過程控制系統(tǒng)教學(xué)課件

1、 凡是采用數(shù)字或模擬控制方式對生產(chǎn)過程的某一或凡是采用數(shù)字或模擬控制方式對生產(chǎn)過程的某一或某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動控制通稱為過程控制。某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動控制通稱為過程控制。( (另有運(yùn)另有運(yùn)動控制方向動控制方向) ) 生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、減少成本、改善勞動條件、保證安全和提高勞動生減少成本、改善勞動條件、保證安全和提高勞動生產(chǎn)率重要手段，一直起著極其重要的作用。其發(fā)展產(chǎn)率重要手段，一直起著極其重要的作用。其發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個方面經(jīng)歷了以下幾個方面 過程控制系統(tǒng)在控制結(jié)構(gòu)上經(jīng)歷了三個發(fā)展階段過程控制系統(tǒng)在控制結(jié)構(gòu)上經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：

2、分散控制階段分散控制階段, , 集中控制階段和集散控制階段。集中控制階段和集散控制階段。 從過程控制采用的理論與技術(shù)手段來看，可以粗略地把它劃為三個從過程控制采用的理論與技術(shù)手段來看，可以粗略地把它劃為三個階段：階段：第一階段第一階段 70 70 年代之前年代之前 初級階段，包括人工控制，以古典控制理論為主要基初級階段，包括人工控制，以古典控制理論為主要基礎(chǔ)，采用常規(guī)氣動、液動和電動儀表，對生產(chǎn)過程礎(chǔ)，采用常規(guī)氣動、液動和電動儀表，對生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力和液位進(jìn)行控制，在諸多控中的溫度、流量、壓力和液位進(jìn)行控制，在諸多控制系統(tǒng)中，以單回路結(jié)構(gòu)、制系統(tǒng)中，以單回路結(jié)構(gòu)、PID PID 策

3、略為主，同時針策略為主，同時針對不同的對象與要求，創(chuàng)造了一些專門的控制系統(tǒng)，對不同的對象與要求，創(chuàng)造了一些專門的控制系統(tǒng)，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滯后的如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滯后的Smith Smith 預(yù)估器，克服干擾的前饋控制和串級控制等預(yù)估器，克服干擾的前饋控制和串級控制等等，這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)，實現(xiàn)定值控制。等，這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)，實現(xiàn)定值控制。這與當(dāng)時生產(chǎn)水平是相適應(yīng)的。這與當(dāng)時生產(chǎn)水平是相適應(yīng)的。第二階段（第二階段（70 70 年代年代90 90 年代初）年代初） 發(fā)展階段，以現(xiàn)代控制理論為主要基礎(chǔ)，以微型計算機(jī)和高檔儀發(fā)展階段，以現(xiàn)代

4、控制理論為主要基礎(chǔ)，以微型計算機(jī)和高檔儀表為工具，對較復(fù)雜的工業(yè)過程進(jìn)行控制。這階段的建模理論、表為工具，對較復(fù)雜的工業(yè)過程進(jìn)行控制。這階段的建模理論、在線辨識和實時控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先在線辨識和實時控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先進(jìn)控制系統(tǒng)和高級控制策略，如克服對象特性時變和環(huán)境干擾進(jìn)控制系統(tǒng)和高級控制策略，如克服對象特性時變和環(huán)境干擾等不確定影響的等不確定影響的自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制，消除因模型失配而產(chǎn)生不良影響，消除因模型失配而產(chǎn)生不良影響的的預(yù)測控制預(yù)測控制等。這階段的主要任務(wù)是克服干擾和模型變化，滿等。這階段的主要任務(wù)是克服干擾和模型變化，滿足復(fù)雜的工藝要求

5、，提高控制質(zhì)量。足復(fù)雜的工藝要求，提高控制質(zhì)量。1975 1975 年，世界上第一臺分年，世界上第一臺分散控制系統(tǒng)在美國散控制系統(tǒng)在美國HoneywellHoneywell公司問世，從而揭開了過程控制嶄公司問世，從而揭開了過程控制嶄新的一頁。分散控制系統(tǒng)也叫新的一頁。分散控制系統(tǒng)也叫集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)，它綜合了計算機(jī)，它綜合了計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，采用多層分級的結(jié)構(gòu)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，采用多層分級的結(jié)構(gòu)形式形式, ,按總體分散、管理集中的原則，完成對工業(yè)過程的操作、按總體分散、管理集中的原則，完成對工業(yè)過程的操作、監(jiān)視、控制。由于采用了分散的結(jié)構(gòu)和冗余

6、等技術(shù)，使系統(tǒng)的監(jiān)視、控制。由于采用了分散的結(jié)構(gòu)和冗余等技術(shù)，使系統(tǒng)的可靠性極高，再加上硬件方面的開放式框架和軟件方面的模塊可靠性極高，再加上硬件方面的開放式框架和軟件方面的模塊化形式，使得它組態(tài)、擴(kuò)展極為方便，還有眾多的控制算法化形式，使得它組態(tài)、擴(kuò)展極為方便，還有眾多的控制算法( (幾幾十至上百種十至上百種) ) 、較好的人、較好的人機(jī)界面和故障檢測報告功能。經(jīng)過機(jī)界面和故障檢測報告功能。經(jīng)過20 20 多年的發(fā)展，它已日臻完善，在眾多的控制系統(tǒng)中，顯示出出多年的發(fā)展，它已日臻完善，在眾多的控制系統(tǒng)中，顯示出出類拔萃的風(fēng)范，因此，可以毫不夸張地說，分散控制系統(tǒng)是過類拔萃的風(fēng)范，因此，可以毫

7、不夸張地說，分散控制系統(tǒng)是過程控制發(fā)展史上的一個里程碑。程控制發(fā)展史上的一個里程碑。第三階段第三階段 90 90 年代后。年代后。 高級階段。目前，過程控制正朝高級階段走來，不論是高級階段。目前，過程控制正朝高級階段走來，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝綜合化、智能化方向發(fā)展，性、可能性來看，過程控制是朝綜合化、智能化方向發(fā)展，以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對企業(yè)的經(jīng)營、計劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從企業(yè)的經(jīng)營、計劃、

8、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從原料進(jìn)庫到產(chǎn)品出廠的自動化、整個生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的原料進(jìn)庫到產(chǎn)品出廠的自動化、整個生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。它表現(xiàn)的最大特征是最優(yōu)化。它表現(xiàn)的最大特征是仿人腦功能仿人腦功能，這一點(diǎn)在某種，這一點(diǎn)在某種程度上是回復(fù)到初級階段的人工控制，但更多的是在人工程度上是回復(fù)到初級階段的人工控制，但更多的是在人工控制基礎(chǔ)上的進(jìn)步與飛躍?？刂苹A(chǔ)上的進(jìn)步與飛躍。1-11-1典型單回路控制系統(tǒng)典型單回路控制系統(tǒng)液位變送器液位控制器執(zhí)行器2 2、系統(tǒng)方塊圖、系統(tǒng)方塊圖3 3、主要組成部分、主要組成部分 生產(chǎn)過程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。生產(chǎn)過程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。儀表課中已做

9、介紹。儀表課中已做介紹。實時地對被控系統(tǒng)施加控制作用。實時地對被控系統(tǒng)施加控制作用。 將控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動控制閥。常見的將控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動控制閥。常見的有氣動和電動兩種。有氣動和電動兩種。 控制進(jìn)料量。有氣開式和氣關(guān)式之別?？刂七M(jìn)料量。有氣開式和氣關(guān)式之別。1 1、被控對象被控對象 ( (簡稱對象或過程簡稱對象或過程) )：前已述及。：前已述及。2 2、被控變量：被控變量：按照生產(chǎn)過程要求，某些變量應(yīng)該維持在按照生產(chǎn)過程要求，某些變量應(yīng)該維持在穩(wěn)定的變化范圍內(nèi)，如果對其施加控制作用，就稱穩(wěn)定的變化范圍內(nèi)，如果對其施加控制作用，就稱其為被控參其為被控參數(shù)。如溫度、壓力、流量、液位、成分

10、等。數(shù)。如溫度、壓力、流量、液位、成分等。凡是影響被控量的各種作用均叫做干擾或擾動。凡是影響被控量的各種作用均叫做干擾或擾動。受控于執(zhí)行器受控于執(zhí)行器(控制閥控制閥)，用于調(diào)節(jié)被控變量大小的，用于調(diào)節(jié)被控變量大小的物理量，稱為操縱變量。它是系統(tǒng)的一種擾動。物理量，稱為操縱變量。它是系統(tǒng)的一種擾動。 被控變量經(jīng)檢測變送后即是測量值。被控變量經(jīng)檢測變送后即是測量值。：即被控變量的設(shè)定值。：即被控變量的設(shè)定值。準(zhǔn)確地說，應(yīng)是被控量的給定值與實際值之差。但準(zhǔn)確地說，應(yīng)是被控量的給定值與實際值之差。但能夠直接得到的信號是被控量的測量值，故通常把測量值與給能夠直接得到的信號是被控量的測量值，故通常把測量值

11、與給定值之差稱作為偏差。定值之差稱作為偏差。 對于控制系統(tǒng)而言，外部輸入為給定值，故偏差定義為：對于控制系統(tǒng)而言，外部輸入為給定值，故偏差定義為： 對于控制器而言，外部輸入為測量值，故偏差定義為：對于控制器而言，外部輸入為測量值，故偏差定義為：根據(jù)偏差值、經(jīng)一定算法得到的輸出值。調(diào)節(jié)根據(jù)偏差值、經(jīng)一定算法得到的輸出值。調(diào)節(jié)器輸出亦稱控制作用。器輸出亦稱控制作用。 是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最大的一種過程控制系統(tǒng)。是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最大的一種過程控制系統(tǒng)。在運(yùn)行時，系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時根據(jù)生在運(yùn)行時，系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近產(chǎn)

12、工藝要求，被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近波動。波動。 2 2、隨動控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng) 其給定值按預(yù)定的時間程序來變化。如機(jī)械工業(yè)其給定值按預(yù)定的時間程序來變化。如機(jī)械工業(yè)中的退火爐的溫度控制系統(tǒng)，其給定值是按升溫、中的退火爐的溫度控制系統(tǒng)，其給定值是按升溫、 保溫、保溫、 逐次降溫等程序變化的。家用電器中應(yīng)用定逐次降溫等程序變化的。家用電器中應(yīng)用定值控制系統(tǒng)的也很多，如電腦控制的洗衣機(jī)、電飯煲值控制系統(tǒng)的也很多，如電腦控制的洗衣機(jī)、電飯煲等。等。 21BBn n/11BB1BBB21121 為被控量偏離穩(wěn)定值或設(shè)定值的最大偏差值。為被控量偏離穩(wěn)定值或設(shè)定值的最大偏差值。其它課程已做介

13、紹，不再詳述。其它課程已做介紹，不再詳述。 超調(diào)量上升時間調(diào)節(jié)時間穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差e()過程演示返回 討論：討論：(1)、靜態(tài)時，、靜態(tài)時，q10=q20=dh0/dt=0 ; (2)、當(dāng)當(dāng)q1變化時變化時h變化變化 q2變化。變化。 經(jīng)線性化處理，有經(jīng)線性化處理，有1211012202012.(25);.(26)dhqqAdtqqqqqqhhhdVdhqqAdtdt 22.(27)hqR1212()()().( )hdhqARd tHsQsA s HsR 拉 普 拉 斯 變 換212( )( ).(28)( )11OOOKRH SGsQsAR sT s (1)、容量、容量C 含義：生產(chǎn)設(shè)備和

14、傳輸管路都具有一定的儲蓄物質(zhì)或能量的能含義：生產(chǎn)設(shè)備和傳輸管路都具有一定的儲蓄物質(zhì)或能量的能力。被控對象儲存能力的大小，稱為力。被控對象儲存能力的大小，稱為容量或容量系數(shù)容量或容量系數(shù)，其意義是，其意義是：引起單位被控量變化時，被控過程儲存量變化量。：引起單位被控量變化時，被控過程儲存量變化量。 種類：有電容、熱容、氣容、液容等等。種類：有電容、熱容、氣容、液容等等。 (2)、阻力、阻力 概念：凡是物質(zhì)或能量的轉(zhuǎn)移，都要克服阻力，阻力的大小概念：凡是物質(zhì)或能量的轉(zhuǎn)移，都要克服阻力，阻力的大小決決定于不同的勢頭和流率。定于不同的勢頭和流率。 種類：電阻、熱阻、氣阻、流種類：電阻、熱阻、氣阻、流(

15、液液)阻。阻。返回( (二二) )、具有純滯后單容過程的數(shù)學(xué)模型、具有純滯后單容過程的數(shù)學(xué)模型1 1、純滯后的概念、純滯后的概念 純滯后是普遍存在的，如下頁圖所示。純滯后是普遍存在的，如下頁圖所示。 000 10010()(2 9)( )( )( )1sd hThK q tdtKH sG seQ sT s 2 2、數(shù)學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型純滯后單容過程及其響應(yīng)曲線無純滯后有純滯后( (三三) )、多容過程的數(shù)學(xué)模型、多容過程的數(shù)學(xué)模型2-5h1h22 2、三容過程的微分方程模型、三容過程的微分方程模型 1111111111112122122222222223333233333333( )( )( )

16、1( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )1( )( )dhqqCd tGsGsCsHshqGsHsRRdhqqCGsGsCsHsd thGsHsqRRGsGsCsHsdhqqCd tGsHsRhqR 3 3、三容過程的方框圖、三容過程的方框圖由式由式(2-10)(2-10)的拉氏變換，可得圖的拉氏變換，可得圖2-62-6。由圖由圖2-62-6，應(yīng)用自控理論即可獲得其模型。，應(yīng)用自控理論即可獲得其模型。 無自衡過程的概念：如下圖。無自衡過程的概念：如下圖。( (四四) )、無自平衡能力對象特性無自平衡能力對象特性(1)、單容過程的數(shù)學(xué)模型、單容過程的數(shù)學(xué)模型12dhqqC

17、d t 返回1dhCqd t0000101( ).(2 15).( )1( ).(2 16)( )sG sT sH sG seQ sT s或第一章第一章 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)液位變送器液位控制器執(zhí)行器氣開2 2、系統(tǒng)方框圖、系統(tǒng)方框圖3 3、特點(diǎn)、特點(diǎn) 最簡單、最基本；應(yīng)用最廣泛、最成熟。最簡單、最基本；應(yīng)用最廣泛、最成熟。 是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)整定的基礎(chǔ)。是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)整定的基礎(chǔ)。 適用于被控對象滯后時間較小，負(fù)載和干擾不大，控制質(zhì)適用于被控對象滯后時間較小，負(fù)載和干擾不大，控制質(zhì)量要求不很高的場合。量要求不很高的場合。1 1、安全性、安全性2 2、穩(wěn)定性、穩(wěn)定

18、性3 3、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性1 1、建立被控過程的數(shù)學(xué)模型、建立被控過程的數(shù)學(xué)模型2 2、選擇控制方案、選擇控制方案3 3、選擇控制設(shè)備型號規(guī)格、選擇控制設(shè)備型號規(guī)格4 4、實驗（與仿真）、實驗（與仿真） 包括儀表（微機(jī)）選型、控制室和儀表盤設(shè)計、供水供電包括儀表（微機(jī)）選型、控制室和儀表盤設(shè)計、供水供電供氣設(shè)計、信號系統(tǒng)設(shè)計、安全防暴設(shè)計等。供氣設(shè)計、信號系統(tǒng)設(shè)計、安全防暴設(shè)計等。3、工程安裝、工程安裝4、儀表調(diào)試、儀表調(diào)試5、參數(shù)整定、參數(shù)整定2、工程設(shè)計、工程設(shè)計 1、方案設(shè)計、方案設(shè)計1.1.選擇的意義選擇的意義2. 2. 選擇方法選擇方法3. 3. 選間接參數(shù)的原則選間接參數(shù)的原則 必須

19、考慮工藝生產(chǎn)的合理性和儀表的現(xiàn)狀。必須考慮工藝生產(chǎn)的合理性和儀表的現(xiàn)狀。 間接參數(shù)應(yīng)與直接參數(shù)有某種單值函數(shù)關(guān)系。間接參數(shù)應(yīng)與直接參數(shù)有某種單值函數(shù)關(guān)系。 間接參數(shù)要有足夠的靈敏度。間接參數(shù)要有足夠的靈敏度。 (, )DDXf Tp 當(dāng)生產(chǎn)過程中有多個因素能影響被控變量變化時，應(yīng)分析過程擾動通道當(dāng)生產(chǎn)過程中有多個因素能影響被控變量變化時，應(yīng)分析過程擾動通道特性與控制通道特性對控制質(zhì)量的影響，正確地選擇可控性良好的變量作為特性與控制通道特性對控制質(zhì)量的影響，正確地選擇可控性良好的變量作為操縱操縱( (控制控制) )量。量。 一般希望控制通道克服擾動的能力要強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)比擾動通道快。一般希望控制通

20、道克服擾動的能力要強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)比擾動通道快。通道的概念：通道的概念：某個參數(shù)影響另一個參數(shù)的通路。某個參數(shù)影響另一個參數(shù)的通路。 F1Fn為系統(tǒng)的輸入，在為系統(tǒng)的輸入，在F1Fn中選取某一個作為操縱變量，那么其中選取某一個作為操縱變量，那么其他的則稱為干擾。他的則稱為干擾。11( )( ) ( )( )( )( )( )PCPDPDnnY sGs U sGs FsGs Fs1.3.1 干擾通道特性干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響對控制質(zhì)量的影響突出干擾作用突出干擾作用: :( )ccGsK( )1fPDfKGsT s00102( )11PCKGsT sT s 00 10 21( )( )( )1(

21、 )( )111ffP DCP CCKTsGsYsKFsGs GsKTsTs1( )F ss(1)干擾通道放大倍數(shù)干擾通道放大倍數(shù)Kf的影響的影響運(yùn)用終值定理運(yùn)用終值定理0( )lim ( )lim(s)tsyy tsY 01fCKK KKC控制器放大倍數(shù)控制器放大倍數(shù)K0被控對象放大倍數(shù)被控對象放大倍數(shù)( )y 即系統(tǒng)殘差，越小即系統(tǒng)殘差，越小Kf越小越小要求要求(2)(2)干擾通道時間常數(shù)干擾通道時間常數(shù)Tf的影響的影響11( )( )( )( )( )1( )( )1( )( )fP DCP CCP CTsGsYsYsFsFsGs GsGs Gs1fK 1CK 01K 結(jié)論：結(jié)論： Tf

22、越大，信號被衰減的越多，即濾波作用越大，信號被衰減的越多，即濾波作用越強(qiáng)，那么干擾信號對被控變量的影響越弱越強(qiáng)，那么干擾信號對被控變量的影響越弱結(jié)論：干擾通道結(jié)論：干擾通道時間常數(shù)越大時間常數(shù)越大，個數(shù)越多個數(shù)越多，或者，或者說干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置說干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控變量而靠近控越遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥制閥，干擾對被控變量的影響越小，系統(tǒng)的質(zhì)量，干擾對被控變量的影響越小，系統(tǒng)的質(zhì)量越高。越高。(2-1)(2-1)干擾進(jìn)入位置的影響干擾進(jìn)入位置的影響(3)(3)干擾通道純滯后的影響干擾通道純滯后的影響結(jié)論：結(jié)論：( )( )( )( )()1( )( )fsPDCPCGs eYsF s

23、y ty tGs Gs控制通道動態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響控制通道動態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響(1)(1)控制通道控制通道放大倍數(shù)放大倍數(shù)K0的影響的影響( )ccGsK1( )1PDfGsT s00102( )11PCKGsT sT s 0 10 20 10 20( )( )( )1( )( )11111P DCP CfCGsYsFsGs GsTsTsTsTsTsKK010201110fCT sT sT sK K特征方程：0102011=0CT sT sK K振蕩環(huán)節(jié)（第2項）：20102001 0201 0210CTTK KssT TT T0102001 0220001 0221CTTT TK K

24、T T有：010201 0202(1)CTTT TK K一定時，必有一定時，必有KCK0=常數(shù)。即常數(shù)。即K0越大則需要調(diào)整越大則需要調(diào)整KC越小越小。整體系統(tǒng)由干擾產(chǎn)生的誤差也不改變。整體系統(tǒng)由干擾產(chǎn)生的誤差也不改變。結(jié)論：系統(tǒng)余差結(jié)論：系統(tǒng)余差y()與與K0無關(guān)，但無關(guān)，但K0大表示操縱量對控大表示操縱量對控制變量的影響大，更為有效。制變量的影響大，更為有效。當(dāng)該通道不選做控制通道（不選擇此干擾為操縱量），當(dāng)該通道不選做控制通道（不選擇此干擾為操縱量），則該通道為干擾通道，此干擾對被控變量影響大，則該通道為干擾通道，此干擾對被控變量影響大，對系對系統(tǒng)不利。統(tǒng)不利。(2)(2)控制通道時間常

25、數(shù)控制通道時間常數(shù)T0的影響的影響200102001 0201 0201,2(1)CCK KTTT TT TK K由于201 系統(tǒng)工作頻率：不變的情況下，不變的情況下， T01或者或者T02的增大導(dǎo)致的增大導(dǎo)致的下降，的下降，會導(dǎo)致系統(tǒng)控制速度變慢。會導(dǎo)致系統(tǒng)控制速度變慢。根軌跡法有同樣的結(jié)論。根軌跡法有同樣的結(jié)論。(3) (3) 控制通道純滯后的影響控制通道純滯后的影響C：無控制作用時的反應(yīng)曲線：無控制作用時的反應(yīng)曲線A：控制及時控制作用曲線：控制及時控制作用曲線D：控制及時反應(yīng)曲線：控制及時反應(yīng)曲線B：控制不及時控制作用曲線：控制不及時控制作用曲線E：控制不及時反應(yīng)曲線：控制不及時反應(yīng)曲線

26、純滯后的存在會使控制不及時，動態(tài)偏差純滯后的存在會使控制不及時，動態(tài)偏差（超調(diào)量）增大，穩(wěn)定性下降（超調(diào)量）增大，穩(wěn)定性下降1.3.3 1.3.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇1、所選的操縱變量必須是可控的；、所選的操縱變量必須是可控的；2、所選的操縱變量應(yīng)是通道放大倍數(shù)比較大者，最好大于、所選的操縱變量應(yīng)是通道放大倍數(shù)比較大者，最好大于擾動通道的放大倍數(shù)；擾動通道的放大倍數(shù)；3、所選的操縱變量應(yīng)使擾動通道時間常數(shù)越大越好，而控、所選的操縱變量應(yīng)使擾動通道時間常數(shù)越大越好，而控制通道時間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些為好，但不宜過小；制通道時間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些為好，但不宜過?。?、所選的操縱變量其通道純滯后

27、時間應(yīng)越小越好；、所選的操縱變量其通道純滯后時間應(yīng)越小越好；5、所選的操縱變量應(yīng)盡量使干擾點(diǎn)遠(yuǎn)離被控變量而靠近控、所選的操縱變量應(yīng)盡量使干擾點(diǎn)遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥；制閥；6、注意注意1.控制通道控制通道2.擾動通道擾動通道3.注意注意實例討論實例討論例例1 1：噴霧式乳粉干燥設(shè)備的控制。：噴霧式乳粉干燥設(shè)備的控制。 1.工藝流程：工藝流程：以乳化物的干燥過程為例來設(shè)計干燥器。由以乳化物的干燥過程為例來設(shè)計干燥器。由于乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，也不能用泵抽于乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的辦法。送，因而采用高位槽的辦法。濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過濾

28、器濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過濾器A或或B，慮去凝結(jié)塊和其，慮去凝結(jié)塊和其他雜質(zhì)，并從干燥器頂部由噴嘴噴下。有鼓風(fēng)機(jī)將一部分他雜質(zhì)，并從干燥器頂部由噴嘴噴下。有鼓風(fēng)機(jī)將一部分空氣送至換熱器，用蒸汽進(jìn)行加熱，并將與來自鼓風(fēng)機(jī)的空氣送至換熱器，用蒸汽進(jìn)行加熱，并將與來自鼓風(fēng)機(jī)的另一部分空氣混合，經(jīng)風(fēng)管送往干燥器，由下而上吹，以另一部分空氣混合，經(jīng)風(fēng)管送往干燥器，由下而上吹，以便蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，并隨濕空氣一便蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，并隨濕空氣一起由底部送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要起由底部送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，

29、因而需要對干燥的溫度求很高，水分含量不能波動太大，因而需要對干燥的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。進(jìn)行嚴(yán)格控制。2.被控被控變量變量選擇選擇： 3.操縱變量的選擇操縱變量的選擇 乳液流量乳液流量f1；空氣流量；空氣流量f2；蒸汽流量；蒸汽流量f31 1、圖、圖a a 乳液直接進(jìn)入干燥器，控制通道的滯后最小，對被控乳液直接進(jìn)入干燥器，控制通道的滯后最小，對被控溫度的校正作用最靈敏，而且干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置遠(yuǎn)離被控量，溫度的校正作用最靈敏，而且干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置遠(yuǎn)離被控量，所以將乳液流量作為控制參數(shù)應(yīng)該是最佳的控制方案；但是，所以將乳液流量作為控制參數(shù)應(yīng)該是最佳的控制方案；但是，由于乳液流量是生產(chǎn)負(fù)荷，工藝要求必

30、須穩(wěn)定，若作為控制參由于乳液流量是生產(chǎn)負(fù)荷，工藝要求必須穩(wěn)定，若作為控制參數(shù)則很難滿足工藝要求。所以，將乳液流量作為控制參數(shù)的控數(shù)則很難滿足工藝要求。所以，將乳液流量作為控制參數(shù)的控制方案應(yīng)盡可能避免。制方案應(yīng)盡可能避免。2 2、旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，它與圖、旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，它與圖a a控制方案相比，控制通道存在一定的純滯后，對干燥溫度?？刂品桨赶啾龋刂仆ǖ来嬖谝欢ǖ募儨?，對干燥溫度校正作用的靈敏度雖然差一些，但可通過縮短傳輸管道的長度正作用的靈敏度雖然差一些，但可通過縮短傳輸管道的長度而減小純滯后時間。而減小純滯后時間。3 3、對圖、對圖c

31、c所示的控制方案分析可知，蒸汽需經(jīng)過換熱器的熱所示的控制方案分析可知，蒸汽需經(jīng)過換熱器的熱交換，才能改變空氣溫度。由于換熱器的時間常數(shù)較大，而交換，才能改變空氣溫度。由于換熱器的時間常數(shù)較大，而且該方案的控制通道既存在容量滯后又存在純滯后，因而對且該方案的控制通道既存在容量滯后又存在純滯后，因而對干燥溫度校正作用的靈敏度最差。干燥溫度校正作用的靈敏度最差。略略1 1、生產(chǎn)安全出發(fā)、生產(chǎn)安全出發(fā)2 2、保證產(chǎn)品質(zhì)量、保證產(chǎn)品質(zhì)量3 3、降低原料、成品、動力耗損來考慮、降低原料、成品、動力耗損來考慮4 4、介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。、介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。直線直線對數(shù)對數(shù)快開快開生產(chǎn)負(fù)荷生產(chǎn)負(fù)荷流量流量保持在生產(chǎn)

32、負(fù)荷變化時，衰減比保持在生產(chǎn)負(fù)荷變化時，衰減比n=4:1n=4:1，有，有00()()0.5cvvK K K Gjw Gjw 00()()()vvK K Gjw GjwC常數(shù)不變，則不變，則()vGjw假設(shè)假設(shè)001/()vKK Gjw212( )( ).(28)( )11OOOKRH SGsQsAR sT s2210101010hhhRqpghCChhhFCghCg 111111OOOT jwT wThF11OT jw212()ppdcVFHGcdt動態(tài)平衡系統(tǒng)：12()pFHGc靜態(tài)平衡系統(tǒng)：生產(chǎn)負(fù)荷G發(fā)生變化時：22200GGG22010202010()+()pppdcVGcG cdt

33、兩式相減：2001020()ppdcVFHG cdt負(fù)荷變化前：2102()ppdcVFHGcdt負(fù)荷變化后：220210201022010()+()()()pppppdc VGcGG cdtGcGc 20G，22200GGG利用消去2020dTKGdt0020002010001111(),11 ()11/VTGGGjwG FT jwTT wKGGKF 其中0200( )( )( )( )1KsG sK G sG sT s線性閥門線性閥門測量滯后包括：測量環(huán)節(jié)的測量滯后包括：測量環(huán)節(jié)的容量滯后容量滯后和信號測量過程的和信號測量過程的純滯后純滯后（1 1）容量滯后）容量滯后211( )11( )

34、,( )( )1mmYsGsYssYsT s221111( )( )111mtTmmYsy tessT ssT 21( )( )yy t 12122201111( )( )( )lim ()1msmYsyysTssT ss 當(dāng)（2 2）測量環(huán)節(jié)的純滯后）測量環(huán)節(jié)的純滯后測量環(huán)節(jié)的純滯后和控制通道的純滯后的影響相同。測量環(huán)節(jié)的純滯后和控制通道的純滯后的影響相同。溫度參數(shù)和物性參數(shù)的測量很容易引入純滯后，且一般比較大。溫度參數(shù)和物性參數(shù)的測量很容易引入純滯后，且一般比較大。流量參數(shù)的測量滯后一般都比較小。流量參數(shù)的測量滯后一般都比較小。信號的傳送滯后包括：信號的傳送滯后包括： 測量信號傳送滯后測量

35、信號傳送滯后 控制信號傳送滯后控制信號傳送滯后對于電號滯后時間常數(shù)對于電號滯后時間常數(shù)=0對于氣動信號對于氣動信號481：純滯后時間純滯后時間=K1 L時間常數(shù)時間常數(shù)T=K2L（1）克服測量滯后的辦法克服測量滯后的辦法1 1、選擇惰性小的快速測量元件，以減小時間常數(shù)。、選擇惰性小的快速測量元件，以減小時間常數(shù)。2 2、選擇合適的測量點(diǎn)，以減少純滯后。、選擇合適的測量點(diǎn)，以減少純滯后。3 3、使用微分單元，以克服測量環(huán)節(jié)的容量滯后。、使用微分單元，以克服測量環(huán)節(jié)的容量滯后。1mmKT s設(shè)測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：1DT s微分環(huán)節(jié)為：通過調(diào)整使通過調(diào)整使Tm=TD就可完全克服容量滯后。就可完全克

36、服容量滯后。微分環(huán)節(jié)加入位置分析：兩種加入位置微分環(huán)節(jié)加入位置分析：兩種加入位置1、克服干擾效果對比、克服干擾效果對比由方框圖有傳遞函數(shù)均為：由方框圖有傳遞函數(shù)均為：0( )( )( )1( )( )( )( )( )PDcvmDGsY sF sGs Gs Gs Gs Gs2、設(shè)定值變化效果對比、設(shè)定值變化效果對比00( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )cvcvmDGs Gs GsY sR sGs Gs Gs Gs Gs1-23結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1-24結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)00( )( )( )( )( )( )1( )( )( )( )( )DcvcvmDGs Gs Gs GsY sR

37、sGs Gs Gs Gs Gs對比兩種結(jié)構(gòu)，后一種較前一種多了一個微分單元。對比兩種結(jié)構(gòu)，后一種較前一種多了一個微分單元。微分單元的引入無法克服純滯后，微分單元的引入無法克服純滯后， 應(yīng)用結(jié)構(gòu)應(yīng)用結(jié)構(gòu)1-24會增加設(shè)備會增加設(shè)備投入投入微分單元的引入可以提高系統(tǒng)微分單元的引入可以提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)速度，但是會對系統(tǒng)，但是會對系統(tǒng)穩(wěn)定穩(wěn)定性性產(chǎn)生影響。尤其是對設(shè)定值的改變較為敏感。因此常使用產(chǎn)生影響。尤其是對設(shè)定值的改變較為敏感。因此常使用不理想微分環(huán)節(jié)或者微分先行或者比利先行控制器代替不理想微分環(huán)節(jié)或者微分先行或者比利先行控制器代替。應(yīng)用結(jié)構(gòu)應(yīng)用結(jié)構(gòu)1-24會增加設(shè)備投入會增加設(shè)備投入 被控

38、對象、被控變量、操縱變量、變送裝置和控制閥確被控對象、被控變量、操縱變量、變送裝置和控制閥確 定之后控制其參數(shù)是決定控制系統(tǒng)質(zhì)量唯一因素。定之后控制其參數(shù)是決定控制系統(tǒng)質(zhì)量唯一因素。 根據(jù)對象特性和控制質(zhì)量要求選擇控制器的控制作用確根據(jù)對象特性和控制質(zhì)量要求選擇控制器的控制作用確 定控制器的類型。定控制器的類型。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)= =穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差= =靜態(tài)誤差靜態(tài)誤差= =余差余差00( )( )( )1( )( )cGsE sF sGs Gs00()()( ),( )1,( )()()ccvKGsKF ssGss 利用終值定理利用終值定理00000000000000()(

39、)( )()()lim ( )lim( )lim( )lim1( )( )()()1()()1,(1)()()lim()()()(),(0)1vtsssccvccvsccKGsse tsE ssF sGs GsKKsKvK KKKsK KKvK K 徹底消除靜差就需要引入積分環(huán)節(jié)：徹底消除靜差就需要引入積分環(huán)節(jié)：1( )(1)cciGsKT s微分環(huán)節(jié)通常情況下對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無影響微分環(huán)節(jié)通常情況下對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無影響（1 1）比例放大倍數(shù)）比例放大倍數(shù)Kc111110()( )( )111tTcKE se tesTsssT 開路11111111110( )11111( )(1)1cccccccKtT

40、cKKTsKE ssssKKTsKsTsTe teK 應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定裕度理論有同樣的結(jié)論。（應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定裕度理論有同樣的結(jié)論。（裕度）裕度）（2 2）積分時間）積分時間Ti2111( )11(1)1(1)1icicciiiTTsE ssKTKKssTsT sTTTT020(1)2ciiciKTTTKTT有：(1)2cciKTKT 積分控制作用能消除余差，但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分控制作用能消除余差，但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 Ti愈小，穩(wěn)定性愈差愈小，穩(wěn)定性愈差（阻尼系數(shù)變小）（阻尼系數(shù)變?。?。（3 3）微分時間）微分時間TD 微分具有超前相角，可縮短過渡過程時間，提微分具有超前相角，可縮短過渡過程

41、時間，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動態(tài)偏差。高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動態(tài)偏差。 但微分作用過大會使系統(tǒng)變得敏感，系統(tǒng)趨于但微分作用過大會使系統(tǒng)變得敏感，系統(tǒng)趨于發(fā)散。發(fā)散。 一般用于慣性較大或容量滯后較大的對象。一般用于慣性較大或容量滯后較大的對象。11arg(1)arctanDDDDT sT jwT jwT w 微分環(huán)節(jié)為：(1)(1)、特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，過渡過程時間短，但、特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，過渡過程時間短，但 有余差。有余差。(2)(2)、適用：控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大，、適用：控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大， 允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。 控制器的

42、選型應(yīng)由對象的特性和工藝要求確定?？刂破鞯倪x型應(yīng)由對象的特性和工藝要求確定。 1 1、P P控制器的選擇控制器的選擇2 2、PIPI控制器的選擇控制器的選擇 (1) (1)、特點(diǎn)：過渡過程結(jié)束時無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)、特點(diǎn)：過渡過程結(jié)束時無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。定性降低。 (2) (2)、適用：滯后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不、適用：滯后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)允許有余差的控制系統(tǒng) 。(1)(1)、特點(diǎn)：對克服對象的容量滯后有顯著的效果。、特點(diǎn)：對克服對象的容量滯后有顯著的效果。(2)(2)、適用：負(fù)荷變化大，容量滯后大，控制質(zhì)量、適用：負(fù)荷變化大，容量滯后大，控制質(zhì)量

43、 要求很高的系統(tǒng)。要求很高的系統(tǒng)。 3 3、PIDPID控制器的選擇控制器的選擇 控制系統(tǒng)按照設(shè)計的要求連好后，檢查線路無誤，所有儀表控制系統(tǒng)按照設(shè)計的要求連好后，檢查線路無誤，所有儀表經(jīng)過檢查符合精度要求并運(yùn)行正常，則可著手進(jìn)行控制系統(tǒng)的經(jīng)過檢查符合精度要求并運(yùn)行正常，則可著手進(jìn)行控制系統(tǒng)的投運(yùn)和控制器參數(shù)的整定工作。投運(yùn)和控制器參數(shù)的整定工作。(1)(1)方框圖的方框圖的“+ +”、“- -”號的判斷：號的判斷：a a）環(huán)節(jié)輸入增加）環(huán)節(jié)輸入增加輸出增加，則此環(huán)節(jié)方框圖為輸出增加，則此環(huán)節(jié)方框圖為“+ +”，否，否則為則為“- -” ” 。b b）對于測量環(huán)節(jié)，輸出總是隨著測量量的增大而增

44、加，故）對于測量環(huán)節(jié)，輸出總是隨著測量量的增大而增加，故測量環(huán)節(jié)一般為測量環(huán)節(jié)一般為“+ +”。c c）氣開閥符號為）氣開閥符號為“+ +”，氣閉閥為，氣閉閥為“- -”。d) d)控制器正作用符號為控制器正作用符號為“+ +”，反作用為，反作用為“- -”。 原則原則：分析系統(tǒng)是否為負(fù)反饋系統(tǒng)！分析系統(tǒng)是否為負(fù)反饋系統(tǒng)！ 手動手動自動狀態(tài)的無擾動切換。自動狀態(tài)的無擾動切換。maxmax() 100%exexmaxmax ;.eexx 式中控制器輸入的測量范圍輸入變化量控制器輸出的變化全范圍輸出變化量 1100%cpK 參數(shù)整定的方法參數(shù)整定的方法: : 1 1、理論整定法、理論整定法: :時

45、域法、頻率特性法、根軌跡法等。時域法、頻率特性法、根軌跡法等。例例025( )(41)(201)Gsss要求實現(xiàn)要求實現(xiàn)4:14:1衰減比，求衰減比，求Kp。00( )( )( )( )1( )( )ccGs GsY sR sGs Gs01( )( )=0cGs Gs特征方程：280241250pssK 280241250pssK 21,224244 80(125)160pKsj 221( )1sin(),arccos ,11nw tddny tew tww 22( )sin()cos()011nnw tw tndddwwy tew tew t21tan()ddw tw tk12221331p

46、dnpdntwwtww2211312nnwwee22112nwen1222lnln1nnw取對數(shù)：2ln()21nnmw衰減指數(shù)22221,224412nnnwwswj 2220nnsw sw21nmw224ln424 80(125)24pK1.506pK ( (2) 2) 工程整定法：經(jīng)驗湊試法、臨界比例度法、衰減工程整定法：經(jīng)驗湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法等。曲線法、響應(yīng)曲線法等。 經(jīng)驗湊試法經(jīng)驗湊試法整定步驟整定步驟 (1) (1)在純比例作用下在純比例作用下 (3)(3)若需引入微分作用若需引入微分作用kT(3)根據(jù)根據(jù) K和和TK值，采用表值，采用表1-5中的經(jīng)驗公式

47、，計算中的經(jīng)驗公式，計算 、TI、TD的值。的值。(1)系統(tǒng)在閉環(huán)情況下，純比例作用下投入系統(tǒng)在閉環(huán)情況下，純比例作用下投入(TI= ,TD=0),比例比例度度 適當(dāng)適當(dāng)(一般一般 =100%);(2)改變改變 觀察輸出觀察輸出y，每次改變，每次改變 需要用設(shè)定值重新施加階躍干需要用設(shè)定值重新施加階躍干擾。若擾。若y呈現(xiàn)衰減振蕩，則減小呈現(xiàn)衰減振蕩，則減小 繼續(xù)觀察；若繼續(xù)觀察；若y呈現(xiàn)發(fā)散振呈現(xiàn)發(fā)散振蕩，則增大蕩，則增大 ；直到出現(xiàn)等幅振蕩過程，記下臨界比例度；直到出現(xiàn)等幅振蕩過程，記下臨界比例度 K和臨界振蕩周期和臨界振蕩周期TK值。值。二、穩(wěn)定邊界法二、穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）是目前工

48、程上應(yīng)用較廣泛的一種控制器參數(shù)的是目前工程上應(yīng)用較廣泛的一種控制器參數(shù)的整定方法。整定方法。 (4) 按按“先先P后后I最后最后D”的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)整到計算值上。整到計算值上。1、只能用于、只能用于2階以上系統(tǒng)或者階以上系統(tǒng)或者1階帶有純滯后的系統(tǒng)（能夠階帶有純滯后的系統(tǒng)（能夠產(chǎn)生等幅振蕩）。產(chǎn)生等幅振蕩）。2、對于嚴(yán)格控制系統(tǒng)等幅時間的系統(tǒng)無法應(yīng)用。、對于嚴(yán)格控制系統(tǒng)等幅時間的系統(tǒng)無法應(yīng)用。 1.70.13Tk0.85Tk K=20%,(1)控制器控制器 =2 K=220%=40%(2)控制器控制器 =2.2 K=2.220%=44% TI=0.8

49、5TK=0.85min(3)控制器控制器 =1.7 K=1.7 20%=34% TI=0.5TK=0.5 1=0.5min TD=0.13Tk=0.13 1=0.13min改變改變 觀察輸出觀察輸出y，每次改變，每次改變 需要用設(shè)定值重新施加階躍干擾。需要用設(shè)定值重新施加階躍干擾。若衰減比大于若衰減比大于4:14:1，則減小，則減小 繼續(xù)觀察；若衰減比小于繼續(xù)觀察；若衰減比小于4:14:1，則，則增大增大 ；直到出現(xiàn)等幅振蕩過程，記下此時的比例；直到出現(xiàn)等幅振蕩過程，記下此時的比例 s s和振蕩周和振蕩周期期T Ts s值。值。根據(jù)根據(jù) s s和和T Ts s ，使用表，使用表1 1- -6

50、6計算出控制器的各個整定參數(shù)值計算出控制器的各個整定參數(shù)值。1、只能用于、只能用于2階以上系統(tǒng)或者階以上系統(tǒng)或者1階帶有純滯后的系統(tǒng)（能夠產(chǎn)階帶有純滯后的系統(tǒng)（能夠產(chǎn)生等幅振蕩）。生等幅振蕩）。某溫度控制系統(tǒng)，采用某溫度控制系統(tǒng)，采用4：1衰減曲線法整定控制器參數(shù)，衰減曲線法整定控制器參數(shù)，得得 S=20%，TS=10min，當(dāng)控制器分別為比例作用、比例積分作，當(dāng)控制器分別為比例作用、比例積分作用、比例積分微分作用時，試求其整定參數(shù)值。用、比例積分微分作用時，試求其整定參數(shù)值。 應(yīng)用表應(yīng)用表1-6中的經(jīng)驗公式，可得中的經(jīng)驗公式，可得 (1)控制器控制器 = S=20% (2)控制器控制器 =1

51、.2 S=1.2 20%=24% TI=0.5TS=0.5 10=5min (3)控制器控制器 =0.8 S=0.8 20%=16% TI=0.3TS=0.3 10=3min TD=0.1TS=0.1 10=1min (1) (1) 系統(tǒng)處于開環(huán)穩(wěn)定情況下，手動施加控制器輸出一階躍信號系統(tǒng)處于開環(huán)穩(wěn)定情況下，手動施加控制器輸出一階躍信號p，獲取對象的響應(yīng)曲線，如下圖所示。，獲取對象的響應(yīng)曲線，如下圖所示。 依據(jù)對象的響應(yīng)曲線依據(jù)對象的響應(yīng)曲線-飛升曲線整定參數(shù)，精度更飛升曲線整定參數(shù)，精度更高。高。(2)求取廣義對象的放大系數(shù)求取廣義對象的放大系數(shù)K00maxminmaxminypKyypp式

52、中式中 y -被控參數(shù)測量值的變化量；被控參數(shù)測量值的變化量； p -控制器輸出的變化量；控制器輸出的變化量； ymax-ymin-測量儀表的刻度范圍；測量儀表的刻度范圍； p-p-控制器輸出變化范圍。控制器輸出變化范圍。解：解：2.8 500.561 10oK在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，當(dāng)電動在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，當(dāng)電動II型控制器的輸出從型控制器的輸出從6mA改變到改變到7mA時，溫度記錄儀的指針從時，溫度記錄儀的指針從85升到升到87.8，從，從原來的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為原來的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為50 100，并測出并測出 O=1.2min,

53、TO=2.5min。如采用。如采用PI和和PID控制規(guī)律，試確控制規(guī)律，試確定出整定參數(shù)。定出整定參數(shù)。PIPI1.20.560.272.5oooKT1 1、確定一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)、確定一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)( )1oooKGsT s00()(0)yyKx 01oox KT0( )oyx K oT00(1)( )( )1ooxxKR sYsss T s100( )( )(1)otyTooy ty tx KeKx 100011(2)( )( )otTootooytx Keytx KTT0( )oy tx K直線直線01( )ooy tx KtT的直線與的直線與的交點(diǎn)為所求。的交點(diǎn)為所求。響應(yīng)。即響應(yīng)

54、。即 x(t)=x1 (t)-x2(t) (見圖見圖2-11上上) =x1 (t)- x1(t-a) (2-20)則則 y*(t)=y(t)-y(t-a)或或 y(t)= y*(t)y(t-a) (2-21)x x2 2a ays=0.45 1.7 3.7 9 19 26.4 36 37.5 33.5 27.2 21 10.4 5.1 2.8 1.1 0.5;ys=0.45 1.7 3.7 9 19 26.4 36 37.5 33.5 27.2 21 10.4 5.1 2.8 1.1 0.5;y=0.45, 1.7, 3.7, 9, 19, 26.4,y=0.45, 1.7, 3.7, 9,

55、19, 26.4, 36+9, 37.5+20, 33.5+26.4, 27.2+36+9, 36+9, 37.5+20, 33.5+26.4, 27.2+36+9, 21+33.5+26.4, 10.4+21+33.5+26.4, 5.1+10.4+21+33.5+26.4, 21+33.5+26.4, 10.4+21+33.5+26.4, 5.1+10.4+21+33.5+26.4, 2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4, 1.1+2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4, 2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4, 1.1+2.8+5.1+10.4+21

56、+33.5+26.4, 0.5+1.1+2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4;0.5+1.1+2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4;t=1:16;t=1:16;plot(t,ys,t,y,r)plot(t,ys,t,y,r)1000502oK4.3104.36.7T 作業(yè)：作業(yè)：1,3,4,5,6,7,8,101,3,4,5,6,7,8,10 第二章第二章 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)2 2-1 -1 概述概述F1F2常見名詞術(shù)語常見名詞術(shù)語設(shè)閥門：氣開閥；設(shè)閥門：氣開閥；流量控制器：反作用；流量控制器：反作用；溫度控制器：反作用；溫度控制器：反作用；情況情況1 1：干

57、擾來自副環(huán)；：干擾來自副環(huán)；情況情況2 2：干擾來自主環(huán)；：干擾來自主環(huán)；+ +- - -+ + +系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析：干擾來自副環(huán)干擾來自副環(huán)干擾來自主環(huán)干擾來自主環(huán)2 2- -2 2 控制系統(tǒng)的實施控制系統(tǒng)的實施注意切注意切換條件換條件 例例2-1 2-1 選擇順序：先副后主選擇順序：先副后主副回路整體看做副回路整體看做“+ +”串級控制串級控制設(shè)定值設(shè)定值反作用反作用原料原料燃料燃料 加熱流量測量溫度測量流量流量+ + + +- -+ + + +- -+ + 例例2-2 2-2 精餾塔提餾段溫度與加熱蒸汽流量的串級控制系統(tǒng)精餾塔提餾段溫度與加熱蒸汽流量的串級控制系統(tǒng)副控制器：正作用副控制

58、器：正作用主控制器：反作用主控制器：反作用1 1、副控制器為正作用、副控制器為正作用2 2、副控制器為反作用、副控制器為反作用結(jié)論：副控制器為結(jié)論：副控制器為時可以直接切換！時可以直接切換！ 所謂投運(yùn)，就是通過適當(dāng)?shù)牟襟E，使主、副控制器從手動所謂投運(yùn)，就是通過適當(dāng)?shù)牟襟E，使主、副控制器從手動工作狀態(tài)轉(zhuǎn)到自動工作狀態(tài)；工作狀態(tài)轉(zhuǎn)到自動工作狀態(tài)； 投運(yùn)順序：先投副環(huán)后投主環(huán)投運(yùn)順序：先投副環(huán)后投主環(huán)( (常用常用) )； 投運(yùn)原則：雙向無擾動；投運(yùn)原則：雙向無擾動； 串級控制系統(tǒng)的方案正確設(shè)計后，為了使系統(tǒng)運(yùn)行串級控制系統(tǒng)的方案正確設(shè)計后，為了使系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，按照自控理論，必須對系統(tǒng)進(jìn)行校正

59、，這在最佳狀態(tài)，按照自控理論，必須對系統(tǒng)進(jìn)行校正，這在過程控制中稱為參數(shù)整定。在過程控制中稱為參數(shù)整定。 在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)中常用的整定方法有：在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)中常用的整定方法有：兩步整定法、一步整定法等。兩步整定法、一步整定法等。( (1 1) )兩步整定法兩步整定法 第一步，整定副控制器放大倍數(shù)使之成為第一步，整定副控制器放大倍數(shù)使之成為4:14:1衰衰減比；減比； 第二步，整定主控制器放大倍數(shù)使之成為第二步，整定主控制器放大倍數(shù)使之成為4:14:1衰衰減比。再按照表減比。再按照表1-71-7配置其他參數(shù)。配置其他參數(shù)。( (2 2) )一步整定法一步整定法 按照表按照表

60、2-12-1預(yù)先配置主副調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)；預(yù)先配置主副調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)； 按照單回路系統(tǒng)整定法整定主控制器的參數(shù)。按照單回路系統(tǒng)整定法整定主控制器的參數(shù)。單回路方案單回路方案串級方案串級方案02020202220202( )11mcvKKGsK KK KT sT s22( )ccGsK( )vvG sK020202( )1KGsT s22( )mmGsK02020222( )( )1( )( )( )( )mcvGsGsGs Gs Gs Gs串級控制系統(tǒng)能使等效副對象的串級控制系統(tǒng)能使等效副對象的時間常數(shù)變小時間常數(shù)變小，放大系數(shù)放大系數(shù)變小（可以通過控制參數(shù)變?。梢酝ㄟ^控制參數(shù)Kc調(diào)節(jié)）調(diào)