過程控制工程課設(shè)置的目的和任務(wù)

1、 PAGE 64辦 拜 耙 霸 爸 緒澳 敖論敗過程控制工程課翱設(shè)置的目的和任班務(wù)鞍Process芭 contro搬l（過程控制）阿課，是培養(yǎng)從事懊過程控制系統(tǒng)的敗方案設(shè)計(jì)，及其拌在工程上予以實(shí)笆施的能力。百 控制方案愛的形成有兩個(gè)來敖源：一是來自控哎制原理的進(jìn)展，背討論的核心問題凹是在保證系統(tǒng)穩(wěn)扮定的基礎(chǔ)上，如敗何提高系統(tǒng)的品拌質(zhì)；而另一來源按是為了滿足工藝暗的特殊要求而開傲發(fā)出來的控制方隘案。邦本課的基礎(chǔ)涉及百到化工原理胺、頒控制原理和儀表藹計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)安科知識(shí)。白過程控制的發(fā)展柏簡(jiǎn)史硬件板第一階段：30傲-40年代，基暗地式儀表，就地拌控制絆第二階段：40啊-50年代，電岸氣動(dòng)單元組合

2、儀瓣表，車間、工段藹或全廠集中控制斑第三階段：60叭年代后，由于計(jì)艾算機(jī)的出現(xiàn)，全懊廠性、企管性控搬制過程控制手段瓣40年代初：疤“藹黑箱子吧”扳時(shí)期埃50年代末：安“澳灰箱子扮”稗時(shí)期，用反饋控胺制理論于生產(chǎn)過拜程頒50年代初、中艾：岸叭對(duì)生產(chǎn)過程的模敗型的建立導(dǎo)致化扳工動(dòng)態(tài)學(xué)的發(fā)展骯 艾拌用實(shí)驗(yàn)方法來探稗討模型、系統(tǒng)辯骯識(shí)盎60年代：現(xiàn)代把控制理論發(fā)展，扳我國(guó)75年后計(jì)斑算機(jī)控制較普遍熬，發(fā)展快過程控制設(shè)計(jì)阿從局部的設(shè)計(jì)到伴總體的設(shè)計(jì)，從按單回路到多回路阿再到大系統(tǒng)懊從定值控制到浮安動(dòng)控制盎事故出現(xiàn)硬停車案到軟保護(hù)控制哎從離散控制（模礙擬儀表）到計(jì)算礙機(jī)控制傲學(xué)習(xí)方法及基本瓣要求敗 霸本課

3、程上本專業(yè)爸的一門只要專業(yè)吧課，要求學(xué)生能背綜合運(yùn)用所學(xué)的翱基礎(chǔ)課靶、專業(yè)基礎(chǔ)課及叭其他專業(yè)課知識(shí)搬，進(jìn)一步癌 叭掌握過程控制工耙程理論和實(shí)踐知哀識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生具霸有解決過程控制辦系統(tǒng)的分析、設(shè)熬計(jì)及投運(yùn)的能力矮。鞍 本課程笆包括課堂教訓(xùn)、壩實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程敗設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)半四個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)艾本課程應(yīng)注意自皚己的工程實(shí)際能拜力的培養(yǎng)。參考文獻(xiàn)礙 背 1、化工過巴程控制工程祝捌和運(yùn)（浙江大學(xué)板）化學(xué)工業(yè)出版搬社矮 2、過程皚控制系統(tǒng)及工程搬翁維勤 化學(xué)稗工業(yè)出版社柏 3、過程擺控制工程莊興扮稼 華中理工大稗學(xué)出版社昂 4、過程敗控制系統(tǒng) F氨.G.shin俺skeg 方癌崇智譯 化工出氨版社襖 5、化

4、工傲過程控制理論與爸工程step耙hanopol伴uos G. 安關(guān)惕華譯 化學(xué)壩工業(yè)出版社六、學(xué)時(shí)安排暗 芭 懊 擺 翱課堂教學(xué)40學(xué)捌時(shí)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)8斑學(xué)時(shí)?？傆?jì)48絆學(xué)時(shí)凹第扳1疤章埃 敗簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)八簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是柏指單回路?？刂葡到y(tǒng)，是最版基本、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)哎單的一種，具有埃相當(dāng)廣泛的適應(yīng)敗性。在計(jì)算機(jī)控扮制已占主流地位翱的今天，這類控拌制仍占控制巴70扳以上。敗簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)雖把然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，卻埃能解決生產(chǎn)過程搬中的大量控制問敗題，同時(shí)也是復(fù)拔雜控制系統(tǒng)的基版礎(chǔ)。掌握了單回般路系統(tǒng)的分析和辦設(shè)計(jì)方法，將會(huì)靶給復(fù)雜控制系統(tǒng)疤的分析和研究氨提供很大的方便扮。暗簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)芭構(gòu)組成挨及控制指標(biāo)哀

5、1.1.1芭簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)懊構(gòu)組成哀簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由盎四個(gè)基本環(huán)節(jié)組翱成，即被控對(duì)象伴（簡(jiǎn)稱對(duì)象）、佰測(cè)量變送裝置、八控制器和控制閥骯。有時(shí)為了分析哀問題方便起見，扒把控制閥、被控傲對(duì)象和測(cè)量變送翱裝置和在一起，白稱為廣義對(duì)象。耙如圖1胺.1笆-1所示的水槽阿，控制要求是維跋持水槽液位按L罷不變。為了控制隘液位，選擇相應(yīng)斑的變送器、控制罷器和控制閥，組拌成安液位般控制系統(tǒng)般（即簡(jiǎn)單控制系拜統(tǒng)）敗。把液位耙控制系統(tǒng)的工作扮過程：在平衡狀拌態(tài)下阿，疤如果捌輸入流量端存有搬干擾矮，使輸入阿總扮流量罷增大，于是液位稗上升，隨著的敖上升，控制器將按感受到偏差（氨給定與測(cè)量的比伴較值般），岸從而擺控制器輸出

6、將控傲制閥關(guān)小，使輸鞍入流量辦減小，液位癌將下降回到給定奧值，達(dá)到新的平胺衡。捌 百 扒 礙 阿 半圖奧1把.1拜-1案 液位控制系般統(tǒng)百對(duì)于圖哀1熬.1熬-1奧所示的液位控制叭系統(tǒng)可以畫出它敖的方塊圖，如圖爸1敗.1班-霸2擺所示百圖懊1暗.1胺-隘2 液位控制挨系統(tǒng)方框圖哀 白從以上的拔液位控制系統(tǒng)昂工作過程可看出氨：在該系統(tǒng)中存吧在著一條從系統(tǒng)暗輸出端引向輸入瓣端的反饋線，也按就是說該系統(tǒng)中罷的控制器是根據(jù)阿被控變量的測(cè)量啊值與給定值的偏挨差來進(jìn)行控制的拜。控制作用是糾般正偏差的，所以襖負(fù)反饋是簡(jiǎn)單控挨制系統(tǒng)的一個(gè)特壩點(diǎn)。霸簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)根敗據(jù)其被控變量的敗不同，可以分為版溫度控制系統(tǒng)、版

7、壓力控制系統(tǒng)、安流量控制系統(tǒng)、跋液位控制系統(tǒng)等暗。雖然這些控制鞍系統(tǒng)名稱不同，拔但是它們都具有胺相同的方塊圖和隘結(jié)構(gòu)組成。由于壩此類控制系統(tǒng)從皚組成方塊圖上看骯，由一個(gè)測(cè)量變搬送裝置、一個(gè)控胺制器、一個(gè)控制傲閥和相應(yīng)的被控半對(duì)象組成，并組敗成一個(gè)負(fù)反饋回頒路，因此簡(jiǎn)單控俺制系統(tǒng)也常稱為皚單回路控制系統(tǒng)芭。板1.板1.癌2叭暗簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的白控制指標(biāo)埃對(duì)每一個(gè)控制回瓣路來說，在設(shè)定白值發(fā)生變化或系俺統(tǒng)受到擾動(dòng)作用捌后，被控變量應(yīng)懊該平穩(wěn)、迅速和芭準(zhǔn)確地趨近或回案復(fù)到設(shè)定值。因稗此，通常在穩(wěn)定捌性、快速性和準(zhǔn)凹確性三個(gè)方面提斑出各種單項(xiàng)控制氨指標(biāo)，把它們適扒當(dāng)?shù)亟M合起來，芭也可提出綜合性翱指標(biāo)。爸

8、1.壩控制系統(tǒng)過渡過哎程單項(xiàng)指標(biāo)胺控制系統(tǒng)按其輸捌入方式不同可分?jǐn)[為俺隨動(dòng)系統(tǒng)與定值叭系統(tǒng)邦，艾隨動(dòng)系統(tǒng)與定值耙系統(tǒng)伴控制要求有相同辦的一面，也有不奧同的一面。例如案，系統(tǒng)同樣必須澳穩(wěn)定，但定值系扒統(tǒng)的衰減比可以礙低一些，隨動(dòng)系拔統(tǒng)的衰減比應(yīng)該凹更高一些，隨動(dòng)柏系統(tǒng)的重點(diǎn)在于鞍跟蹤，要跟得穩(wěn)班、跟得快、跟得敖準(zhǔn)；定值系統(tǒng)的佰關(guān)鍵在一個(gè)定字辦，要定得又穩(wěn)又骯快又準(zhǔn)。鞍主要時(shí)域指標(biāo)包霸括衰減比、超調(diào)擺量（最大偏差）哎、余差、調(diào)節(jié)時(shí)笆間和振蕩頻率。傲這些指標(biāo)可從控澳制系統(tǒng)的過渡過拜程曲線上求取。霸圖拌1疤.1-3懊單位階躍響應(yīng)曲頒線衰減比哎在欠阻尼振蕩中艾，兩個(gè)相鄰的同阿方向幅值之比稱班為衰減比，前

9、一耙幅值作為分子，扮后一幅值作為分背母。如圖哀1阿.1-3白中的癌。跋衰減比案是衡量穩(wěn)定性的叭指標(biāo)，頒胺1:1隘振蕩，不能容許斑。為保持足夠的凹穩(wěn)定性，定值系靶統(tǒng)的澳=4:1捌為宜。對(duì)隨動(dòng)系拔統(tǒng)澳=10:1矮為宜，或采用過唉阻尼（扮骯1）拜=0胺的形式。挨2）板超調(diào)量板與最大偏差骯在隨動(dòng)系統(tǒng)中，佰 捌是一個(gè)反映超調(diào)頒情況，也是衡量般穩(wěn)定程度的指標(biāo)俺。設(shè)被控變量的奧最終穩(wěn)定值為絆，最大瞬態(tài)偏差澳為笆，則超調(diào)量岸的表達(dá)公式為：藹 拜 奧 胺 按 凹 吧在定值控制系統(tǒng)藹中，最終穩(wěn)態(tài)值埃是百拌或是很小的數(shù)值俺，仍用凹作為指標(biāo)來衡量叭系統(tǒng)的超調(diào)不合鞍適了，通常改用懊最大偏差邦作為指標(biāo)反映系背統(tǒng)超調(diào)量的大

10、小百。按鞍岸奧 余差埃余差頒是系統(tǒng)的最終穩(wěn)邦態(tài)偏差。耙因?yàn)榘?，氨在定值情況下，百，因此癌，余差澳是反映控制精度稗的一個(gè)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)叭。啊4）半回復(fù)時(shí)間懊和振蕩頻率啊過渡過程要絕對(duì)艾地達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)埃，需要無(wú)限長(zhǎng)的昂時(shí)間，然而要進(jìn)絆入穩(wěn)態(tài)值附近佰班5笆%吧或擺癌2%阿以內(nèi)區(qū)域，并保哀持在該一區(qū)域之把內(nèi)，需要的時(shí)間扮是有限的，這一板時(shí)間稱為回復(fù)時(shí)板間愛?；貜?fù)時(shí)間是反佰映控制快速性的懊一個(gè)指標(biāo)。斑在同樣的振蕩頻骯率下，衰減比越霸大，則回復(fù)時(shí)間安越短。同樣在同班樣的衰減比下，俺振蕩頻率越高，稗則回復(fù)時(shí)間越短背。因此，振蕩頻阿率在一定程度上骯也可作為衡量控壩制快速性的指標(biāo)斑。爸圖氨1.熬1-盎4拜隨動(dòng)系統(tǒng)過渡

11、過傲程曲線耙 骯 襖 圖疤1.凹1-熬5靶定植百系統(tǒng)過渡過程曲絆線板例翱1.熬1-1 某化般學(xué)反應(yīng)器，工藝耙規(guī)定操作溫度為拜2把00敖氨10搬疤，考慮安全因素半，調(diào)節(jié)過程中溫班度規(guī)定值最大不敖得超過板15班霸?，F(xiàn)設(shè)計(jì)運(yùn)行的皚溫度定值調(diào)節(jié)系版統(tǒng)，在最大階躍艾干擾作用下的過奧渡過程曲線如下斑圖所示，試求：氨該系統(tǒng)的過渡過瓣程品質(zhì)指標(biāo)（最胺大偏差、超調(diào)量背、余差、衰減比八和震蕩周期），啊并問該調(diào)節(jié)系統(tǒng)扮是否滿足工藝要半求。氨解：最大偏差：拌=230-20案0=癌30斑壩 絆 骯余差： 爸 鞍=205-20辦0=班5叭埃 叭 骯 藹 傲衰減比：八 扳 霸 熬震蕩周期：拜=20-5=1翱5min八 擺

12、板 霸 懊例1.1-1題八圖扳過渡時(shí)間（調(diào)節(jié)巴時(shí)間）：懊。 鞍再：工藝規(guī)定操昂作溫度為200皚奧10傲襖，昂考慮安全因素，笆調(diào)節(jié)過程中溫度懊規(guī)定值最大不得扒超過按15罷扮，而敖該調(diào)節(jié)系統(tǒng)背=哀30吧澳，不瓣滿足工藝要求。芭2.般控制系統(tǒng)過渡過八程綜合性指標(biāo)艾綜合性指標(biāo)往往鞍采用積分鑒定的懊形式跋一般來說，過渡爸過程中的動(dòng)態(tài)偏叭差越大，或是回板復(fù)的越慢，則爸值將越大，表明芭控制品質(zhì)越差。唉但不宜直接用動(dòng)半態(tài)偏差凹作為搬函數(shù)。熬是巴及按的一個(gè)泛函值。胺通常采用以下形昂式：哎1)爸 絆平方誤差積分準(zhǔn)藹則盎ISE疤矮(Integr啊al of S哎quared 礙Error c版riterio瓣n)骯

13、阿 捌 背, 阿按拌2)笆 壩絕對(duì)誤差積分準(zhǔn)哎則熬IAE (I疤ntegral扮 of Abs頒olute v吧alue of班 Error 敗criteri半on)把 拌 背, 叭 佰襖3)爸 澳時(shí)間乘絕對(duì)誤差搬積分準(zhǔn)則扮ITAE (I爸ntegral般 of Tim暗e multi俺plied b白y the A阿bsolute鞍 value 熬of Erro案r crite辦rion)拔 霸 敖,捌哎對(duì)于存在余差的愛系統(tǒng)，安不會(huì)最終趨于零氨，有班存在，上面三種拌形式的積分鑒定唉值壩J叭都將成為無(wú)窮大岸，無(wú)從進(jìn)行比較埃。此時(shí)可用傲作為誤差項(xiàng)代入扒。啊一般地說，暗ITAE拔為最小值的系統(tǒng)哎往

14、往衰減比很大瓣，藹ISE壩為最小值的系統(tǒng)愛回復(fù)時(shí)間很短，埃但過渡過程的振傲蕩比較劇烈。如盎下圖所示：熬 懊 矮 絆圖1把.1-6疤 應(yīng)用不同偏差罷積分性能指標(biāo)下安的閉環(huán)響應(yīng)瓣在工作中，具體鞍選何種指標(biāo)，應(yīng)傲根據(jù)控制系統(tǒng)性傲能及工藝要求而頒定。疤12版 埃 典型受控過程把本節(jié)主要介紹幾挨種常見簡(jiǎn)單環(huán)節(jié)奧特性，然后列出斑由它們組成的一半些實(shí)際過程。捌12扳1 叭純滯后過程按扳純滯后：指在輸安入量變化后，看霸不到系統(tǒng)對(duì)其響挨應(yīng)的這段時(shí)間。艾當(dāng)物質(zhì)或能量沿皚著一條特定的路氨徑傳輸時(shí)，就會(huì)伴出現(xiàn)純滯后。路壩徑的長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)昂速度是決定純滯頒后大小的兩個(gè)因稗素。因此純滯后爸也稱為傳輸滯后瓣。純滯后一般不芭單

15、獨(dú)出現(xiàn)，同時(shí)哀不存在純滯后的扳生產(chǎn)過程也很少挨。任何對(duì)控制系阿統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的技礙術(shù)都會(huì)涉及純滯伴后問題。圖1-笆7所示一個(gè)傳送百純滯后例子： 暗圖1背.2-1巴純滯后過程示意拜圖般傳遞函數(shù)：百 翱 ， L指距離安， V 指速艾度頻率特性：矮純滯后環(huán)節(jié)幅頻靶特性對(duì)系統(tǒng)無(wú)影拌響，相頻特性對(duì)骯系統(tǒng)的影響大且巴隨頻率增加純滯唉后影響。挨1.2.2叭 扮 矮單容過程敗容積：指儲(chǔ)存物頒質(zhì)捌或能量芭的地方，其作用挨就象流入量和流邦出量之間緩沖器拌。無(wú)自衡 隘 隘 拜 暗 疤 圖1-11 扳無(wú)自衡疤單容過程壩基本方程：瓣稗輸入流量岸擺輸出流量=單位爸時(shí)間唉容積哀的累積量變化隘 拜 耙拌液位差/流阻=啊流出背流昂

16、量推導(dǎo)傳遞函數(shù)： 礙 鞍 礙奧 敗鞍 百 笆拉氏變換式扳 拜 擺笆為常量其增量為霸0，即八= 0耙，則辦，翱則襖，其中吧為皚積分百時(shí)間常數(shù)。岸寫成一般形式：藹，擺 耙為襖積分芭時(shí)間常數(shù)，頻率特性： 邦特點(diǎn)：無(wú)自衡過俺程在沒有自動(dòng)控拔制系統(tǒng)情況下，芭不允許長(zhǎng)時(shí)間沒哎人看管，應(yīng)設(shè)置罷自動(dòng)控制系統(tǒng)。2有自衡敖傳遞函數(shù)的推導(dǎo)伴：敖罷與矮的靜態(tài)特性為非懊線性背關(guān)系挨 哀 稗 阿, 絆為比例系數(shù)（與翱手動(dòng)閥開度有關(guān)板）安 拔 板假定調(diào)節(jié)系統(tǒng)為愛定值控制（線性扒化）盎：瓣 挨 柏 矮 斑 暗 霸 半 伴 傲 唉 翱 安 疤 拔 板 傲 礙 瓣圖壩1.2-罷2 有自衡叭單容過程凹（敗為設(shè)定值愛，扮為液阻愛）埃

17、 熬則傲，絆，百設(shè)版 暗 艾 斑取拉氏變換 懊 耙寫成一般形式：懊 案（一階慣性環(huán)節(jié)鞍），柏傲（放大系數(shù)）；懊（時(shí)間常數(shù)）其頻率特性： 皚 絆，百具有低通濾波器胺的作用瓣。俺123 多懊容過程扒1.埃 澳沒有相互影響的皚雙容過程皚（如圖1-12癌所示）熬 把 熬 半 耙圖罷12-3拌 沒有相互影響凹雙容過程笆傳遞函數(shù)的推導(dǎo)爸：熬（相當(dāng)于兩個(gè)二斑階環(huán)節(jié)串聯(lián)）扮A辦1捌、A叭2邦表示儲(chǔ)槽的橫截懊面積，R辦1伴、R敖2稗表示儲(chǔ)槽的液阻懊。令，則把兩個(gè)極點(diǎn)霸 、搬、負(fù)實(shí)極點(diǎn)、非挨震蕩自熬衡挨過程。伴 2. 骯具有相互影響的板雙容過程斑 拜 百 哀 瓣 拔 奧 辦 啊 罷 罷 跋 伴圖拜1.2-4按 有

18、相互影響敗雙容過程啊結(jié)論：八捌 液位罷對(duì)輸入流量矮的響應(yīng)不再是一隘階過程，而是二板階過程。板邦對(duì)流量盎的響應(yīng)s項(xiàng)多了擺項(xiàng)，可理解為相傲互影響因子。絆討論：以上傳遞頒函數(shù)的二個(gè)極點(diǎn)百1）柏當(dāng)氨，則擺為兩個(gè)不同的實(shí)版根，表明兩個(gè)相背互影響的容積可稗等效為兩個(gè)不相敖互影響的容積。扒不過是時(shí)間常數(shù)熬需校正，過程總板是呈氨過班阻尼狀態(tài)（盎）。熬2) 稗假定兩個(gè)儲(chǔ)槽藹具有相同的時(shí)間矮常數(shù)（柏），氨因此相互影響是哎改變了兩個(gè)疤儲(chǔ)槽澳的等效時(shí)間常數(shù)奧比例。一個(gè)搬儲(chǔ)槽拌的反應(yīng)變的快，頒而另一個(gè)皚反應(yīng)跋變的慢。由于時(shí)頒間響應(yīng)主要受慢阿作用半的牽制，所以存芭在相互影響的時(shí)懊間響應(yīng)要比無(wú)相霸互影響時(shí)顯得緩擺慢奧（如圖

19、1-14稗所示）礙。柏 案圖扳1.2-5暗液位儲(chǔ)槽的階躍瓣響應(yīng)（1暗隘相互無(wú)影響，2皚案相互有影響）隘 3.多容過程懊1）巴沒有相互影響的唉多容過程拌變化特點(diǎn)鞍，柏是扒可表示為由N個(gè)鞍一階環(huán)節(jié)組成（氨串聯(lián)）的系統(tǒng)，靶如圖所示：襖圖瓣1.2-6凹 沒有相互影響八的多容過程信號(hào)拌框圖設(shè)圖中：， 扮設(shè)骯整個(gè)過程的傳遞板函數(shù)為稗：鞍 巴圖唉1.2-7拔無(wú)相互影響的多暗容過程階躍響應(yīng)胺圖翱特點(diǎn)：按骯當(dāng)T相同、V相霸等而又相互影響壩的若干個(gè)一階環(huán)愛節(jié)組成的過程，百隨著N增加，它捌的影響接近一階俺環(huán)節(jié)加滯后的過爸程頒。骯耙若干個(gè)T相同、邦V相等而又相互熬影響的環(huán)節(jié)，可笆分解為一個(gè)較大把時(shí)間常數(shù)、其余氨較小，

20、較大起主熬導(dǎo)作用，較小組拌成一個(gè)純滯后。半結(jié)論：有無(wú)相互辦影響的多容過程唉均可作用捌來近似。這就是稗工業(yè)過程基本都礙可用辦了表示傳遞過程壩的原因。版注意：有無(wú)相互阿影響的爸之比有很大差別埃，扮如n=10，岸無(wú)暗相互頒影響靶=1，而相互罷影響吧=0.1般因此胺有耙相互艾影響阿的系統(tǒng)更易控制懊些啊。岸124 癌具有反向響應(yīng)的叭過程澳反向響應(yīng)：指其跋階躍響應(yīng)在初始扮情況與最終情況拜方向相反。吧典型例子：鍋爐拌汽包水位h受蒸巴汽量干擾是的變暗化過程。版 壩 柏圖安1.2-8 霸鍋爐汽包水位背對(duì)給水的階躍澳時(shí)間響應(yīng)曲線圖俺在加入冷水過程俺中：癌汽包內(nèi)水泡受冷敖后收縮，水面下哀降岸=佰當(dāng)燃料量不變時(shí)埃，敖

21、汽包內(nèi)水位矮應(yīng)隨冷上加入量拜而增大頒=拜兩種變化的迭加扒總特性為伴=敖結(jié)論：柏奧當(dāng)八時(shí)，在響應(yīng)初期俺，罷占主導(dǎo)，過程呈頒反向， 如巴時(shí)，過程沒有反靶向特性。斑澳呈反向特性時(shí)，礙傳遞函數(shù)總具有按一個(gè)正的零點(diǎn)拔，傳遞函數(shù)存在挨正實(shí)部零點(diǎn)的過鞍程屬于非最小相靶位過程，較難控安制，應(yīng)考慮特殊背方法（如后面講半多沖量控制系統(tǒng)百）。奧1.2.5靶 不穩(wěn)定過程辦工業(yè)過程中，還拌存在具有不穩(wěn)定矮特性的過程，主把要在化學(xué)反應(yīng)中絆，傲如吸熱反應(yīng)的反骯應(yīng)溫度叭T癌是穩(wěn)定的艾，反應(yīng)器內(nèi)部存背在負(fù)反饋絆。挨當(dāng)敗 T叭受干擾增大時(shí)芭 昂，吸熱量半也相應(yīng)增大，從礙而使反應(yīng)溫度耙T癌減小，恢復(fù)到給奧定值；而敖對(duì)于拌放熱反應(yīng)八

22、的反應(yīng)溫度班T盎的變化，由于反傲應(yīng)器內(nèi)部存在正埃反饋敖因而反應(yīng)溫度哀是不穩(wěn)定的襖。白當(dāng)埃 T背受干擾增大時(shí)搬 俺，放熱量哀也相應(yīng)增大，從芭而使反應(yīng)溫度矮T伴更大，從而不能愛恢復(fù)到給定值佰。唉為開環(huán)不穩(wěn)定系骯統(tǒng)哎 柏。按 壩 扳 般 八 爸圖藹1.2-9鞍 笆不穩(wěn)定過程的階絆躍響應(yīng)曲線 拜1.3笆被絆控變量與操縱變胺量的選擇百 背 俺 昂1.3.1拜被控變量的選擇熬 頒 澳被控變量的選擇澳是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)埃的核心問題，選懊擇得正確與否，斑會(huì)直接關(guān)系到生皚產(chǎn)的案穩(wěn)定操作擺,傲產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量瓣的提高以及生產(chǎn)霸安全與勞動(dòng)條件瓣的改善等。如果霸被控變量選擇不搬當(dāng)，不論采用何絆種控制儀表，組癌成什么樣的控制

23、矮系統(tǒng)，都不能達(dá)捌到預(yù)期的控制效芭果，滿足稗不了生產(chǎn)的控制瓣要求。為此，自般控設(shè)計(jì)人員必須伴深入生產(chǎn)實(shí)際，皚進(jìn)行調(diào)查研究，八只有在熟悉生產(chǎn)按工藝的基礎(chǔ)上才半能正確的選擇出傲被控變量。柏 對(duì)于以啊溫度隘、瓣壓力般、跋流量瓣、昂液位為操作指標(biāo)斑的生產(chǎn)過程，就伴選擇溫度佰、啊壓力奧、愛流量斑、班液位作為被控變邦量，這是很容易百理解的，也無(wú)需拔多加討論。藹 質(zhì)量指背標(biāo)是產(chǎn)品質(zhì)量的跋直接反映，因此骯，選擇質(zhì)量指標(biāo)罷作為被控變量應(yīng)般是首先要進(jìn)行考癌慮的。佰 采用質(zhì)澳量指標(biāo)作為被控般變量，必然要設(shè)叭計(jì)到產(chǎn)品成分或辦物性參數(shù)（如密叭度，粘度等）的敖測(cè)量問題，這就傲需要用到成分分把析儀表和物性參啊數(shù)測(cè)量?jī)x表。有

24、伴關(guān)成分和物理參伴數(shù)的測(cè)量問題，安目前國(guó)內(nèi)外尚未壩得到很好的解決愛。一來因?yàn)楫a(chǎn)品案品種類型很不齊礙全，致使有些成敗分或物性參數(shù)目扮前尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)在襖線測(cè)量和變送；唉二來這些儀表，襖特別是成分分析芭儀表具有較嚴(yán)重唉的測(cè)量滯后，不皚能及時(shí)地反映產(chǎn)芭品質(zhì)量變化的情頒況。皚當(dāng)直接選擇質(zhì)量柏指標(biāo)作為被控變笆量比較困難或不按可能時(shí)，可以選翱擇一種間接的指澳標(biāo)作為被控變量爸。但是必須注意拌，所選用的間接絆指標(biāo)必須與直接昂指標(biāo)有單值的對(duì)罷應(yīng)關(guān)系，并且還搬需具有一定變化翱靈傲敏度，即隨著產(chǎn)拌品質(zhì)量的變化，笆間接指標(biāo)必須有佰足夠大的變化。拔以苯、甲苯二元絆系統(tǒng)的精餾為例案。在氣、液兩相敗并存時(shí)，塔頂伴易揮發(fā)組分的濃

25、版度哎、溫度扳和壓力扮三者之間有著如拜下函數(shù)關(guān)系： 啊 安 跋（1叭.3凹-1）敗 芭這里骯是直接反映塔頂芭產(chǎn)品純度的，是邦直接的質(zhì)量指標(biāo)伴。如果按成分分析儀表可奧以解決，那么，藹就可以選擇塔頂艾易揮發(fā)組分的濃靶度頒作為被控變量，白組成成分控制系耙統(tǒng)。如果成分分辦析儀表不好解決佰，或因成分測(cè)量板滯后太大，控制班效果差，達(dá)不到般質(zhì)量要求，則可愛以考慮選擇一間安接指標(biāo)參數(shù)：塔巴頂溫度俺或塔壓阿作為被控變量，暗組成相應(yīng)的控制骯系統(tǒng)。叭 捌 拜 盎 邦圖1版.3盎-1簡(jiǎn)單精餾過霸程示意圖胺在考慮選擇捌或絆其中之一作為被翱控變量時(shí)是有條暗件的。由式（1頒.3壩-1）可看出，疤它是一個(gè)二元函拌數(shù)關(guān)系，即傲

26、與佰及佰都有關(guān)。只有當(dāng)笆或拌有耙一個(gè)不變佰時(shí)，式（1昂.3傲-1）才可簡(jiǎn)化啊成一元函數(shù)關(guān)系敗。百 壩 拌 擺 懊 盎即當(dāng)跋一定時(shí)：俺 凹 安 般 擺 藹 哀 氨 暗(1叭.3藹-2)稗 柏 班 當(dāng)一定時(shí)：白 翱 耙 白 俺 半(1案.3疤-3)澳總之，對(duì)于某個(gè)搬給定的工藝過程奧，應(yīng)選擇哪幾個(gè)啊工藝函數(shù)為受控扳變量采用直接參數(shù)法罷即以工藝參數(shù)為笆受控變量（最好版為敖溫度懊壓力拜流量挨液位鞍四大參數(shù)）間接參數(shù)法矮原選定的受控變笆量受檢測(cè)儀表的芭約束，要尋找與柏受控變量有單一礙的線性函數(shù)關(guān)系按的間接參數(shù)來作耙為受控變量。如敗蒸餾塔組分氨的檢測(cè)控制，一搬般用溫度代替，襖但壓力（塔壓）佰必須恒定，即愛。

27、俺一個(gè)設(shè)備多個(gè)受阿控變量應(yīng)以自由皚度分析，找出獨(dú)百立變量罷般組分?jǐn)?shù) 安跋相數(shù)唉例拔1.3-1按 飽和蒸汽 邦=1，拌=2，則自由度拔=1-1+2=傲1氨蒸汽質(zhì)量受控變頒量選一個(gè)（搬或擺）傲過熱蒸汽 八=1巴，熬=1，則自由度唉=1-1+2=跋2懊受控變量則選2敗個(gè)（板、扒）絆1.3.2骯 操縱變量的選爸擇佰 辦 為了正確扒地選擇操縱變量昂。首先要研究對(duì)案象的特征。瓣我們知道被控變按量是被控對(duì)象的般一個(gè)輸出。影響盎被控的外部因素吧則是被控對(duì)象的疤輸入?，F(xiàn)在的任愛務(wù)是在影響被控辦變量的諸多輸入般中。選擇其中某叭一個(gè)可控性良好礙的輸入量作為操拜縱變量。而其它啊未被選中的其他白輸入量，則稱為罷系統(tǒng)的干

28、擾。因拜此對(duì)操縱變量的鞍選擇應(yīng)注意：工藝的合理性瓣不能選工藝流程白的主物料量半（除非有中間儲(chǔ)暗槽）擺為調(diào)節(jié)參數(shù)，應(yīng)安選輔助（側(cè)線）哀物料，如換熱器凹，只能選載熱體癌為調(diào)節(jié)量，而不搬能選物料加入量捌為調(diào)節(jié)參數(shù)，因八后者在調(diào)節(jié)過程盎中引起生產(chǎn)波動(dòng)哎。襖 把唉對(duì)受控變量有明拌顯的影響作用，疤即要求有哀放大系數(shù)耙大，背時(shí)間常數(shù)癌快速皚。拔1.4 過程可挨控程度分析氨過程可控程度：柏指對(duì)過程進(jìn)行控笆制的難易程度。百本節(jié)介紹一種度芭量過程程度的指凹標(biāo)伴。暗1.4.1奧 度量過程可控艾程度（簡(jiǎn)稱可控暗性）的指標(biāo)敖的導(dǎo)出埃 條件：相同稗的控制器、最佳靶整定，在相同的昂干擾作用下進(jìn)行霸不同過程的比較熬。敗假定控

29、制器為純百比例，參數(shù)整定笆目標(biāo)懊 哀 = 4：1埃如圖艾1-17疤所示的二階系統(tǒng)拌：懊圖艾1擺.4背-1埃 二階系統(tǒng)方柏塊圖壩 拔 俺 其傳遞函數(shù)為：斑當(dāng)翱=4：1時(shí)，案 （令版）辦式中：罷昂開環(huán)系統(tǒng)總的靜安態(tài)增益。按利用偏差絕對(duì)值擺積分（IAE）白指標(biāo) 扒 由于工作周期拔也是系統(tǒng)過程的胺品質(zhì)指標(biāo)，則引案入俺（懊）則上式寫成昂阿=柏4耙:1襖 震蕩時(shí)，工作拜頻率耙比臨界頻率叭約小10-30奧%，兩者有一定扒的比例關(guān)系岸對(duì)上式由于傲相同（相同的干岸擾）扳則盎若系統(tǒng)沒有較大癌的純滯后或分布霸參數(shù)，一般扒值大于10，擺這樣上式中的爸“唉1艾”扳可以忽略去。搬化簡(jiǎn)得 半 霸，礙設(shè)百，擺都是過程在純比芭

30、例控制下，系統(tǒng)昂達(dá)到震蕩時(shí)的參捌數(shù)。斑此式說明，敗于藹成反比，敖越大質(zhì)量越好。哀1.4.2敗 廣義對(duì)象時(shí)間扮常數(shù)癌和純滯后阿對(duì)可控程度哀的影響八以三階過程為例襖，背時(shí)間常數(shù)氨對(duì)的影響疤，令靶與一般單回路系疤統(tǒng)的廣義對(duì)象傳翱遞函數(shù)類似。礙把可看成對(duì)象時(shí)間阿常數(shù)，最大；叭矮可看成調(diào)節(jié)閥時(shí)靶間常數(shù)，次之；礙翱可看成對(duì)檢測(cè)變伴送時(shí)間常數(shù)斑，拔最小巴。敖下表為時(shí)間常數(shù)癌變化對(duì)拌的影響傲。阿表扮1跋.4把-1霸列出背、昂、版不同變化下耙、暗與由表得出結(jié)論：版盎增大，跋、絆不變，扳及藹增大，質(zhì)量好俺伴減小，礙、拌不變，、絆及敖增大，質(zhì)量好柏靶存在極值點(diǎn)胺*，當(dāng)皚笆*或半氨*時(shí)，斑及岸增大拌 熬利用MATLA

31、稗B仿真得到不同埃時(shí)間常數(shù)斑、胺、般搭配的過渡過程襖曲線，也可得到罷同樣的結(jié)論。稗圖挨1。4-2敖 不同的時(shí)間埃常數(shù)T搭配產(chǎn)生氨不同的過渡過程辦仿真試驗(yàn)曲線爸對(duì)于高階過程（伴四、五階純滯后礙過程）規(guī)律：耙澳增大與霸減小，拉開第一奧與第二時(shí)間常數(shù)斑距離，擺增大，質(zhì)量好哀最小時(shí)間常數(shù)減敖小，阿增大，質(zhì)量好跋從頻率特性分析般，疤，骯，藹，純滯后奧的加入總是使芭減小，骯減小，案減小。案(吧如矮圖挨1.4-2所示藹)班 疤 傲圖把1。4-2斑 用頻率特性表懊示純滯后的影響?。?拌 氨-無(wú)純滯后百的影響；2鞍 背-有純滯后跋的影響)辦1.5 廣義對(duì)啊象各環(huán)節(jié)對(duì)可控胺程度的影響奧 暗 如圖示線性單安回路系統(tǒng)

32、拌圖懊1稗。5-1昂 霸線性單回路控制半系統(tǒng)凹1.5.1拔干擾通道特性挨對(duì)控制質(zhì)量佰的影響伴 按設(shè)霸其扳中的鞍、版、矮把為挨三個(gè)特性指標(biāo)盎1.芭放大倍數(shù)搬的影響皚假定所研究的系笆統(tǒng)方框圖如圖1暗.5白-1所示。拌由圖1捌.5澳-1可直接求出埃在干擾作用下的扒閉環(huán)傳遞函數(shù)為佰：班 敗 安 岸 （1瓣.5扮-藹1挨）絆由式（1澳.5案-柏1凹）芭可得靶 罷 胺 啊 佰 （哀1.愛5頒-2芭）令；版并假定藹為單位階躍干擾阿，則按將各環(huán)節(jié)傳遞函礙數(shù)代入式（凹1.按5唉-2絆），并運(yùn)用終值把定理可得：邦 啊 （巴1.5-3矮）鞍式中絆為控制器胺放大倍數(shù)與被控礙對(duì)象放大倍數(shù)的跋乘積，稱之該系靶統(tǒng)的開環(huán)放大

33、倍拜數(shù)。皚對(duì)于定值系統(tǒng)，拔即系統(tǒng)的余差。扮由式（1唉.5搬-笆3吧）可以看出，干靶擾通道的放大倍礙數(shù)越大，系統(tǒng)的把余差也越大，即凹控制靜態(tài)質(zhì)量越癌差叭（如圖1懊.5巴-2所示）岸。壩 傲 絆 拌 盎 爸 胺圖懊1把.5氨-挨2 扳干擾通道放大系安數(shù)變化的影響皚結(jié)論：隘增大，氨差，干擾影響大伴。熬2.澳時(shí)間常數(shù)敖的影響絆 笆 癌未了研究問題方阿便起見，令圖1澳.5凹-1中的各環(huán)節(jié)哀放大倍數(shù)均為1笆，這樣系統(tǒng)在干擺擾作用下的閉環(huán)疤傳遞函數(shù)應(yīng)為：芭 皚 芭 （1敖.5案-柏4般）稗系統(tǒng)的特征方程藹為：罷 巴 翱 笆 （1皚.5拌-襖5癌）耙由式（1霸.5絆-盎5拔）可知，當(dāng)干擾絆通道為一階慣性擺環(huán)節(jié)

34、時(shí)，與干擾癌通道為放大環(huán)節(jié)芭相比，系統(tǒng)的特八征方程發(fā)生了變埃化，表現(xiàn)在根平邦面的負(fù)實(shí)軸上增懊加了一個(gè)芭附加極點(diǎn)哀。這個(gè)附加極點(diǎn)皚的存在，除了會(huì)埃影響過渡過程時(shí)翱間外，還會(huì)影響板到過渡過程的幅巴值，使其減小了版倍，這樣過渡過按程的最大動(dòng)態(tài)偏壩差靶也將隨之減小。般這對(duì)提高系統(tǒng)的班品質(zhì)是有利的。叭而且隨著傲的增大，控制過巴程的品質(zhì)亦會(huì)提隘高。耙如果干擾通道階扳次增加，例如干案擾通道傳遞函數(shù)哀為兩階的，那么襖，就有兩個(gè)時(shí)間暗常數(shù)拌及安。按照根平面的氨分析，系統(tǒng)將增百加兩個(gè)附加極點(diǎn)柏及頒，這樣過渡過程挨的幅值將縮小捌倍。因此控制質(zhì)癌量將進(jìn)一步獲得疤提高般（如圖稗1斑.5-3白所示）啊。背 耙 吧 安 笆

35、 白 澳 擺圖矮1笆.5-3傲 干擾通道時(shí)間哀常數(shù)變化的影響靶結(jié)論：唉增大，對(duì)擾動(dòng)起板濾波作用，板增大使系統(tǒng)受干把擾作用緩慢。搬有了上面的分析辦基礎(chǔ)，討論干擾奧從不同位置皚進(jìn)入系統(tǒng)對(duì)被控藹變量的影響就不霸困難了。圖岸1胺.5伴-4背所示扳、罷及按從不同的位置進(jìn)隘入系統(tǒng)，如果干百擾的幅值和形式搬都是相同的，顯扮然，它們對(duì)控制按質(zhì)量的影響程度扳依次昂為矮最大，襖次之，而邦為最小。下面用絆圖八1.5-5隘來分析此結(jié)論。頒 拜 扮 班 隘 挨 凹圖靶1擺.5-4哀 干擾進(jìn)入位置凹圖霸由圖癌1.5-5按可看出，稗對(duì)拔的影響依次要經(jīng)阿過疤、澳、唉三個(gè)環(huán)節(jié)，如果半每一個(gè)環(huán)節(jié)都是班一階慣性環(huán)節(jié)的拔，辦則對(duì)把干

36、擾信號(hào)愛進(jìn)行了三次濾波辦，暗它對(duì)被控變量的挨影響會(huì)削弱得多班，對(duì)被控變量的版實(shí)際影響就會(huì)很疤小。而扒只經(jīng)過一個(gè)環(huán)節(jié)案就影響到鞍，它的影響被削胺弱的較少，因此白它對(duì)被控變量影霸響最大。俺 凹 絆 拌 凹 圖翱1八.5-5拜干擾進(jìn)入位置圖疤等效方框圖邦 由上述疤分析可得出如下矮結(jié)論：干擾通道皚的時(shí)間常數(shù)越大稗，各數(shù)越多，或礙者說干擾進(jìn)入系八統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離八被控變量而靠近耙控制閥，干擾對(duì)凹被控變量的影響唉就越小，系統(tǒng)的啊質(zhì)量則越高。熬3.捌純滯后翱的影響癌在上面的分析中啊干擾通道時(shí)間常扳數(shù)對(duì)鞍被控變量影響時(shí)辦，沒有考慮到干叭擾通道具有純滯癌后的問題，如果壩考慮干擾通道具骯有純滯后昂那么扳干擾通道的傳

37、遞頒函數(shù)為：挨 拌 罷 （暗1.5-6）啊 拌這樣懊將跋（1-4）式改佰寫成巴干擾通道具有純擺滯后的閉環(huán)傳遞岸函數(shù)鞍：礙 案 礙 爸 疤 藹（白1班.5-7頒）藹求?。?-4）百與（1-9）在罷干擾作用下的過跋渡過程笆與笆。八由控制理論中的斑滯后定理可以得艾出癌、吧之間的關(guān)系為：扮 奧 凹如圖哀1隘.5-6藹所示罷 柏 礙圖霸1.5-6般 干擾通道純滯搬后的影案響稗（1案 傲-無(wú)純滯后翱的影響；2暗 耙-有純滯后拌的影響)哎結(jié)論：靶干擾通道具有純巴滯后八對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量無(wú)影芭響（指反饋系統(tǒng)熬，前饋系統(tǒng)矮無(wú)法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償模皚型），只是將響搬應(yīng)推遲一段時(shí)間般。叭總結(jié)干擾白通道特性對(duì)控制絆質(zhì)量的影響，如跋表1

38、敖.5霸-懊1壩所示。八表1翱.5叭-絆1鞍調(diào)節(jié)通道特性對(duì)?？刂瀑|(zhì)量的影響昂特性澳參數(shù)爸對(duì)靜態(tài)質(zhì)量的影氨響骯對(duì)動(dòng)百態(tài)質(zhì)量的影響版增加稗余差氨增加疤無(wú)影響翱增加伴無(wú)影響癌過渡過程時(shí)間減霸小艾，辦震蕩幅值減小叭增加矮無(wú)影響疤無(wú)影響扳1.5.2半 敖調(diào)節(jié)愛通道特性艾對(duì)控制質(zhì)量的影岸響背 設(shè)斑調(diào)節(jié)通道靶傳遞函數(shù)為：白討論耙中的叭、暗、白三個(gè)特性指標(biāo)耙1.放大倍數(shù)班的影響巴放大倍數(shù)懊對(duì)控制質(zhì)量的影凹響要從靜態(tài)和動(dòng)鞍態(tài)兩個(gè)方面進(jìn)行芭分析。從靜態(tài)方班面分析，由式（骯1-6）可以看把出，控制系統(tǒng)的班余差與干擾通道百放大倍數(shù)哎成正比，與調(diào)節(jié)佰通道的放大倍數(shù)搬成反比，因此當(dāng)背、般不變時(shí)，調(diào)節(jié)通唉道的放大倍數(shù)越艾大

39、，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的班余差越小。扒放大倍數(shù)案的變化不但會(huì)影笆響控制系統(tǒng)的靜耙態(tài)控制質(zhì)量，同盎時(shí)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)拔控制質(zhì)量也產(chǎn)生藹影響。對(duì)一個(gè)控俺制系統(tǒng)來說，在愛一定的穩(wěn)定程度盎（即一定的衰減懊比）下，系統(tǒng)地挨開環(huán)放大倍數(shù)是澳一個(gè)常數(shù)。系統(tǒng)翱的開環(huán)放大倍數(shù)氨是控制器放大倍矮數(shù)霸與廣義對(duì)象調(diào)節(jié)藹通道放大倍數(shù)傲的乘積。也就是澳說特定的系統(tǒng)衰八減比必須與控制八器放大倍數(shù)奧乘積的某特定數(shù)扳值對(duì)應(yīng)。在一定翱衰減要求之下，傲減小，白必須增大；柏增大，愛必須減小。邦同時(shí)爸由于阿控制器半與廣義對(duì)象相熬串聯(lián)，敖對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定稗是定值，耙因此從系統(tǒng)為隘穩(wěn)胺定性來講安的大小板無(wú)影響。擺2.翱 百調(diào)節(jié)通道的時(shí)間板常數(shù)把的影響翱由圖1-

40、19可把得出單回路控制伴系統(tǒng)的特征方程壩為：癌 拔 半 搬 盎 1拔+拌=0 伴 邦 巴 扒（1-10八）礙為了便于分析起搬見，令傲，阿，扮將瓣、熬代入式（1-1唉0）得到：藹 骯 拜（1-11唉）白將式（1-11拔）化為標(biāo)準(zhǔn)二階瓣系統(tǒng)形式哎，得：于是可得：唉 絆 哎， 稗 胺 扒 伴 （1佰-12）胺由式（1-12傲）可求得：擺 埃 皚， 隘 拜 柏 （1氨-13）叭這里凹為系統(tǒng)的自然震柏蕩頻率。伴根據(jù)控制原理可挨知，系統(tǒng)工作頻艾率絆與其自然震蕩頻白率叭有如下關(guān)系：奧 藹 般 皚 扳 班 唉 骯 骯 （1-14）頒由式（1-14氨）可看出，在岸不變的情況下，啊與把成正比，即岸 罷 扮凹 板

41、擺 笆 伴 吧 半 （1-15）捌從式（1-15拜）壩關(guān)系可知，不論板、藹哪一個(gè)增大，都澳將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的把工作頻率降低。背而系統(tǒng)工作頻率霸越低，則控制速佰度越慢。這就是岸說調(diào)節(jié)通道的時(shí)半間常數(shù)斑越大，系統(tǒng)的工啊作頻率越低，控白制速度越慢。這疤樣就不能及時(shí)地把克服干擾的影響俺，因而，系統(tǒng)地巴控制質(zhì)量會(huì)變差翱。俺但調(diào)節(jié)通道的時(shí)頒間常數(shù)也不是越岸小越好。傲?xí)r間常數(shù)太小，斑系統(tǒng)的工作頻率壩過高，系統(tǒng)將變奧得過于靈敏，反礙而會(huì)影響控制系捌統(tǒng)地控制品質(zhì)，絆會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定翱性下降。大多數(shù)矮流量控制系統(tǒng)的耙流量記錄曲線波阿動(dòng)的都比較厲害扳，就是由于流量案對(duì)象時(shí)間常數(shù)比芭較小的原因所致埃。把圖1-23 調(diào)擺節(jié)通

42、道時(shí)間常數(shù)拔變化的影響胺3.癌調(diào)節(jié)通道瓣純滯后盎的氨影響把調(diào)節(jié)通道純滯后哀對(duì)控制質(zhì)量的影案響可用圖1-2吧4加以說明。胺圖中的曲線C是澳沒有控制作用捌時(shí)系統(tǒng)在干擾作敖用下的反應(yīng)曲線骯。如果扳未變送器的靈敏癌度，那么，當(dāng)調(diào)擺節(jié)通道沒有純滯百后時(shí)，調(diào)節(jié)作用敖從矮時(shí)刻開始就對(duì)干搬擾起抑制作用，板控制曲線為埃。如果調(diào)節(jié)通道唉存在有純滯后耙時(shí)，調(diào)節(jié)作用從岸+愛時(shí)刻才開始對(duì)干氨擾起抑制作用，氨而在此之前，系啊統(tǒng)由于得不到及昂時(shí)控制，藹因而被控變量只捌能任由干擾作用搬影響而不斷上升把(或下降)，其巴控制曲線為E。伴顯然，與調(diào)節(jié)通跋道沒有純滯后的傲情況相比，此時(shí)暗的動(dòng)態(tài)偏差將增瓣大，系統(tǒng)的質(zhì)量按將變差。鞍 矮

43、 柏圖1-24 純啊滯后影響示意圖罷同時(shí)，背因?yàn)榧儨蟮拇姘旁冢沟每刂破黧a不能及時(shí)獲得控?cái)[制作用效果的反搬饋信息，因而控頒制器不能根據(jù)反白饋信息來調(diào)整自扮己的輸出，當(dāng)需班要增加控制作用懊時(shí)會(huì)使控制作用盎增加的太多，而皚一旦需要減少控壩制作用時(shí)則又會(huì)翱使控制作用減少盎得太多，控制器拌出現(xiàn)失控現(xiàn)象，皚因此導(dǎo)致系統(tǒng)的骯震蕩胺，使系統(tǒng)的穩(wěn)定斑性降低。搬因此控制系統(tǒng)純板滯后的存在是系翱統(tǒng)的大忌,啊 愛純滯后的存在會(huì)霸大大地惡化系統(tǒng)霸的調(diào)節(jié)質(zhì)量，甚懊至?xí)霈F(xiàn)不穩(wěn)定阿情況。因此，工捌程實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)盡八量避免調(diào)節(jié)通道澳出現(xiàn)純滯后。奧 頒 板 傲 邦 扳圖礙1-25擺 罷調(diào)節(jié)巴通道純滯后的影挨響澳總結(jié)調(diào)節(jié)通道特

44、瓣性對(duì)控制質(zhì)量的疤影響，如表1-岸2所示。襖表1-3調(diào)節(jié)通佰道特性對(duì)控制質(zhì)班量的影響翱特性拌參數(shù)芭對(duì)靜態(tài)質(zhì)量的影絆響藹對(duì)動(dòng)辦態(tài)質(zhì)量的影響矮增加罷余差減小搬（穩(wěn)定前提下）傲系統(tǒng)趨向于震蕩案增加辦無(wú)影響俺過渡過程時(shí)間增安加埃，系統(tǒng)頻率變慢吧增加案無(wú)影響巴穩(wěn)定程度大大降礙低皚1.6 檢測(cè)變阿送環(huán)節(jié)瓣 柏 懊檢測(cè)變送環(huán)節(jié)般的任務(wù)是對(duì)被控班變量或其它有關(guān)敗參數(shù)作正確測(cè)量藹，并將它轉(zhuǎn)換成爸統(tǒng)一信號(hào)如（4癌20mA），藹測(cè)量變送環(huán)節(jié)的鞍傳遞函數(shù)可表示搬為：拜一般凹八0，啊較小，為簡(jiǎn)化分捌析，有時(shí)安也假設(shè)安襖0吧 敗，這樣當(dāng)敖=1時(shí)，可將控壩制系統(tǒng)看成單位擺反饋系統(tǒng)?。刂评碚撝薪?jīng)艾常這樣描述）板。背檢測(cè)變送

45、需注意啊的兩點(diǎn)襖：叭礙，因變送器采用懊模擬單元組合儀巴表，輸出范圍為隘定值（哀如4-20挨mA哎）巴,則懊與測(cè)量范圍成反頒比，頒越大，測(cè)量范圍拌越小，懊測(cè)量拌精度越高。擺隘變送器的輸出值襖與測(cè)量值的關(guān)系傲：扳 線性變送襖時(shí)：邦變送器輸出=（拜測(cè)量值/測(cè)量范矮圍）（癌 變送器輸出最霸大值絆 跋- 白變送器輸出最小吧值）霸+ 熬變送器輸出最小礙值矮 非線性變叭送骯（差壓法測(cè)流量斑）霸時(shí)安：懊變送器輸出=（柏測(cè)量值/測(cè)量范骯圍）哀2胺（拌變送器輸出最大案值-辦變送器輸出最小叭值）+斑變送器輸出最小澳值跋1.6.1辦 關(guān)于測(cè)量誤差頒1.罷儀表本身誤差版 暗增大可減小測(cè)量安誤差，但調(diào)節(jié)系瓣統(tǒng)穩(wěn)定性受影響

46、暗，應(yīng)與耙配合。伴2.澳安裝不當(dāng)引入誤斑差邦 如，流量測(cè)佰量中，孔板裝反稗；直管道不夠；皚差壓計(jì)引壓管線胺有氣泡等。芭3背.熬測(cè)量的動(dòng)態(tài)誤差唉 如溫度測(cè)溫半元件，應(yīng)盡量減哎小唉、懊，成份分析應(yīng)盡胺量減少皚。愛1.6.2半 測(cè)量信號(hào)的處芭理襖1班.啊對(duì)呈同周期性的靶脈動(dòng)信號(hào)需進(jìn)行凹低通濾波笆2扳.邦對(duì)測(cè)量噪聲需進(jìn)擺行濾波3.線性化處理挨1.7 擺執(zhí)行器巴環(huán)節(jié)翱1.7.1耙 叭執(zhí)行器阿概述巴執(zhí)行器斑是安過程計(jì)算機(jī)控制骯系統(tǒng)中的一個(gè)重頒要組成部分。它爸的作用是接收控吧制器送來的控制瓣信號(hào)，改變被控搬介質(zhì)的流量，從伴而將被控變量維澳持在所要求的數(shù)凹值上或一奧定的范圍內(nèi)。擺執(zhí)行器的動(dòng)作是懊由調(diào)節(jié)器的輸出

47、頒信號(hào)通過各種執(zhí)礙行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的拜。執(zhí)行器由執(zhí)行挨機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)白構(gòu)成，在用電捌信號(hào)作為控制信伴號(hào)的控制系統(tǒng)中頒，目前廣泛懊應(yīng)用以下三種控百制方式，如 REF _Ref127009482 h * MERGEFORMAT 昂圖拜 頒0.1昂所示。圖 STYLEREF 1 s 0. SEQ 圖 * ARABIC s 1 1 執(zhí)行器的構(gòu)成及控制形式調(diào)節(jié)器伺服放大器操作器電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器電/氣轉(zhuǎn)換器氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器電/氣閥門定位器轉(zhuǎn)換器氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥半執(zhí)行器有各種不暗同的分類方法，哎其分類如下：襖 按動(dòng)力能源霸分類 分為氣辦動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)捌執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)拜行器。氣動(dòng)執(zhí)行哎器利用壓縮

48、空氣案作為能源，其特百點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、絆動(dòng)作可靠、平穩(wěn)柏、輸出推力較大氨、維修方便、防暗火防爆，而且價(jià)隘格較低；它可以叭方便的與氣動(dòng)儀皚表配套使用，即辦使是采用電動(dòng)儀盎表或計(jì)算機(jī)控制皚時(shí)，只要經(jīng)過電傲/氣轉(zhuǎn)換器或電凹/氣閥門定位器阿，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換阿為0.020百.1MPa的標(biāo)吧準(zhǔn)氣壓信號(hào)，仍爸然可用氣動(dòng)執(zhí)行懊器。哀 按動(dòng)作極性哀分類 分為正罷作用執(zhí)行器和反礙作用執(zhí)行器。凹胺 按動(dòng)作行程分挨類 分為角行斑程執(zhí)行器和直行半程執(zhí)行器。 佰 按動(dòng)作特性艾分類 分為比班例式執(zhí)行器和積扮分式執(zhí)行器。耙在自控系統(tǒng)中，哎為使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的巴輸出滿足一定精鞍度的要求，在控罷制原理上常采用版負(fù)反饋閉環(huán)控制絆系統(tǒng)，將執(zhí)行

49、機(jī)盎構(gòu)的位置輸出拜作為反饋信號(hào)，擺和電動(dòng)調(diào)節(jié)器的壩輸出信號(hào)作比較扮，將其差值經(jīng)過拔放大用于驅(qū)動(dòng)和疤控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的跋動(dòng)作，使執(zhí)行機(jī)吧構(gòu)向消除差值的拔方向運(yùn)動(dòng)，最終拜達(dá)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的埃位置輸出和電動(dòng)敖調(diào)節(jié)器的輸出信案號(hào)成線性關(guān)系。隘在應(yīng)用氣動(dòng)執(zhí)行凹機(jī)構(gòu)的場(chǎng)合下，澳采用電/氣轉(zhuǎn)換拜器和氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)拔構(gòu)配套時(shí)，由于般是開環(huán)控制系統(tǒng)唉，只能用于控制懊精度要求不高的拌場(chǎng)合。當(dāng)需要精啊度較高時(shí)，一般阿都采用電/氣閥瓣門定位器和氣動(dòng)奧執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配套安，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸巴出位移通過凸輪傲杠桿反饋到閥門熬定位器內(nèi)，利用般負(fù)反饋的工作原安理，大大提高了哎氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的位礙置精度。因此，翱目前在自控系統(tǒng)阿中應(yīng)用的氣動(dòng)調(diào)昂節(jié)閥大

50、多數(shù)都與白閥門定位器配套板使用。百智能電動(dòng)執(zhí)行器爸將伺服放大器與奧操作器轉(zhuǎn)換成數(shù)藹字哀電路，而智能執(zhí)俺行器則將所有的白環(huán)節(jié)集成，信號(hào)爸通過現(xiàn)場(chǎng)總線由襖變送器或操作站唉發(fā)來，可以取代芭調(diào)節(jié)器。俺由于石油、化工吧等過程工業(yè)中的擺安全問題，所以昂大量使用的是氣八動(dòng)執(zhí)行器。下面敖主要介紹氣動(dòng)執(zhí)隘行器的特性及應(yīng)敗用。伴1.7八.2礙氣動(dòng)執(zhí)行器版氣動(dòng)執(zhí)行器又稱伴為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，胺由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)稗和調(diào)節(jié)閥(控制背機(jī)構(gòu))組成。如藹下圖案所示。執(zhí)行器上罷有標(biāo)尺，用以指頒示執(zhí)行器的動(dòng)作挨行程。氨1.罷氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傲常見的氣動(dòng)執(zhí)行八機(jī)構(gòu)有薄膜式和稗活塞式兩大類。伴其中薄膜式執(zhí)行奧機(jī)構(gòu)最為常用，罷它可以用作一般哎控制閥

51、的推動(dòng)裝般置，組成氣動(dòng)薄巴膜式執(zhí)行器。氣吧動(dòng)薄膜式執(zhí)行機(jī)疤構(gòu)的信號(hào)壓力罷p邦作用于膜片，使哀其變形，帶動(dòng)膜扳片上的推桿移動(dòng)敗，使閥芯產(chǎn)生位艾移，從而改變閥盎的開度。它的結(jié)哀構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便癌宜、維修方便，襖應(yīng)用廣泛。氣動(dòng)啊活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)使疤活塞在氣缸中移埃動(dòng)產(chǎn)生推力。顯八然，活塞式的輸壩出力度遠(yuǎn)大于薄鞍膜式，因此，薄安膜式適用于輸出按力較小、精度較頒高的場(chǎng)合；活塞笆式適用于輸出力笆較大的場(chǎng)合，如哀大口徑、高壓降百控制或蝶閥的推暗動(dòng)裝置。除有薄骯膜式和活塞式之暗外，還有一種長(zhǎng)背行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，癌它的行程長(zhǎng)、轉(zhuǎn)扒矩大，適于輸出愛角位移和大力矩爸的場(chǎng)合。氣動(dòng)執(zhí)愛行機(jī)構(gòu)接收的信搬號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為0.0邦20.1MP

52、柏a。懊氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)暗構(gòu)輸出的位移L捌與信號(hào)壓力挨p拔的關(guān)系為：拜 傲 唉 胺 礙 岸 辦 礙 巴(芭2. SEQ 5- * ARABIC 罷1爸)圖 STYLEREF 1 s 0. SEQ 圖 * ARABIC s 1 2 氣動(dòng)執(zhí)行器般式中，俺A唉為波紋膜片的有岸效面積，哎K霸為彈簧的剛度。按推桿受壓移動(dòng)，背使彈簧受壓，當(dāng)疤彈簧的反作用力傲與推桿的作用力按相等時(shí)，輸出的靶位移吧L傲與信號(hào)壓力耙p愛成正比。執(zhí)行機(jī)哀構(gòu)的輸出(即推柏桿輸出的位移)哀也稱行程。氣動(dòng)把薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的唉行程規(guī)格有搬10mm靶、啊16mm按、耙25mm安、八60mm礙、傲100mm胺。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行啊機(jī)構(gòu)的輸入、輸邦出特

53、性是非線性傲的，且存在正反佰行程的變差。實(shí)愛際應(yīng)用中常用上捌閥門定位器，可吧減小一部分誤差頒。拜氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)熬構(gòu)有正作用和反拌作用兩種形式。盎當(dāng)來自控制器或八閥門定位器的信骯號(hào)壓力增大時(shí)，奧閥桿向下動(dòng)作的礙叫正作用執(zhí)行機(jī)白構(gòu)(ZMA型)班；當(dāng)信號(hào)壓力增背大時(shí)，閥桿向上芭動(dòng)作的叫反作用疤執(zhí)行機(jī)構(gòu)(ZM暗B型)。正作用柏執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)笆壓力是通入波紋凹膜片上方的薄膜伴氣室；反作用執(zhí)叭行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓暗力是通入波紋膜艾片下方的薄膜氣按室。通過更換個(gè)叭別零件，兩者就耙能互相改裝。哎氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)柏構(gòu)的主要部件為罷氣缸、活塞、推扳桿，氣缸內(nèi)活塞疤隨氣缸內(nèi)兩側(cè)壓般差的變化而移動(dòng)癌。其特性有比例懊式和兩位式

54、兩種絆。兩位式根據(jù)輸敖入活塞兩側(cè)操作半壓力的大小，活邦塞從高壓側(cè)被推巴向低壓側(cè)。比例巴式是在兩位式基胺礎(chǔ)上加以閥門定愛位器，使推桿位頒移和信號(hào)壓力成版比例關(guān)系。2.控制機(jī)構(gòu)扒控制機(jī)構(gòu)即調(diào)節(jié)隘閥，實(shí)際上是一昂個(gè)局部阻力可以百改變的節(jié)流元件絆。通過閥桿上部斑與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連壩，下部與閥芯相盎連。由于閥芯在襖閥體內(nèi)移動(dòng)，改岸變了閥芯與閥座捌之間的流通面積藹，即改變了閥的擺阻力系數(shù)，被控吧介質(zhì)的流量也就柏相應(yīng)的改變，從敗而達(dá)到控制工藝般參數(shù)的目的。調(diào)拌節(jié)閥由閥體、閥絆座、閥芯、閥桿澳、上下閥蓋等組背成。調(diào)節(jié)閥直接皚與被控介質(zhì)接觸頒，為適應(yīng)各種使邦用要求，閥芯、拌閥體的結(jié)構(gòu)、材邦料各不相同。圖 STYLE

55、REF 1 s 0. SEQ 圖 * ARABIC s 1 3 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式胺調(diào)節(jié)閥的閥芯有敖直行程閥芯與角背行程閥芯。常見柏的直行程閥芯有芭：平板形閥芯，罷具有快開特性，隘可作兩位控制；矮柱塞型閥芯，可罷上下倒裝，以實(shí)跋現(xiàn)正反調(diào)節(jié)作用扳；窗口形閥芯，愛有合流型與分流拜型，適宜作三通阿閥；多級(jí)閥芯，稗將幾個(gè)閥芯串聯(lián)捌，起逐級(jí)降壓作瓣用。角行程閥芯岸通過閥芯的旋轉(zhuǎn)般運(yùn)動(dòng)改變其與閥壩座間的流通截面靶。常見的角行程靶閥芯形式有：偏頒心旋轉(zhuǎn)閥芯、蝶白形閥芯、球形閥巴芯。靶根據(jù)不同的使用爸要求，控制閥的罷結(jié)構(gòu)形式很多，隘如 REF _Ref127009533 h * MERGEFORMAT 阿圖岸

56、哎0.3盎所示，主要有以?shī)W下幾種：案1)鞍直通單座控制閥班。這種閥的閥體礙內(nèi)只有一個(gè)閥芯耙與閥座。其特點(diǎn)按是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、泄柏露量小，易于保霸證關(guān)閉，甚至完班全切斷。但是在按壓差大的時(shí)候，頒流體對(duì)閥芯上下藹作用的推力不平俺衡，這種不平衡骯力會(huì)影響閥芯的藹移動(dòng)。這種閥一拜般用于小口徑、奧低壓差的場(chǎng)合。百2)唉 直通雙座控制暗閥。閥體內(nèi)有兩隘個(gè)閥芯和閥座，班這是最常用的一埃種類型。由于流罷體流過的時(shí)候，凹作用在上、下兩拌個(gè)閥芯上的推力氨方向相反而大小班近于相等，可以唉互相抵消，所以扮不平衡力小。但敖是由于加工的限捌制，上下兩個(gè)閥唉芯閥座不易保證敗同時(shí)密閉，因此愛泄露量較大。根凹據(jù)閥芯與閥座的藹相對(duì)位置

57、，這種案閥可分為正作用拌式與反作用式(背或稱正裝與反裝稗)兩種形式。當(dāng)骯閥體直立，閥桿隘下移時(shí)，閥芯與骯閥座間的流通面叭積減小的稱為正柏作用式。如果閥板芯倒裝，則當(dāng)閥埃桿下移時(shí)，閥芯吧與閥座間的流通矮面積增大，稱為跋反作用式。擺3)佰隔膜控制閥。它襖采用耐腐蝕襯里芭的閥體和隔膜。拌隔膜閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單拔、流阻小、流通凹能力比同口徑的扮其它種類的閥要暗大。由于介質(zhì)用哀隔膜與外界隔離搬，故無(wú)填料，介哎質(zhì)也不會(huì)泄露。背這種閥耐腐蝕性耙強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸哎、強(qiáng)堿巴等拔腐蝕性介質(zhì)的控礙制，也能用于高笆粘度及懸浮顆粒跋狀介質(zhì)的控制。柏 鞍4）伴三通控制閥。三笆通閥共有三個(gè)出矮入口與工藝管道熬連接。其流通方岸式有合流

58、(兩種般介質(zhì)混合成一路敖)型和分流(一辦種介質(zhì)分成兩路搬)型兩種。這種柏閥可以用來代替唉兩個(gè)直通閥，適白用于配比控制與半旁路控制。 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 背5）阿角形控制閥。角辦形閥的兩個(gè)接管擺成直角形，一般暗為底進(jìn)側(cè)出。這扳種閥的流路簡(jiǎn)單敖、阻力較小，適般用于現(xiàn)場(chǎng)管道要啊求直角連接，介鞍質(zhì)為高粘度、高靶壓差和含有少量鞍懸浮物和固體顆靶粒的場(chǎng)合。背6）凹套筒式控制閥。埃又名籠式閥，它艾的閥體與一般的敗直通單座閥相似熬?；\式閥內(nèi)有一半個(gè)圓柱形套筒(頒籠子)。套筒壁邦上有幾個(gè)不同形搬狀的孔(窗口)板，利用套筒導(dǎo)向跋，閥芯在套筒內(nèi)扮上下移動(dòng)，

59、由于擺這種移動(dòng)改變了氨籠子的節(jié)流孔面板積，就形成了各柏種特性并實(shí)現(xiàn)流絆量控制?；\式閥霸的可調(diào)比大、振白動(dòng)小、不平衡力盎小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、巴套筒互換性好，白更換不同的套筒白(窗口形狀不同百)斑即可得到不同的柏流量特性，閥內(nèi)靶部件所受敗的澳氣澳蝕拌小、噪音小，是拜一種性能優(yōu)良的凹閥，特別適用于笆要求低噪音及壓稗差較大的場(chǎng)合，盎但不適用高溫、矮高粘度及含有固哀體顆粒的液體。礙7）拔蝶閥。又名翻板艾閥。蝶閥具有結(jié)霸構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕哎、價(jià)格便宜、流案阻極小的優(yōu)點(diǎn)，跋但泄露量大，適般用于大口徑、大佰流量、低壓差的艾場(chǎng)合，也可以用班于含少量纖維或奧懸浮顆粒狀介質(zhì)拔的控制。隘8）芭球閥。球閥的閥斑芯和閥體都呈球巴形

60、體，轉(zhuǎn)動(dòng)閥芯捌使其與閥體處于懊不同的相對(duì)位置癌時(shí)，就具有不同盎的流通面積，以昂達(dá)到流量控制的耙目的。奧9）耙凸輪撓曲閥。又阿名偏心旋轉(zhuǎn)閥。辦它的閥芯呈扇形扳球面狀，與撓曲頒臂及軸套一起鑄岸成，固定在轉(zhuǎn)動(dòng)拜軸上。凸輪撓曲巴閥的撓曲臂在壓盎力作用下會(huì)產(chǎn)生霸撓曲變形，使閥拔芯球面與閥座密埃封圈緊密接觸，盎密封性好。同時(shí)霸它的重量輕、體扮積小、安裝方便芭，適用于高粘度壩或帶有懸浮物的挨介質(zhì)流量控制。半除以上所介紹的胺閥以外，還有一吧些特殊的控制閥拜。例如小流量閥按適用于小流量的藹精密控制，超高氨壓閥適用于高靜斑壓、高壓差的場(chǎng)巴合。百同時(shí)壩如圖埃2.1耙8俺所示的各種調(diào)節(jié)搬閥，其特性都不按過零(即都有泄