：1 1、慢慢來，調(diào)節(jié)速

23、度慢。所以不能單獨使用。、慢慢來，調(diào)節(jié)速度慢。所以不能單獨使用。2 2、穩(wěn)定后能消除余差。、穩(wěn)定后能消除余差。3 3、積分時間減小，積分速度增加，積分作用增強。、積分時間減小，積分速度增加，積分作用增強。積分時間表征積分作用的強弱。積分時間表征積分作用的強弱。520151015u(t)mine(t)102431min實際實際PIPI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： STKSTKSWIIIP1111在階躍偏差信號作用下，利用拉普拉斯反變換可求得實際在階躍偏差信號作用下，利用拉普拉斯反變換可求得實際PIPI調(diào)節(jié)器的輸出隨時間變化的表調(diào)節(jié)器的輸出隨時間變化的表達式為：達式為：IITKtIPe

24、KKy111實際實際PIPI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性中下圖所示：調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性中下圖所示：yKP00ttKPKI由圖可知，積分輸出并非直線增長，而是按指數(shù)由圖可知，積分輸出并非直線增長，而是按指數(shù)（時間常數(shù)為（時間常數(shù)為K KI IT TI I）規(guī)律變化的。最終趨向于飽）規(guī)律變化的。最終趨向于飽和。其穩(wěn)態(tài)值（即最大值）為和。其穩(wěn)態(tài)值（即最大值）為K KP PK KI I。此值取決。此值取決于調(diào)節(jié)器的積分增益于調(diào)節(jié)器的積分增益K KI I或開環(huán)增益（穩(wěn)態(tài)時的放或開環(huán)增益（穩(wěn)態(tài)時的放大倍數(shù)）大倍數(shù)）K K。積分增益積分增益KIKI的意義是，在階躍信號作用下，的意義是，在階躍信號作用下，PIPI調(diào)

25、節(jié)器輸出變化的最終值（假定偏差很小，調(diào)節(jié)器輸出變化的最終值（假定偏差很小，輸出值未達到調(diào)節(jié)器的輸出限制值）與初始值（即比例輸出值）之比：輸出值未達到調(diào)節(jié)器的輸出限制值）與初始值（即比例輸出值）之比： 0yyKI開環(huán)增益開環(huán)增益K K和積分增益和積分增益KIKI的關(guān)系為：的關(guān)系為： IPKKyK當(dāng)積分增益當(dāng)積分增益KIKI無窮大時，可證明：無窮大時，可證明： IPTtKy1這時就相當(dāng)于理想這時就相當(dāng)于理想PIPI調(diào)節(jié)器的輸出了。實際上，調(diào)節(jié)器的輸出了。實際上，PIPI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器的KIKI一般都比較大（數(shù)量級為一般都比較大（數(shù)量級為10102 210105 5），因此可以認為實際），因此可以認

26、為實際PIPI調(diào)節(jié)器的特性是接近于理想調(diào)節(jié)器的特性是接近于理想PIPI調(diào)節(jié)器特性的。調(diào)節(jié)器特性的?？刂泣c偏差和調(diào)節(jié)精度控制點偏差和調(diào)節(jié)精度實際實際PIPI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器的KIKI值比較大但仍是一個限值。因此當(dāng)調(diào)節(jié)器的輸出穩(wěn)定在某一值時，測值比較大但仍是一個限值。因此當(dāng)調(diào)節(jié)器的輸出穩(wěn)定在某一值時，測量值和給定值之間依然存在偏差（也就是說實際量值和給定值之間依然存在偏差（也就是說實際PIPI調(diào)節(jié)器不可能完全消除余差），這種偏調(diào)節(jié)器不可能完全消除余差），這種偏差通常稱為控制點偏差。當(dāng)調(diào)節(jié)器的輸出變化為滿度時，控制點的偏差達最大，其值為：差通常稱為控制點偏差。當(dāng)調(diào)節(jié)器的輸出變化為滿度時，控制點的偏差達

27、最大，其值為：IPKKyyminmaxmax控制點最大偏差的相對變化值即為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度（控制點最大偏差的相對變化值即為調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度（），考慮到調(diào)節(jié)器輸入信號和輸），考慮到調(diào)節(jié)器輸入信號和輸出信號的變化范圍是相等的，故有：出信號的變化范圍是相等的，故有：%1001%100minmaxmaxIpKKxx調(diào)節(jié)精度是調(diào)節(jié)器的重要指標，它表征調(diào)節(jié)器消除余差的能力。調(diào)節(jié)精度是調(diào)節(jié)器的重要指標，它表征調(diào)節(jié)器消除余差的能力。KIKI越大，調(diào)節(jié)精度越越大，調(diào)節(jié)精度越高，消除余差的能力越強。高，消除余差的能力越強。1(1)IKpTs231s11s( )Y s( )F s( )X s2(1)(31)( )(

28、 )( )(31)2(1)(1)(31)2(1)iiiiiiKp TsTssY sX sF sTssKp TssTssKp Ts1( )X ss2(1)1( )(31)2(1)iiiKp TsY sTssKp Tss0( )lim * ( )1sys Y s 1( )F ss(31)1( )(1)(31)2(1)iiiTssY ssTssKp Tss0( )lim * ( )0sys Y s 積分作用的特點：消除余差，會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性；積分作用的特點：消除余差，會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性；注意事項：注意事項： 引入積分作用以后，能消除余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性必然會降低，所以在使用過引入積分作用以后，能消除余

29、差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性必然會降低，所以在使用過程中應(yīng)適當(dāng)降低比例作用（增大比例度或降低比例增益）程中應(yīng)適當(dāng)降低比例作用（增大比例度或降低比例增益） 當(dāng)對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大；負荷變化過于劇烈當(dāng)對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大；負荷變化過于劇烈時，由于積分動作緩慢，使控制作用不及時，此時可增加微分作用時，由于積分動作緩慢，使控制作用不及時，此時可增加微分作用( )ddde tuTdt微分微分u(t)e(t)z(t)+_x(t)e(t)u(t)TT+e(t)u(t)00+AtTdA( )( ) ( )pdde tu tKe tTdt( )(1) pdG sKT

30、 seKp( )pdde tK Tdte(t)Ae(t)0Atu(t)T+KpA(a)u(t)0+e(t)=Atu(t)=(Td+t)A(b)()()dpddTdudeuKeTKdtdt(1)( )( )( )1pdddKT sU sG sT sE sKd1:11(1)( )11 111 1 1(1)dddpdddTddKdpdddpdtpdKT sau tLT ssKTTKK aLTssKKK aLssK aKe令e(t)au(t)0.632KP(Kd-1)aKPaKdKPa(Kd-)KPad當(dāng)t = 0+時 uKdKPa當(dāng)t 時 uKpa當(dāng)t = d時 uKPa0.368（Kd1）KPaK

31、p的測定：的測定：u( )/aKd的測定：的測定：u(0)/u( )Td的測定：測出的測定：測出d后乘以后乘以Kd實際比例微分控制器在幅度為實際比例微分控制器在幅度為A A的階躍偏的階躍偏差作用下的開環(huán)輸出特性，見左圖。差作用下的開環(huán)輸出特性，見左圖。階躍偏差作用下實際比例微階躍偏差作用下實際比例微分開環(huán)輸出特性分開環(huán)輸出特性0 ,(0 ),( )0.368(1),( )CDDCDCDCtuK K ATtTu TK A KK AKtuK A )exp() 1()(TtKAKAKtuDcc由：由：得：得： 微分增益微分增益K KD D是固定不變的，只與控制器的類型有關(guān)。是固定不變的，只與控制器的

32、類型有關(guān)。電動控制器的電動控制器的K KD D一般為一般為5 51010。如果。如果K KD D =1=1，則此時等同，則此時等同于純比例控制。于純比例控制。 K KD D 1 1，稱為正微分。，稱為正微分。K KD D 1 1的，稱為的，稱為反微分器，它的控制作用反而減弱。這種反微分作用運反微分器，它的控制作用反而減弱。這種反微分作用運用于噪音較大的系統(tǒng)中，會起到較好的濾波作用。用于噪音較大的系統(tǒng)中，會起到較好的濾波作用。)Ttexp() 1K(AKAK) t (uDcc階躍偏差作用下實際比例微分階躍偏差作用下實際比例微分開環(huán)輸出特性開環(huán)輸出特性微分作用的特點：微分作用的特點：對于有過渡滯后

33、的對象，采用對于有過渡滯后的對象，采用PDPD控制能明顯改善過渡過程的品質(zhì)；控制能明顯改善過渡過程的品質(zhì)； PDPD控制有超前作用控制有超前作用 T Td d ，微分作用加強，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，表現(xiàn)為：，微分作用加強，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，表現(xiàn)為： 衰減比增大；過渡過程最大偏差減少衰減比增大；過渡過程最大偏差減少e emaxmax ；過渡時間；過渡時間t tp p ； T Td d太大，微分作用太強，導(dǎo)致反應(yīng)速度過快，引起系統(tǒng)振蕩太大，微分作用太強，導(dǎo)致反應(yīng)速度過快，引起系統(tǒng)振蕩 引入微分作用以后，不能消除余差，但余差會有所減少引入微分作用以后，不能消除余差，但余差會有所減少 微分作用對純滯后的對象不

34、起作用。微分作用對純滯后的對象不起作用。微分作用適用于過渡滯后強的對象，如：溫度對象微分作用適用于過渡滯后強的對象，如：溫度對象(其他系統(tǒng)較少用其他系統(tǒng)較少用 )微分作用對高頻噪聲非常敏感，在流量控制系統(tǒng)總流量測量信號通常包微分作用對高頻噪聲非常敏感，在流量控制系統(tǒng)總流量測量信號通常包含脈沖干擾，象這類對象一般不加微分作用。含脈沖干擾，象這類對象一般不加微分作用。有些系統(tǒng)由于反應(yīng)太快，可加有些系統(tǒng)由于反應(yīng)太快，可加“反微分反微分”，以降低系統(tǒng)的靈敏度。，以降低系統(tǒng)的靈敏度?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)中用比例微分作用的不多，較常見的是比例積分微分三作現(xiàn)場控制系統(tǒng)中用比例微分作用的不多，較常見的是比例積分微分三

35、作用控制規(guī)律（通常稱為用控制規(guī)律（通常稱為PID控制）?？刂疲?。 1( )()1( )(1)pdipdideu tKeedtTTdtG sKT sTs11( )11dipdiidT sTsG sKT sK TsK1( )(1)pdiG sKT sTs11( )11dipdiidT sTsG sKT sK TsKuPuDuPIDe(t)e(t)uPuDuPIDuIuI三種規(guī)律的概括：三種規(guī)律的概括：比例作用的輸出與偏差成正比，依比例作用的輸出與偏差成正比，依“偏差的大小偏差的大小”來動作。來動作。積分作用的輸出的變化速度與偏差成正比，依積分作用的輸出的變化速度與偏差成正比，依“偏差是否存在偏差是

36、否存在”來動作。來動作。微分作用的輸出與偏差的變化速度成正比，依微分作用的輸出與偏差的變化速度成正比，依“偏差變化速度偏差變化速度”來動作。來動作。工人師傅的順口溜工人師傅的順口溜比例：比例： 積分：積分： 微分：微分：比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器 重定調(diào)節(jié)器重定調(diào)節(jié)器 說起微分器說起微分器象個放大器象個放大器 累積有本事累積有本事 一點不神秘一點不神秘一個偏差來一個偏差來 只要偏差在只要偏差在 階躍輸入來階躍輸入來放大送出去放大送出去 累積不停止累積不停止 輸出跳上去輸出跳上去放大是多少放大是多少 累積快與慢累積快與慢 下降快與慢下降快與慢旋鈕看仔細旋鈕看仔細 旋鈕看仔細旋鈕看仔細 旋鈕看仔細旋鈕看

37、仔細比例度旋大比例度旋大 積分時間長積分時間長 微分時間長微分時間長放大倍數(shù)低放大倍數(shù)低 累積速度低累積速度低 下降就慢些下降就慢些選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 位式控制位式控制 適用于對控制質(zhì)量要求不高，被控對象是單容量的、且容適用于對控制質(zhì)量要求不高，被控對象是單容量的、且容量較大、滯后較小、負荷變化不大也不太激烈，工藝允許被量較大、滯后較小、負荷變化不大也不太激烈，工藝允許被控變量波動范圍較寬的場合?？刈兞坎▌臃秶^寬的場合。 比例控制比例控制 優(yōu)點：比例控制克

38、服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。優(yōu)點：比例控制克服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。 缺點：在過渡過程終了時存在余差缺點：在過渡過程終了時存在余差 適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝允許被控適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝允許被控變量存在余差的場合。變量存在余差的場合。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 比例微分控制比例微分控制 優(yōu)點：利用微分超前的作用，在被控對象具有較大滯后的優(yōu)點：利用微分超前的作用，在被控對象具有較大滯后的場合下，將會有效地改善

39、擔(dān)制質(zhì)量。場合下，將會有效地改善擔(dān)制質(zhì)量。 缺點：有可能會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，嚴重時使系統(tǒng)失控而發(fā)缺點：有可能會使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，嚴重時使系統(tǒng)失控而發(fā)生事故。生事故。 比例積分微分控制比例積分微分控制 比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規(guī)律的優(yōu)比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規(guī)律的優(yōu)點。適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制要求高的場合。點。適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制要求高的場合。 比例積分控制比例積分控制 優(yōu)點：系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束時無余差優(yōu)點：系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束時無余差 缺點：系統(tǒng)的超調(diào)量、振蕩周期都會相應(yīng)增大，過渡時間缺點：系統(tǒng)的超調(diào)量、振蕩周期都會相應(yīng)增大，過渡時間也

40、會相應(yīng)增加。也會相應(yīng)增加。 適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝不允許被適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝不允許被控變量存在余差的場合。控變量存在余差的場合。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 保證整個控制系統(tǒng)形成負反饋。保證整個控制系統(tǒng)形成負反饋。 在控制系統(tǒng)中，控制器、被控對象、測量元件及執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中，控制器、被控對象、測量元件及執(zhí)行器都有各自的作用方向，一般被控對象、測量元件及執(zhí)行器都有各自的作用方向，一般被控對象、測量元件及執(zhí)行器的作用方向是固

41、定的，因此為了使系統(tǒng)構(gòu)成負反饋，應(yīng)對的作用方向是固定的，因此為了使系統(tǒng)構(gòu)成負反饋，應(yīng)對控制器的正反作用進行調(diào)整。控制器的正反作用進行調(diào)整。 所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。當(dāng)輸入增加時，輸出也增加，則稱該環(huán)節(jié)為當(dāng)輸入增加時，輸出也增加，則稱該環(huán)節(jié)為“正作用正作用”方方向；反之，當(dāng)環(huán)節(jié)的輸人增加時，輸出減小，則稱該環(huán)節(jié)向；反之，當(dāng)環(huán)節(jié)的輸人增加時，輸出減小，則稱該環(huán)節(jié)為為“反作用反作用”方向。方向。何謂何謂“正正”、“反反”作用？作用？控制器正控制器正 反作用選擇的基本原則反作用選擇的基本原則選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇

42、控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述控制器正控制器正 反作用選擇的步驟反作用選擇的步驟1 1、判斷被控對象的正反作用方向，由工藝機理確定、判斷被控對象的正反作用方向，由工藝機理確定 ；2 2、判斷執(zhí)行器的正反作用方向，由工藝安全條件選定，其、判斷執(zhí)行器的正反作用方向，由工藝安全條件選定，其選擇原則是：控制信號中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的選擇原則是：控制信號中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全；安全； 3 3、確定廣義對象的正反作用方向，一般、確定廣義對象的正反作用方向，一般測量變送環(huán)節(jié)為正測量變送環(huán)節(jié)為正作用方向作

43、用方向，根據(jù)被控對象和執(zhí)行器的作用方向，確定廣義，根據(jù)被控對象和執(zhí)行器的作用方向，確定廣義對象的正反作用方向；對象的正反作用方向；4 4、確定控制器的正反作用方向，廣義對象正作用方向，則、確定控制器的正反作用方向，廣義對象正作用方向，則控制器應(yīng)選擇為反作用，反之亦然。控制器應(yīng)選擇為反作用，反之亦然。被控變量被控變量控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象測量變送環(huán)節(jié)測量變送環(huán)節(jié)干擾干擾偏差偏差設(shè)定值設(shè)定值廣義對象廣義對象燃料氣TC加熱爐出口溫度控制加熱爐出口溫度控制控制器正控制器正 反作用選擇的實例反作用選擇的實例選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)

44、閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述液位控制液位控制選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述（1 1）熟悉被控對象和整個控制系統(tǒng)，檢查所有儀表及連接）熟悉被控對象和整個控制系統(tǒng)，檢查所有儀表及連接管線、氣管線、電源、氣源等，以保證接線的正確性，及管線、氣管線、電源、氣源等，以保證接線的正確性，及故障時能及時確定故障原因；故障時能及時確定故障原因；（2 2）根據(jù)經(jīng)驗或估算比例度）根據(jù)經(jīng)驗或估算比例度 、積分時間、積分時間T TI I和微分時間

45、和微分時間T TD D的數(shù)值，或?qū)⒖刂破鞣旁诩儽壤饔?，比例度放在較大位的數(shù)值，或?qū)⒖刂破鞣旁诩儽壤饔?，比例度放在較大位置；置；（3 3）確認控制閥的氣開、氣關(guān)作用；確認控制器的正、反）確認控制閥的氣開、氣關(guān)作用；確認控制器的正、反作用；作用；（4 4）手動操作執(zhí)行器，待工況穩(wěn)定后，將控制器由手動狀）手動操作執(zhí)行器，待工況穩(wěn)定后，將控制器由手動狀態(tài)切換到自動狀態(tài)，控制系統(tǒng)由開環(huán)控制變?yōu)殚]環(huán)控制。態(tài)切換到自動狀態(tài)，控制系統(tǒng)由開環(huán)控制變?yōu)殚]環(huán)控制。 初步投運過程基本結(jié)束。但控制系統(tǒng)的過渡過程不一定初步投運過程基本結(jié)束。但控制系統(tǒng)的過渡過程不一定滿足要求，需要進一步整定比例度滿足要求，需要進一步整

46、定比例度 、積分時間、積分時間T TI I和微分和微分時間時間T TD D三個參數(shù)。三個參數(shù)。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述 就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制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。即確定最合適的控制器比例度器參數(shù)值。即確定最合適的控制器比例度、積分時間、積分時間T TI I和微分時間和微分時間T TD D，使控制質(zhì)量能滿足工藝生產(chǎn)的要求。，使控制質(zhì)量能滿足工藝生產(chǎn)的要求。 對于簡單控制系統(tǒng)來說，一般希望過渡過程呈對于

47、簡單控制系統(tǒng)來說，一般希望過渡過程呈4:14:1至至10:110:1的衰減振蕩過程。的衰減振蕩過程。 什么是什么是“參數(shù)整定參數(shù)整定”？yt4:1yt10:1參數(shù)整定方法：理論計算、工程整定（又叫經(jīng)驗整定方法，參數(shù)整定方法：理論計算、工程整定（又叫經(jīng)驗整定方法，分為臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗湊試法）分為臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗湊試法） 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述臨界比例度法臨界比例度法 先將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小先將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小地逐漸改變控制器的比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，這地逐漸改變控制器的比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，這時的比例度稱為時的比例度稱為臨界比例度臨界比例度K K，周期稱為，周期稱為臨界振蕩周期臨界振蕩周期TkTk。然后按表中的經(jīng)驗公式計算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。然后按表中的經(jīng)驗公式計算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。Tkttfy臨界振蕩過程臨界振蕩過