過(guò)程控制工程he課件

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程緒論過(guò)程控制系統(tǒng)及工程緒論1●過(guò)程（Process）--生產(chǎn)過(guò)程基本概念歷經(jīng)一段時(shí)間一般工業(yè)生產(chǎn)伴隨物質(zhì)能量變化●過(guò)程（Process）的特點(diǎn)連續(xù)過(guò)程(ContinuousProcess)批量（間歇）過(guò)程(BatchProcess)離散過(guò)程(DiscreteProcess)流程工業(yè)(FlowManufacturingIndustry)離散制造業(yè)(DiscreteIndustry)●過(guò)程（Process）--生產(chǎn)過(guò)程基本概念歷經(jīng)一段時(shí)間●過(guò)2●過(guò)程控制(ProcessControl）針對(duì)連續(xù)或半連續(xù)（間歇）過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液（物）位、化學(xué)成分（如含氧量）、物性參數(shù)（如粘度、融溶指數(shù)）等變量而實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，稱為過(guò)程控制?！癖豢貐?shù)種類基本概念溫度壓力流量液位成分（氧含量，產(chǎn)品組份等）物性（粘度，干點(diǎn)，冰點(diǎn)等）●過(guò)程控制(ProcessControl）針對(duì)連續(xù)或半連3●過(guò)程控制領(lǐng)域基本概念石油化工：輸油，煉油，乙烯，合成橡膠，合成氨電力：火電廠冶金：冶金加熱爐，熱處理爐生化：啤酒，制藥輕工：食品，漂染環(huán)境：水處理，大氣監(jiān)測(cè)其它：農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)●過(guò)程控制領(lǐng)域基本概念石油化工：輸油，煉油，乙烯，合成橡4被控對(duì)象控制變量設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u是指被控制的裝置或者設(shè)備。施加給被控對(duì)象的信號(hào)，使受控對(duì)象按照一定的規(guī)律運(yùn)行，一般用符號(hào)u表示。被控變量控制系統(tǒng)的輸出，即被控的物理量，一般用符號(hào)y表示。被控對(duì)象控制變量設(shè)定值﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)5偏差信號(hào)擾動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)定值與反饋信號(hào)之差稱為偏差，用符號(hào)e表示。使對(duì)象輸出偏離設(shè)定值的輸入信號(hào)。一般用符號(hào)f表示。

設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u設(shè)定值（給定值）希望系統(tǒng)輸出達(dá)到的數(shù)值，一般用符號(hào)x表示。偏差信號(hào)擾動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)定值與反饋信號(hào)之差稱為偏差，用符號(hào)e62、控制系統(tǒng)的組成定值元件控制器執(zhí)行元件用來(lái)產(chǎn)生設(shè)定值或參考輸入。

或稱調(diào)節(jié)器。通過(guò)一定的控制規(guī)律給出控制量，送到執(zhí)行元件。完成功率轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換，常稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者執(zhí)行器。

設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u2、控制系統(tǒng)的組成定值元件控制器執(zhí)行元件用來(lái)產(chǎn)生設(shè)定值或7測(cè)量、變送元件又稱傳感器，用于檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，并變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到控制器。比較元件用以產(chǎn)生偏差信號(hào)2、控制系統(tǒng)的組成設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u測(cè)量、變送元件又稱傳感器，用于檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，并變換成83、對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性、精確性和快速性

穩(wěn)定性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要條件系統(tǒng)自身的屬性有界輸入，有界輸出3、對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性、精確性和快速性穩(wěn)定9精確性反映系統(tǒng)的被控變量偏離設(shè)定值的程度。

快速性控制系統(tǒng)受到外界的作用后，從一個(gè)平衡狀態(tài)達(dá)到另一個(gè)平衡狀態(tài)的時(shí)間。精確性反映系統(tǒng)的被控變量偏離設(shè)定值的程度?？焖傩钥刂葡?0單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇

第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章111.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●單回路反饋控制系統(tǒng)

四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、測(cè)量變送、控制器和控制閥反饋控制中的最基本系統(tǒng)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、有效、應(yīng)用最成熟、最普遍---占70%以上1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●單回路反饋控制系統(tǒng)12例1：恒溫箱的人工控制1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成人工控制的恒溫箱

加熱電阻絲~220V調(diào)壓器溫度計(jì)例1：恒溫箱的人工控制1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成人工控制的恒13●觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）●與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較，得到溫度偏差的大小和方向●根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值●人工控制恒溫箱調(diào)節(jié)過(guò)程

1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成人工控制過(guò)程的實(shí)質(zhì)：檢測(cè)偏差，調(diào)節(jié)操縱變量，縮小偏差期望溫度大腦手調(diào)壓器恒溫箱眼睛實(shí)際溫度溫度計(jì)●觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）●人工控制恒溫箱調(diào)節(jié)過(guò)程14例2：水槽液位控制系統(tǒng)LCF1F2F1F21.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成F1增加→L增加→變送器輸出信號(hào)增加→偏差（測(cè)量值-設(shè)定值）為正、增加→控制器輸出增加→閥開(kāi)度增加→F2增加→L降低；工作過(guò)程：例2：水槽液位控制系統(tǒng)LCF1F2F1F21.1單回路系統(tǒng)的151.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控對(duì)象測(cè)量變送偏差給定測(cè)量液位●給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為系統(tǒng)輸入量。也稱為參考輸入量（信號(hào)）?！癖豢刂屏课挥谙到y(tǒng)的輸出端，稱為系統(tǒng)輸出量?！?/p>

輸出量（全部或一部分）通過(guò)測(cè)量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號(hào)與返回的輸出信號(hào)之差）信號(hào)。輸出量的返回過(guò)程稱為反饋。返回的全部或部分輸出信號(hào)稱為反饋信號(hào)。1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控測(cè)量偏差給定161.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●維持被控參數(shù)保持在設(shè)定值上，偏差越小越好●偏差控制：糾正偏差過(guò)程工業(yè)中，此類系統(tǒng)占大多數(shù)●按被控參數(shù)分類：溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●17常規(guī)PID控制系統(tǒng)組成

PID控制器調(diào)節(jié)閥工藝對(duì)象檢測(cè)儀表給定值偏差被測(cè)變量A/DD/A常規(guī)PID控制系統(tǒng)組成PID控制器調(diào)節(jié)閥工藝對(duì)象檢測(cè)儀表18PID控制器：它是各類自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分。由于控制對(duì)象的不同，以及對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)特性的要求和應(yīng)用的控制規(guī)則的不同，可以構(gòu)成各種類型P,PI,PID控制器。比例（P）控制器：適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒(méi)有提出無(wú)差要求的系統(tǒng)。如：中間儲(chǔ)罐液位、精餾塔塔釜液位以及不太重要的蒸汽壓力。比例積分(PI)控制器：它適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)系統(tǒng)。例如流量、壓力和要求嚴(yán)格的液位控制系統(tǒng)，常采用比例積分控制器。比例積分(PI)控制器是使用最多、應(yīng)用最廣的控制器。PID控制器：它是各類自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分。由于控制對(duì)象的19比例積分微分（PID）控制器：適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，目前應(yīng)用較多的是溫度系統(tǒng)。比例積分微分（PID）控制器：適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大20常規(guī)PID控制系統(tǒng)

常規(guī)PID（ProportionalIntegralDerivative）控制器是過(guò)程控制中應(yīng)用最為廣泛最基本的一種控制器，它具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點(diǎn)，而且PID調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)相當(dāng)多的工業(yè)控制對(duì)象，特別是對(duì)于線性定常系統(tǒng)的控制非常有效。即使在現(xiàn)代控制技術(shù)飛速發(fā)展的今天，仍有90%以上的控制回路采用PID控制。由于計(jì)算機(jī)的廣泛使用，控制器的實(shí)現(xiàn)大都有微機(jī)實(shí)現(xiàn)控制算法。常規(guī)PID控制系統(tǒng)常規(guī)PID（Prop21PID控制算法PID算法是根據(jù)給定值SP與實(shí)際輸出值PV構(gòu)成控制偏差e(t)=SP-PV，將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，其控制規(guī)律為：PID控制算法PID算法是根據(jù)給定值SP與22比例作用比例部分：由數(shù)學(xué)表達(dá)式Kpe(t)表示，比例系數(shù)Kp越大，則過(guò)渡過(guò)程越快，控制結(jié)果的靜態(tài)偏差也越小;但Kp越大，也越容易產(chǎn)生振蕩。因此，比例系數(shù)Kp選擇必須恰當(dāng)，才能取得過(guò)渡時(shí)間少，靜差小而又穩(wěn)定的結(jié)果。

比例作用比例部分：由數(shù)學(xué)表達(dá)式Kpe(t)表示，比例系數(shù)Kp23積分作用從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，它的控制作用就會(huì)不斷增加;只有在偏差e(t)=0時(shí)，它的積分才會(huì)為一個(gè)常數(shù)?？梢?jiàn)，積分部分的作用可以消除系統(tǒng)的偏差。積分時(shí)間Ti對(duì)積分的作用影響極大。當(dāng)Ti較大時(shí)，積分作用較弱;這時(shí)系統(tǒng)的過(guò)渡時(shí)間不會(huì)產(chǎn)生振蕩;但是消除偏差的時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)Ti較小時(shí)，則積分作用較強(qiáng)，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間中有可能產(chǎn)生振蕩，不過(guò)消除偏差的時(shí)間較短。積分作用從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，它的控24微分作用微分部分的作用由微分時(shí)間Td決定;Td越大，它抑制偏差e(t)變化的作用越強(qiáng);Td越小，它反抗偏差e(t)變化的作用越弱。微分部分顯然對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程有很大的作用。微分作用微分部分的作用由微分時(shí)間Td決定;Td越大，它抑制偏25PID參數(shù)的整定

PID控制器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)是，尋找或者選擇控制器的三項(xiàng)參數(shù)值，使控制器的特性與被控過(guò)程的特性得到良好的匹配，從而使控制系統(tǒng)的特性滿足期望的目標(biāo)。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，工程上常用的方法有：臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)湊試法PID參數(shù)的整定PID控制器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)是，尋找或者26臨界比例度法臨界比例度法：先通過(guò)試驗(yàn)得到臨界比例度δk和臨界周期TK，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。具體做法：先只加純比例作用，在干擾作用下，從大到小逐漸改變比例度，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，這時(shí)的比例度叫臨界比例度δk，振蕩周期為臨界周期TK，然后按下表的計(jì)算公式計(jì)算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。臨界比例度法臨界比例度法：先通過(guò)試驗(yàn)得到臨界比例度δk和臨界27臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min微分時(shí)間/minP2δkPI2.2δk0.85TKPID1.7δk0.5TK0.125TK臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min28衰減曲線法衰減曲線法是通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來(lái)整定控制器的參數(shù)值的。具體做法：先只加純比例作用，將控制器比例度放在較大的數(shù)值上，在達(dá)到穩(wěn)定后，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4：1衰減比為止，記下此時(shí)的比例度Δs，并從曲線上得出衰減周期TS，然后按下表的計(jì)算公式計(jì)算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。衰減曲線法衰減曲線法是通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來(lái)整定控制器的參29衰減曲線法法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min微分時(shí)間/minPδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS衰減曲線法法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min30經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法是長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的一種整定方法。它是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上，通過(guò)改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，按照規(guī)定順序，對(duì)比例度δ、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td逐個(gè)整定，直到獲得滿意的過(guò)渡過(guò)程為止。經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法是長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的一種整定方法31經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被控變量特點(diǎn)δ/%Ti/minTd/min流量對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，參數(shù)有波動(dòng)，40~1000.3~1溫度對(duì)象容量滯后較大20~603~100.5~3壓力對(duì)象容量滯后一般30~700.4~3液位對(duì)象時(shí)間常數(shù)范圍較大，20~80經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被控變量特點(diǎn)δ/%Ti/minTd/min流量對(duì)象32過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第二章串級(jí)控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第二章串級(jí)控制系統(tǒng)33串級(jí)控制系統(tǒng)2.1概述2.2串級(jí)控制系統(tǒng)2.3投運(yùn)和整定2.4串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)2.5串級(jí)系統(tǒng)副回路的設(shè)計(jì)

第2章串級(jí)控制系統(tǒng)2.1概述第2章342.1概述●復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)—簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：在一般情況下能夠滿足生產(chǎn)控制要求特殊情況：系統(tǒng)干擾因素多、干擾變化劇烈，以及工藝特殊要求—復(fù)雜控制系統(tǒng)

復(fù)雜控制系統(tǒng)—串級(jí)控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻、前饋、選擇、分程等

2.1概述●復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)—簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：在一般35●串級(jí)控制系統(tǒng)原理

精餾控制過(guò)程：P42圖2-1

提餾段溫度控制—通過(guò)控制再沸器加熱蒸汽量來(lái)維持提餾段溫度恒定

2.1概述TC精餾塔提餾段溫度控制：●串級(jí)控制系統(tǒng)原理精餾控制過(guò)程：P42圖2-12.1概述36結(jié)果：溫度控制不穩(wěn)定2.1概述

分析干擾：若干擾僅來(lái)自精餾塔進(jìn)料的波動(dòng)，則通過(guò)此回路可控制溫度情況一，很多情況下，除了進(jìn)料因素影響，加熱蒸汽流量也會(huì)有波動(dòng)（如鍋爐蒸汽出口壓力的波動(dòng)），這時(shí)，在一定的閥門開(kāi)度情況下，加熱蒸汽量不同。結(jié)果：溫度控制不穩(wěn)定2.1概述分析干擾：若干擾僅來(lái)自精餾塔37解決辦法：再加入一個(gè)蒸汽流量控制系統(tǒng)，可控制流量穩(wěn)定。

問(wèn)題：兩套控制系統(tǒng)不能協(xié)調(diào)，甚至出現(xiàn)矛盾溫度控制系統(tǒng)要求增加或減小蒸汽流量，而流量控制系統(tǒng)卻只能根據(jù)事先的流量設(shè)定值進(jìn)行定值控制。

2.1概述TCFC解決辦法：再加入一個(gè)蒸汽流量控制系統(tǒng)，可控制問(wèn)題：兩套控制系38串級(jí)控制系統(tǒng)：兩套控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制特點(diǎn)：兩個(gè)控制器，一個(gè)調(diào)節(jié)閥一個(gè)控制器（主控制器）的輸出送到另一個(gè)控制器（副控制器）的給定，副控制器的輸出送到控制閥

2.1概述TCFC串級(jí)控制系統(tǒng)：兩套控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制特點(diǎn)：兩個(gè)控制器，一個(gè)調(diào)392.1概述溫度控制器流量控制器控制閥流量對(duì)象溫度對(duì)象溫度變送器流量變送器

特點(diǎn)：兩個(gè)閉環(huán)環(huán)路，內(nèi)環(huán)和外環(huán)

內(nèi)環(huán)：副環(huán)，副控制器、副對(duì)象、副變送器（流量）

外環(huán)：主環(huán)，主控制器、主對(duì)象、主變送器（溫度）2.1概述溫度控制器流量控制器控制閥流量對(duì)象溫度對(duì)象溫度變送40

主環(huán)，定值控制系統(tǒng)，給定值由工藝設(shè)定，主控制器輸出作為副控制器的設(shè)定

副環(huán)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)，給定值由主控制器輸出給定，副控制器輸出控制控制閥2.1概述主環(huán)，定值控制系統(tǒng)，給定值由工藝設(shè)定，主控制器輸出作41●串級(jí)控制系統(tǒng)工作過(guò)程控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)

2.1概述氣開(kāi)式控制閥反作用的流量控制器反作用的溫度控制器●串級(jí)控制系統(tǒng)工作過(guò)程控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)2.1概述42●情況1:——副環(huán)內(nèi)出現(xiàn)干擾

流量控制器：“粗調(diào)”溫度控制器：“細(xì)調(diào)”

2.1概述蒸汽流量突然增大→（一段時(shí)間：提餾段溫度不變，溫度控制器輸出不變，流量控制器設(shè)定值不變，但流量測(cè)量增大→（流量控制器正偏差，流量控制器輸出減小，控制閥關(guān)?。羝髁繙p小，削弱對(duì)提餾段溫度的影響）

→提餾段溫度緩慢上升→（溫度控制器正偏差，溫度控制器輸出減小，輸出到流量控制器的設(shè)定值減?。髁靠刂破髟O(shè)定值減小，流量控制閥開(kāi)度進(jìn)一步減小?！袂闆r1:流量控制器：“粗調(diào)”2.1概述蒸汽流量突然增大43●情況2:——主環(huán)內(nèi)出現(xiàn)干擾進(jìn)料量突然增大，塔釜液位上升，提餾段溫度下降→溫度控制器負(fù)偏差，輸出增大→（流量控制器負(fù)偏差，流量控制器輸出增大，控制閥開(kāi)度增大，蒸汽量增加）→提餾段溫度回升2.1概述●情況2:進(jìn)料量突然增大，塔釜液位上升，提餾段溫442.1概述●情況3:——主環(huán)和副環(huán)同時(shí)（1）副環(huán)干擾使蒸汽流量增大，主環(huán)干擾使提餾段溫度降低；（1）副環(huán)干擾使蒸汽流量增大，主環(huán)干擾使提餾段溫度升高。FCFCspsp2.1概述●情況3:（1）副環(huán)干擾使蒸汽流量增大，（1）副環(huán)45結(jié)論：串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，控制質(zhì)量?jī)?yōu)于單回路控制系統(tǒng)，并且，實(shí)現(xiàn)方便，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普遍。

2.1概述結(jié)論：串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，控制質(zhì)量?jī)?yōu)于462.2.1串級(jí)控制系統(tǒng)控制方案電動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表（很少用）、計(jì)算機(jī)

（1）一般的串級(jí)方案（2）能實(shí)現(xiàn)主控–串級(jí)切換的串級(jí)方案溫度控制器流量控制器控制閥流量對(duì)象溫度對(duì)象溫度變送器流量變送器2.2.1串級(jí)控制系統(tǒng)控制方案電動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表（很少用）472.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施因此，主控制器的符號(hào)主要取決于主對(duì)象的符號(hào)，即，主對(duì)象為“正”，則主控制器取“反”作用，主對(duì)象為“負(fù)”，則主控制器取“正”作用

例1P48圖2-7加熱爐出口溫度與燃料壓力的串級(jí)控制系統(tǒng)PCTC2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施因此，主控制器的符號(hào)主要取決于主48副控制器：控制閥選“氣開(kāi)”式——正副對(duì)象，壓力對(duì)象，閥門開(kāi)大，負(fù)，反作用壓力上升——正變送器一般均為正主控制器：

副環(huán)——正主對(duì)象，溫度對(duì)象，燃料壓力增大時(shí)，燃料量增加，負(fù)，反作用出口溫度上升——正2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施副控制器：2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施49例2精餾塔提餾段溫度與再沸器加熱蒸汽流量串級(jí)控制系統(tǒng)2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施FCTC副控制器：控制閥選“氣閉”式——負(fù)正對(duì)象，流量對(duì)象，閥門開(kāi)大，流量增大——正變送器一般均為正主控制器：

副環(huán)——正主對(duì)象，溫度對(duì)象，蒸汽流量增大時(shí)，加熱量增加，提餾段溫度上升——正例2精餾塔提餾段溫度與再沸器加熱蒸汽流量串級(jí)控制系統(tǒng)2.2.502.3.1串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)●投運(yùn)步驟4、調(diào)節(jié)主控制器手操輸出，使副控制器的偏差為零5、分別將副、主控制器切入自動(dòng)

1、主、副控制器手動(dòng)位置，主控制器內(nèi)給定、副控制器外給定，正反作用正確，PID參數(shù)正確2、副控制器手動(dòng)操作3、通過(guò)副參數(shù)的變化，使主參數(shù)接近給定值，而副參數(shù)變化也比較平穩(wěn)2.3.1串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)●投運(yùn)步驟4、調(diào)節(jié)主控制器手操51過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第三章比值控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第三章比值控制系統(tǒng)52比值控制系統(tǒng)3.1概述3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.3比值系數(shù)的計(jì)算3.4比值控制方案的實(shí)施3.5比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定3.6比值控制系統(tǒng)的其他問(wèn)題

第3章比值控制系統(tǒng)3.1概述第3章533.1概述

工業(yè)過(guò)程中，經(jīng)常需要控制兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系

如：造紙過(guò)程中，紙漿和水要成一定的比例關(guān)系石化重油氣化，重油和氧氣量要成一定的比例關(guān)系鍋爐燃燒，煤氣和空氣成一定的比例關(guān)系，等等比值控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)流量比值較多，流量比值控制系統(tǒng)3.1概述工業(yè)過(guò)程中，經(jīng)常需要控制兩種或兩種以上的物料保54主物料/主流量：

處于比值控制中的主導(dǎo)地位F1從物料/從流量：

按主物料進(jìn)行配比F2

比值控制系統(tǒng)，要求副流量F2與主流量F1成一定的比值關(guān)系，K為流量比值

3.1概述主物料/主流量：3.1概述553.2比值控制系統(tǒng)的類型3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)(a)原理圖FCF1F23.2比值控制系統(tǒng)的類型3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)(a)原理56(b)方塊圖3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對(duì)象F2測(cè)量變送F1本質(zhì)：整個(gè)控制系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，F(xiàn)2流量根據(jù)F1流量，按比例系數(shù)開(kāi)閉閥門場(chǎng)合：這種方案應(yīng)用較少優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，儀表少缺點(diǎn)：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)，F(xiàn)2波動(dòng)時(shí)比值難以保證(b)方塊圖3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對(duì)象F2測(cè)573.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)

KF1F2FC3.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)的基58

從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒(méi)有閉環(huán)，F(xiàn)2不影響F1副流量系統(tǒng)閉環(huán)，穩(wěn)定副流量，定值控制。3.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對(duì)象F2測(cè)量變送F1K測(cè)量變送從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒(méi)59過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第4章均勻控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第4章均勻控制系統(tǒng)60均勻控制系統(tǒng)4.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)4.2均勻控制方案4.3均勻控制系統(tǒng)的理論分析4.4其他需要說(shuō)明的問(wèn)題

第4章均勻控制系統(tǒng)4.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)第4章614.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)如串聯(lián)精餾塔系統(tǒng)

甲塔乙塔LCFC

甲塔控制液位，而乙塔要控制進(jìn)料量，出現(xiàn)矛盾

過(guò)程生產(chǎn)的連續(xù)性——物料連續(xù)，前一設(shè)備出，后一設(shè)備進(jìn),前后設(shè)備的控制系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)（矛盾）。4.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)如串聯(lián)精餾塔系統(tǒng)乙LCFC62均勻控制目的：兩參數(shù)都允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，但波動(dòng)都不大4.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)解決辦法：工藝上可在兩塔之間加入緩沖罐——增加投資

控制系統(tǒng)上解決——均勻控制系統(tǒng)做法：把兩參數(shù)統(tǒng)一考慮，只設(shè)置一個(gè)控制系統(tǒng)，如LC，然后調(diào)整控制器參數(shù)LFt（C）KC→0LFt（a）KC較大LFt（b）KC較小均勻控制目的：兩參數(shù)都允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，但波動(dòng)都不大463均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)上無(wú)特殊性可以是單回路，可以是串級(jí)，均勻是指控制目的，而不是指結(jié)構(gòu)。（2）參數(shù)都要允許變化，但都要緩慢，并且要有主次（3）參數(shù)變化要限定范圍（非定值控制，而是定范圍控制）注意：明確均勻控制意圖。4.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)4.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)644.2均勻控制方案常用的結(jié)構(gòu)形式4.2.1（1）簡(jiǎn)單均勻控制結(jié)構(gòu)與單回路相同，在控制器參數(shù)整定上不同，較大的比例度和積分時(shí)間（弱控制作用）適用于干擾不大，要求不高的場(chǎng)合

圖4-4串級(jí)均勻控制方案LCFC

LC

圖4-3簡(jiǎn)單均勻控制方案4.2均勻控制方案常用的結(jié)構(gòu)形式4.2.1（1）簡(jiǎn)單均勻控制65圖4-5液位和流量I0=IL-IF+IS，穩(wěn)定時(shí)，IL和IF的符號(hào)相反，抵消，IS

結(jié)構(gòu)與串級(jí)系統(tǒng)相同，主控制器與簡(jiǎn)單均勻控制器參數(shù)設(shè)置相同。常用的結(jié)構(gòu)形式4.2.1（2）串級(jí)均勻控制

（3）雙沖量均勻控制

“沖量”—信號(hào)，“雙沖量”—一個(gè)控制器綜合兩個(gè)測(cè)量信號(hào)，IFISI0=IL-IF+ISI0FC圖4-5液位和流量I0=IL-IF+IS66控制規(guī)律的選擇4.2.2不能加微分控制規(guī)律簡(jiǎn)單均勻：控制器——純比例，或比例積分串級(jí)均勻：主控制器——純比例，或比例積分副控制器——純比例，或比例積分雙沖量均勻：控制器——比例積分利：積分的引入對(duì)液位參數(shù)有利，液位不越限，高頻噪聲弊：積分的引入對(duì)流量信號(hào)不利，平衡狀態(tài)過(guò)程很短，積分飽和控制規(guī)律的選擇4.2.2不能加微分控制規(guī)律簡(jiǎn)單均勻：控制器67參數(shù)整定4.2.3串級(jí)均勻控制中的流量副控制器按普通流量控制器進(jìn)行整定，其它形式的控制器都需要按均勻控制的要求進(jìn)行整定。整定的原則——“慢”，過(guò)渡過(guò)程不能出現(xiàn)振蕩③根據(jù)工藝對(duì)流量和液位兩個(gè)參數(shù)的要求，適當(dāng)調(diào)整控制器的參數(shù)。①以保證液位不超出允許的波動(dòng)范圍，先設(shè)置好控制器參數(shù)。②修正控制器參數(shù)，充分利用容器的緩沖作用，使液位在最大允許的范圍內(nèi)波動(dòng)，輸出流量盡量平穩(wěn)。參數(shù)整定4.2.3串級(jí)均勻控制中的流量副控制器按普通流量控68過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第7章分程及閥位控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第7章分程及閥位控制系統(tǒng)69分程及閥位控制系統(tǒng)7.1分程控制系統(tǒng)7.2閥位控制系統(tǒng)

第7章分程及閥位控制系統(tǒng)7.1分程控制系統(tǒng)第7章707.1分程控制系統(tǒng)概述7.1.1控制器輸出在0.06Mpa以下，只有閥A動(dòng)作，在0.06Mpa以上，只有閥B動(dòng)作一個(gè)控制器控制幾個(gè)控制閥——輸出信號(hào)分段“分程控制”如，控制兩個(gè)閥A、BA閥控制信號(hào):0.02~0.06MpaB閥控制信號(hào):0.06~0.1Mpa7.1分程控制系統(tǒng)概述7.1.1控制器輸出在0.06Mpa以71A：0.02~0.06Mpa——0~100%B：0.06~0.1Mpa——0~100%根據(jù)各閥的氣開(kāi)、氣閉形式不同，決定閥的行程方向

兩閥同向動(dòng)作

兩閥異向動(dòng)作

概述7.1.1通過(guò)閥門定位器調(diào)整0100%100%00100%0100%A：0.02~0.06Mpa——0~100%兩閥同向動(dòng)作72分程控制的應(yīng)用場(chǎng)合7.1.2

（1）擴(kuò)大控制閥可調(diào)范圍：兩個(gè)閥分程使用，擴(kuò)大了流通能力PC兩個(gè)流通能力相同的閥，同調(diào)節(jié)蒸汽壓力，小負(fù)荷時(shí)，只開(kāi)一個(gè)閥，大負(fù)荷時(shí)，再開(kāi)第2個(gè)閥。通過(guò)計(jì)算，如果兩個(gè)閥流通能力相同，分程后，總的流通能力擴(kuò)大1倍。分程控制的應(yīng)用場(chǎng)合7.1.2（1）擴(kuò)大控制閥可調(diào)范圍：兩個(gè)73分程控制器參數(shù)整定7.1.3控制器A閥B閥變送器對(duì)象A閥變送器對(duì)象B閥控制器1、3例子兩個(gè)閥通道相同，若閥的特性也相同，按一個(gè)閥通道整定即可2例子兩個(gè)閥通道不相同，只能折中分程控制器參數(shù)整定7.1.3控制器A閥B閥變送器對(duì)象A閥74過(guò)程控制系統(tǒng)及工程緒論過(guò)程控制系統(tǒng)及工程緒論75●過(guò)程（Process）--生產(chǎn)過(guò)程基本概念歷經(jīng)一段時(shí)間一般工業(yè)生產(chǎn)伴隨物質(zhì)能量變化●過(guò)程（Process）的特點(diǎn)連續(xù)過(guò)程(ContinuousProcess)批量（間歇）過(guò)程(BatchProcess)離散過(guò)程(DiscreteProcess)流程工業(yè)(FlowManufacturingIndustry)離散制造業(yè)(DiscreteIndustry)●過(guò)程（Process）--生產(chǎn)過(guò)程基本概念歷經(jīng)一段時(shí)間●過(guò)76●過(guò)程控制(ProcessControl）針對(duì)連續(xù)或半連續(xù)（間歇）過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液（物）位、化學(xué)成分（如含氧量）、物性參數(shù)（如粘度、融溶指數(shù)）等變量而實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，稱為過(guò)程控制?！癖豢貐?shù)種類基本概念溫度壓力流量液位成分（氧含量，產(chǎn)品組份等）物性（粘度，干點(diǎn)，冰點(diǎn)等）●過(guò)程控制(ProcessControl）針對(duì)連續(xù)或半連77●過(guò)程控制領(lǐng)域基本概念石油化工：輸油，煉油，乙烯，合成橡膠，合成氨電力：火電廠冶金：冶金加熱爐，熱處理爐生化：啤酒，制藥輕工：食品，漂染環(huán)境：水處理，大氣監(jiān)測(cè)其它：農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)●過(guò)程控制領(lǐng)域基本概念石油化工：輸油，煉油，乙烯，合成橡78被控對(duì)象控制變量設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u是指被控制的裝置或者設(shè)備。施加給被控對(duì)象的信號(hào)，使受控對(duì)象按照一定的規(guī)律運(yùn)行，一般用符號(hào)u表示。被控變量控制系統(tǒng)的輸出，即被控的物理量，一般用符號(hào)y表示。被控對(duì)象控制變量設(shè)定值﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)79偏差信號(hào)擾動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)定值與反饋信號(hào)之差稱為偏差，用符號(hào)e表示。使對(duì)象輸出偏離設(shè)定值的輸入信號(hào)。一般用符號(hào)f表示。

設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u設(shè)定值（給定值）希望系統(tǒng)輸出達(dá)到的數(shù)值，一般用符號(hào)x表示。偏差信號(hào)擾動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)定值與反饋信號(hào)之差稱為偏差，用符號(hào)e802、控制系統(tǒng)的組成定值元件控制器執(zhí)行元件用來(lái)產(chǎn)生設(shè)定值或參考輸入。

或稱調(diào)節(jié)器。通過(guò)一定的控制規(guī)律給出控制量，送到執(zhí)行元件。完成功率轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換，常稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者執(zhí)行器。

設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u2、控制系統(tǒng)的組成定值元件控制器執(zhí)行元件用來(lái)產(chǎn)生設(shè)定值或81測(cè)量、變送元件又稱傳感器，用于檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，并變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送到控制器。比較元件用以產(chǎn)生偏差信號(hào)2、控制系統(tǒng)的組成設(shè)定值x﹣控制器執(zhí)行器被控對(duì)象測(cè)量、變送擾動(dòng)f被控變量y反饋量z圖1—2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)偏差e控制變量u測(cè)量、變送元件又稱傳感器，用于檢測(cè)被控對(duì)象的輸出量，并變換成823、對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性、精確性和快速性

穩(wěn)定性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要條件系統(tǒng)自身的屬性有界輸入，有界輸出3、對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性、精確性和快速性穩(wěn)定83精確性反映系統(tǒng)的被控變量偏離設(shè)定值的程度。

快速性控制系統(tǒng)受到外界的作用后，從一個(gè)平衡狀態(tài)達(dá)到另一個(gè)平衡狀態(tài)的時(shí)間。精確性反映系統(tǒng)的被控變量偏離設(shè)定值的程度?？焖傩钥刂葡?4單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇

第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章851.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●單回路反饋控制系統(tǒng)

四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、測(cè)量變送、控制器和控制閥反饋控制中的最基本系統(tǒng)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、有效、應(yīng)用最成熟、最普遍---占70%以上1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●單回路反饋控制系統(tǒng)86例1：恒溫箱的人工控制1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成人工控制的恒溫箱

加熱電阻絲~220V調(diào)壓器溫度計(jì)例1：恒溫箱的人工控制1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成人工控制的恒87●觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）●與要求的溫度（給定值）進(jìn)行比較，得到溫度偏差的大小和方向●根據(jù)偏差大小和方向調(diào)節(jié)調(diào)壓器，控制加熱電阻絲的電流以調(diào)節(jié)溫度回復(fù)到要求值●人工控制恒溫箱調(diào)節(jié)過(guò)程

1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成人工控制過(guò)程的實(shí)質(zhì)：檢測(cè)偏差，調(diào)節(jié)操縱變量，縮小偏差期望溫度大腦手調(diào)壓器恒溫箱眼睛實(shí)際溫度溫度計(jì)●觀測(cè)恒溫箱內(nèi)的溫度（被控制量）●人工控制恒溫箱調(diào)節(jié)過(guò)程88例2：水槽液位控制系統(tǒng)LCF1F2F1F21.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成F1增加→L增加→變送器輸出信號(hào)增加→偏差（測(cè)量值-設(shè)定值）為正、增加→控制器輸出增加→閥開(kāi)度增加→F2增加→L降低；工作過(guò)程：例2：水槽液位控制系統(tǒng)LCF1F2F1F21.1單回路系統(tǒng)的891.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控對(duì)象測(cè)量變送偏差給定測(cè)量液位●給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為系統(tǒng)輸入量。也稱為參考輸入量（信號(hào)）。●被控制量位于系統(tǒng)的輸出端，稱為系統(tǒng)輸出量?！?/p>

輸出量（全部或一部分）通過(guò)測(cè)量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號(hào)與返回的輸出信號(hào)之差）信號(hào)。輸出量的返回過(guò)程稱為反饋。返回的全部或部分輸出信號(hào)稱為反饋信號(hào)。1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控測(cè)量偏差給定901.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●維持被控參數(shù)保持在設(shè)定值上，偏差越小越好●偏差控制：糾正偏差過(guò)程工業(yè)中，此類系統(tǒng)占大多數(shù)●按被控參數(shù)分類：溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●91常規(guī)PID控制系統(tǒng)組成

PID控制器調(diào)節(jié)閥工藝對(duì)象檢測(cè)儀表給定值偏差被測(cè)變量A/DD/A常規(guī)PID控制系統(tǒng)組成PID控制器調(diào)節(jié)閥工藝對(duì)象檢測(cè)儀表92PID控制器：它是各類自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分。由于控制對(duì)象的不同，以及對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)特性的要求和應(yīng)用的控制規(guī)則的不同，可以構(gòu)成各種類型P,PI,PID控制器。比例（P）控制器：適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒(méi)有提出無(wú)差要求的系統(tǒng)。如：中間儲(chǔ)罐液位、精餾塔塔釜液位以及不太重要的蒸汽壓力。比例積分(PI)控制器：它適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)系統(tǒng)。例如流量、壓力和要求嚴(yán)格的液位控制系統(tǒng)，常采用比例積分控制器。比例積分(PI)控制器是使用最多、應(yīng)用最廣的控制器。PID控制器：它是各類自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分。由于控制對(duì)象的93比例積分微分（PID）控制器：適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，目前應(yīng)用較多的是溫度系統(tǒng)。比例積分微分（PID）控制器：適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大94常規(guī)PID控制系統(tǒng)

常規(guī)PID（ProportionalIntegralDerivative）控制器是過(guò)程控制中應(yīng)用最為廣泛最基本的一種控制器，它具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可靠性高的特點(diǎn)，而且PID調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)相當(dāng)多的工業(yè)控制對(duì)象，特別是對(duì)于線性定常系統(tǒng)的控制非常有效。即使在現(xiàn)代控制技術(shù)飛速發(fā)展的今天，仍有90%以上的控制回路采用PID控制。由于計(jì)算機(jī)的廣泛使用，控制器的實(shí)現(xiàn)大都有微機(jī)實(shí)現(xiàn)控制算法。常規(guī)PID控制系統(tǒng)常規(guī)PID（Prop95PID控制算法PID算法是根據(jù)給定值SP與實(shí)際輸出值PV構(gòu)成控制偏差e(t)=SP-PV，將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，其控制規(guī)律為：PID控制算法PID算法是根據(jù)給定值SP與96比例作用比例部分：由數(shù)學(xué)表達(dá)式Kpe(t)表示，比例系數(shù)Kp越大，則過(guò)渡過(guò)程越快，控制結(jié)果的靜態(tài)偏差也越小;但Kp越大，也越容易產(chǎn)生振蕩。因此，比例系數(shù)Kp選擇必須恰當(dāng)，才能取得過(guò)渡時(shí)間少，靜差小而又穩(wěn)定的結(jié)果。

比例作用比例部分：由數(shù)學(xué)表達(dá)式Kpe(t)表示，比例系數(shù)Kp97積分作用從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，它的控制作用就會(huì)不斷增加;只有在偏差e(t)=0時(shí)，它的積分才會(huì)為一個(gè)常數(shù)?？梢?jiàn)，積分部分的作用可以消除系統(tǒng)的偏差。積分時(shí)間Ti對(duì)積分的作用影響極大。當(dāng)Ti較大時(shí)，積分作用較弱;這時(shí)系統(tǒng)的過(guò)渡時(shí)間不會(huì)產(chǎn)生振蕩;但是消除偏差的時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)Ti較小時(shí)，則積分作用較強(qiáng)，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間中有可能產(chǎn)生振蕩，不過(guò)消除偏差的時(shí)間較短。積分作用從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，它的控98微分作用微分部分的作用由微分時(shí)間Td決定;Td越大，它抑制偏差e(t)變化的作用越強(qiáng);Td越小，它反抗偏差e(t)變化的作用越弱。微分部分顯然對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程有很大的作用。微分作用微分部分的作用由微分時(shí)間Td決定;Td越大，它抑制偏99PID參數(shù)的整定

PID控制器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)是，尋找或者選擇控制器的三項(xiàng)參數(shù)值，使控制器的特性與被控過(guò)程的特性得到良好的匹配，從而使控制系統(tǒng)的特性滿足期望的目標(biāo)。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，工程上常用的方法有：臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)湊試法PID參數(shù)的整定PID控制器參數(shù)整定的實(shí)質(zhì)是，尋找或者100臨界比例度法臨界比例度法：先通過(guò)試驗(yàn)得到臨界比例度δk和臨界周期TK，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。具體做法：先只加純比例作用，在干擾作用下，從大到小逐漸改變比例度，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，這時(shí)的比例度叫臨界比例度δk，振蕩周期為臨界周期TK，然后按下表的計(jì)算公式計(jì)算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。臨界比例度法臨界比例度法：先通過(guò)試驗(yàn)得到臨界比例度δk和臨界101臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min微分時(shí)間/minP2δkPI2.2δk0.85TKPID1.7δk0.5TK0.125TK臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min102衰減曲線法衰減曲線法是通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來(lái)整定控制器的參數(shù)值的。具體做法：先只加純比例作用，將控制器比例度放在較大的數(shù)值上，在達(dá)到穩(wěn)定后，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，觀察記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4：1衰減比為止，記下此時(shí)的比例度Δs，并從曲線上得出衰減周期TS，然后按下表的計(jì)算公式計(jì)算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。衰減曲線法衰減曲線法是通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來(lái)整定控制器的參103衰減曲線法法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min微分時(shí)間/minPδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS衰減曲線法法參數(shù)計(jì)算公式表控制作用比例度/%積分時(shí)間/min104經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法是長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的一種整定方法。它是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上，通過(guò)改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，按照規(guī)定順序，對(duì)比例度δ、積分時(shí)間Ti和微分時(shí)間Td逐個(gè)整定，直到獲得滿意的過(guò)渡過(guò)程為止。經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法是長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的一種整定方法105經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被控變量特點(diǎn)δ/%Ti/minTd/min流量對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，參數(shù)有波動(dòng)，40~1000.3~1溫度對(duì)象容量滯后較大20~603~100.5~3壓力對(duì)象容量滯后一般30~700.4~3液位對(duì)象時(shí)間常數(shù)范圍較大，20~80經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被控變量特點(diǎn)δ/%Ti/minTd/min流量對(duì)象106過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第二章串級(jí)控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第二章串級(jí)控制系統(tǒng)107串級(jí)控制系統(tǒng)2.1概述2.2串級(jí)控制系統(tǒng)2.3投運(yùn)和整定2.4串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)2.5串級(jí)系統(tǒng)副回路的設(shè)計(jì)

第2章串級(jí)控制系統(tǒng)2.1概述第2章1082.1概述●復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)—簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：在一般情況下能夠滿足生產(chǎn)控制要求特殊情況：系統(tǒng)干擾因素多、干擾變化劇烈，以及工藝特殊要求—復(fù)雜控制系統(tǒng)

復(fù)雜控制系統(tǒng)—串級(jí)控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻、前饋、選擇、分程等

2.1概述●復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)—簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)：在一般109●串級(jí)控制系統(tǒng)原理

精餾控制過(guò)程：P42圖2-1

提餾段溫度控制—通過(guò)控制再沸器加熱蒸汽量來(lái)維持提餾段溫度恒定

2.1概述TC精餾塔提餾段溫度控制：●串級(jí)控制系統(tǒng)原理精餾控制過(guò)程：P42圖2-12.1概述110結(jié)果：溫度控制不穩(wěn)定2.1概述

分析干擾：若干擾僅來(lái)自精餾塔進(jìn)料的波動(dòng)，則通過(guò)此回路可控制溫度情況一，很多情況下，除了進(jìn)料因素影響，加熱蒸汽流量也會(huì)有波動(dòng)（如鍋爐蒸汽出口壓力的波動(dòng)），這時(shí)，在一定的閥門開(kāi)度情況下，加熱蒸汽量不同。結(jié)果：溫度控制不穩(wěn)定2.1概述分析干擾：若干擾僅來(lái)自精餾塔111解決辦法：再加入一個(gè)蒸汽流量控制系統(tǒng)，可控制流量穩(wěn)定。

問(wèn)題：兩套控制系統(tǒng)不能協(xié)調(diào)，甚至出現(xiàn)矛盾溫度控制系統(tǒng)要求增加或減小蒸汽流量，而流量控制系統(tǒng)卻只能根據(jù)事先的流量設(shè)定值進(jìn)行定值控制。

2.1概述TCFC解決辦法：再加入一個(gè)蒸汽流量控制系統(tǒng)，可控制問(wèn)題：兩套控制系112串級(jí)控制系統(tǒng)：兩套控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制特點(diǎn)：兩個(gè)控制器，一個(gè)調(diào)節(jié)閥一個(gè)控制器（主控制器）的輸出送到另一個(gè)控制器（副控制器）的給定，副控制器的輸出送到控制閥

2.1概述TCFC串級(jí)控制系統(tǒng)：兩套控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制特點(diǎn)：兩個(gè)控制器，一個(gè)調(diào)1132.1概述溫度控制器流量控制器控制閥流量對(duì)象溫度對(duì)象溫度變送器流量變送器

特點(diǎn)：兩個(gè)閉環(huán)環(huán)路，內(nèi)環(huán)和外環(huán)

內(nèi)環(huán)：副環(huán)，副控制器、副對(duì)象、副變送器（流量）

外環(huán)：主環(huán)，主控制器、主對(duì)象、主變送器（溫度）2.1概述溫度控制器流量控制器控制閥流量對(duì)象溫度對(duì)象溫度變送114

主環(huán)，定值控制系統(tǒng)，給定值由工藝設(shè)定，主控制器輸出作為副控制器的設(shè)定

副環(huán)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)，給定值由主控制器輸出給定，副控制器輸出控制控制閥2.1概述主環(huán)，定值控制系統(tǒng)，給定值由工藝設(shè)定，主控制器輸出作115●串級(jí)控制系統(tǒng)工作過(guò)程控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)

2.1概述氣開(kāi)式控制閥反作用的流量控制器反作用的溫度控制器●串級(jí)控制系統(tǒng)工作過(guò)程控制系統(tǒng)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)2.1概述116●情況1:——副環(huán)內(nèi)出現(xiàn)干擾

流量控制器：“粗調(diào)”溫度控制器：“細(xì)調(diào)”

2.1概述蒸汽流量突然增大→（一段時(shí)間：提餾段溫度不變，溫度控制器輸出不變，流量控制器設(shè)定值不變，但流量測(cè)量增大→（流量控制器正偏差，流量控制器輸出減小，控制閥關(guān)小）→蒸汽流量減小，削弱對(duì)提餾段溫度的影響）

→提餾段溫度緩慢上升→（溫度控制器正偏差，溫度控制器輸出減小，輸出到流量控制器的設(shè)定值減?。髁靠刂破髟O(shè)定值減小，流量控制閥開(kāi)度進(jìn)一步減小?！袂闆r1:流量控制器：“粗調(diào)”2.1概述蒸汽流量突然增大117●情況2:——主環(huán)內(nèi)出現(xiàn)干擾進(jìn)料量突然增大，塔釜液位上升，提餾段溫度下降→溫度控制器負(fù)偏差，輸出增大→（流量控制器負(fù)偏差，流量控制器輸出增大，控制閥開(kāi)度增大，蒸汽量增加）→提餾段溫度回升2.1概述●情況2:進(jìn)料量突然增大，塔釜液位上升，提餾段溫1182.1概述●情況3:——主環(huán)和副環(huán)同時(shí)（1）副環(huán)干擾使蒸汽流量增大，主環(huán)干擾使提餾段溫度降低；（1）副環(huán)干擾使蒸汽流量增大，主環(huán)干擾使提餾段溫度升高。FCFCspsp2.1概述●情況3:（1）副環(huán)干擾使蒸汽流量增大，（1）副環(huán)119結(jié)論：串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，控制質(zhì)量?jī)?yōu)于單回路控制系統(tǒng)，并且，實(shí)現(xiàn)方便，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普遍。

2.1概述結(jié)論：串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，控制質(zhì)量?jī)?yōu)于1202.2.1串級(jí)控制系統(tǒng)控制方案電動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表（很少用）、計(jì)算機(jī)

（1）一般的串級(jí)方案（2）能實(shí)現(xiàn)主控–串級(jí)切換的串級(jí)方案溫度控制器流量控制器控制閥流量對(duì)象溫度對(duì)象溫度變送器流量變送器2.2.1串級(jí)控制系統(tǒng)控制方案電動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表（很少用）1212.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施因此，主控制器的符號(hào)主要取決于主對(duì)象的符號(hào)，即，主對(duì)象為“正”，則主控制器取“反”作用，主對(duì)象為“負(fù)”，則主控制器取“正”作用

例1P48圖2-7加熱爐出口溫度與燃料壓力的串級(jí)控制系統(tǒng)PCTC2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施因此，主控制器的符號(hào)主要取決于主122副控制器：控制閥選“氣開(kāi)”式——正副對(duì)象，壓力對(duì)象，閥門開(kāi)大，負(fù)，反作用壓力上升——正變送器一般均為正主控制器：

副環(huán)——正主對(duì)象，溫度對(duì)象，燃料壓力增大時(shí)，燃料量增加，負(fù)，反作用出口溫度上升——正2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施副控制器：2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施123例2精餾塔提餾段溫度與再沸器加熱蒸汽流量串級(jí)控制系統(tǒng)2.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)施FCTC副控制器：控制閥選“氣閉”式——負(fù)正對(duì)象，流量對(duì)象，閥門開(kāi)大，流量增大——正變送器一般均為正主控制器：

副環(huán)——正主對(duì)象，溫度對(duì)象，蒸汽流量增大時(shí)，加熱量增加，提餾段溫度上升——正例2精餾塔提餾段溫度與再沸器加熱蒸汽流量串級(jí)控制系統(tǒng)2.2.1242.3.1串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)●投運(yùn)步驟4、調(diào)節(jié)主控制器手操輸出，使副控制器的偏差為零5、分別將副、主控制器切入自動(dòng)

1、主、副控制器手動(dòng)位置，主控制器內(nèi)給定、副控制器外給定，正反作用正確，PID參數(shù)正確2、副控制器手動(dòng)操作3、通過(guò)副參數(shù)的變化，使主參數(shù)接近給定值，而副參數(shù)變化也比較平穩(wěn)2.3.1串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)●投運(yùn)步驟4、調(diào)節(jié)主控制器手操125過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第三章比值控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第三章比值控制系統(tǒng)126比值控制系統(tǒng)3.1概述3.2比值控制系統(tǒng)的類型3.3比值系數(shù)的計(jì)算3.4比值控制方案的實(shí)施3.5比值控制系統(tǒng)的投運(yùn)與整定3.6比值控制系統(tǒng)的其他問(wèn)題

第3章比值控制系統(tǒng)3.1概述第3章1273.1概述

工業(yè)過(guò)程中，經(jīng)常需要控制兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系

如：造紙過(guò)程中，紙漿和水要成一定的比例關(guān)系石化重油氣化，重油和氧氣量要成一定的比例關(guān)系鍋爐燃燒，煤氣和空氣成一定的比例關(guān)系，等等比值控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)流量比值較多，流量比值控制系統(tǒng)3.1概述工業(yè)過(guò)程中，經(jīng)常需要控制兩種或兩種以上的物料保128主物料/主流量：

處于比值控制中的主導(dǎo)地位F1從物料/從流量：

按主物料進(jìn)行配比F2

比值控制系統(tǒng)，要求副流量F2與主流量F1成一定的比值關(guān)系，K為流量比值

3.1概述主物料/主流量：3.1概述1293.2比值控制系統(tǒng)的類型3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)(a)原理圖FCF1F23.2比值控制系統(tǒng)的類型3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)(a)原理130(b)方塊圖3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對(duì)象F2測(cè)量變送F1本質(zhì)：整個(gè)控制系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，F(xiàn)2流量根據(jù)F1流量，按比例系數(shù)開(kāi)閉閥門場(chǎng)合：這種方案應(yīng)用較少優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，儀表少缺點(diǎn)：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)，F(xiàn)2波動(dòng)時(shí)比值難以保證(b)方塊圖3.2.1開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對(duì)象F2測(cè)1313.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)

KF1F2FC3.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)的基132

從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒(méi)有閉環(huán)，F(xiàn)2不影響F1副流量系統(tǒng)閉環(huán)，穩(wěn)定副流量，定值控制。3.2.2單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制閥對(duì)象F2測(cè)量變送F1K測(cè)量變送從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒(méi)133過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第4章均勻控制系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)及工程第4章均勻控制系統(tǒng)134均勻控制系統(tǒng)4.1均勻控制問(wèn)題的提出及特點(diǎn)4.2均勻控