化工儀表第七章

制作廣西大學(xué)化工儀表與自動(dòng)化廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)7.1系統(tǒng)組成及分析7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.3簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定7.4簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例本章的主要內(nèi)容：7.5小組討論7.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)測(cè)量元件、變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖7-1液位控制系統(tǒng)圖7-2溫度控制系統(tǒng)

在本課件以后的控制系統(tǒng)圖中，有時(shí)將不再畫出測(cè)量、變送環(huán)節(jié)，但要注意在實(shí)際的系統(tǒng)中總是存在這一環(huán)節(jié)，只是在畫圖時(shí)被省略罷了。說(shuō)明圖7-3鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的方塊圖給水閥鍋爐汽包7.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成7.1.2控制過(guò)程分析(1)平衡狀態(tài)：當(dāng)給水量和蒸汽量均不變的情況下，控制系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，并將保持這個(gè)狀態(tài)，直到有新的擾動(dòng)產(chǎn)生。蒸汽汽包給水省煤器(2)擾動(dòng)分析：鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)7.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成(3)控制過(guò)程：一般先選擇控制閥的氣開、氣關(guān)特性然后確定控制器的正、反作用分析控制系統(tǒng)的控制過(guò)程7.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成蒸汽汽包省煤器給水控制器正、反作用控制器應(yīng)選正作用控制器過(guò)程分析正作用控制器氣關(guān)閥根據(jù)安全原則(防燒干），供氣中斷時(shí)給水閥應(yīng)全開，所以應(yīng)選氣關(guān)閥7.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)與組成7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)基本要求：第一：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要掌握較為全面的自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)，同時(shí)盡可能多地熟悉所要控制的工藝裝置對(duì)象；第二：要求自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)人員與工藝專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行必要的交流，共同討論確定自動(dòng)化方案；第三：自動(dòng)化技術(shù)人員不能盲目追求控制系統(tǒng)的先進(jìn)性和所用儀表及裝置的先進(jìn)性。工藝人員要注意傾聽自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)人員的建議，特別是一些復(fù)雜對(duì)象和大系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化；第四：設(shè)計(jì)一定要遵守有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)﹑行規(guī)，按科學(xué)合理的程序進(jìn)行。7.2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

①確定控制方案基本內(nèi)容

②儀表及裝置的選型③相關(guān)工程內(nèi)容的設(shè)計(jì)7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)①確定控制方案

首先要確定整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，然后才能進(jìn)行各個(gè)具體控制系統(tǒng)方案的討論確定。對(duì)于比較大的控制系統(tǒng)工程，更要從實(shí)際情況出發(fā)，反復(fù)多方論證，以避免大的失誤。

控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，是關(guān)鍵的第一步。要通過(guò)廣泛的調(diào)研和反復(fù)的論證來(lái)確定控制方案，它包括被控變量的選擇與確認(rèn)﹑操縱變量的選擇與確認(rèn)﹑檢測(cè)點(diǎn)的初步選擇、繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和編寫初步控制方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書等等。7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)②儀表及裝置的選型根據(jù)已經(jīng)確定的控制方案進(jìn)行選型，要考慮到供貨方的信譽(yù)﹑產(chǎn)品的質(zhì)量﹑價(jià)格﹑可靠性﹑精度﹑供貨方便程度﹑技術(shù)支持﹑維護(hù)等因素。并繪制相關(guān)的圖表。7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括控制室設(shè)計(jì)﹑供電和供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)﹑儀表配管和配線設(shè)計(jì)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等等，提供相關(guān)的圖表。

③相關(guān)工程內(nèi)容的設(shè)計(jì)7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.2.2被控變量的選擇

生產(chǎn)過(guò)程中希望借助自動(dòng)控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。被控變量的界定

它們對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及安全具有決定性的作用，而人工操作又難以滿足要求的；人工操作雖然可以滿足要求，但是，這種操作是既緊張而又頻繁的。7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在過(guò)程工業(yè)裝置中，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工藝目標(biāo)，往往有許多個(gè)工藝變量或參數(shù)可以被選擇作為被控變量，也只有在這種情況下，被控變量的選擇才是重要的問題。在多個(gè)變量中選擇被控變量應(yīng)遵循下列原則：盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量；所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定﹑安全﹑高效的要求必須考慮自動(dòng)化儀表及裝置的現(xiàn)狀。7.2.2被控變量的選擇也可以將被控變量的選擇歸納為三個(gè)方面問題加以考慮：合理性與獨(dú)立性；直接指標(biāo)與間接指標(biāo)；可測(cè)與可控。

7.2.2被控變量的選擇圖7-4

苯-甲苯精餾過(guò)程示意圖1—精餾塔；2—蒸汽加熱器圖7-5苯-甲苯溶液的T-x圖圖7-6苯-甲苯溶液的p-x圖舉例7.2.2被控變量的選擇工藝目的:使產(chǎn)品成分保持在設(shè)定值上。（1）被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來(lái)，并具有足夠大的靈敏度。（2）選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性和國(guó)內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。（3）被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。

7.2.2被控變量的選擇結(jié)論：7.2.3操縱變量的選擇

7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.操縱變量

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把用來(lái)克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量。被控變量與操縱變量是放在一起綜合考慮的。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量。操作變量系統(tǒng)的干擾通過(guò)工藝分析確定舉例圖7-7精餾塔流程圖如果根據(jù)工藝要求，選擇提餾段某塊塔板（一般為靈敏板）的溫度作為被控變量。7.2.3操縱變量的選擇圖7-8影響提餾段溫度的各種因素示意圖影響提餾段靈敏板溫度T靈的因素主要有：進(jìn)料的流量（Q入）、成分（x入）、溫度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液溫度（T回）、加熱蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷卻溫度及塔壓等等。通過(guò)工藝分析，選擇蒸汽流量作為操縱變量。7.2.3操縱變量的選擇操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)（可控）的變量；操縱變量應(yīng)該是系統(tǒng)中所有被控變量的輸入變量中的對(duì)被控變量影響最大的一個(gè)?？刂仆ǖ赖姆糯笙禂?shù)Ｋ要盡量大一些，時(shí)間常數(shù)Ｔ適當(dāng)小些，滯后時(shí)間盡量小。

不宜選擇代表生產(chǎn)負(fù)荷的變量作為操縱變量，以免產(chǎn)量受到波動(dòng)。工藝上的合理性和方便性2.結(jié)論：7.2.3操縱變量的選擇7.2.4被控變量的測(cè)量7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

測(cè)量、變送裝置是控制系統(tǒng)中獲取信息的裝置，也是系統(tǒng)進(jìn)行控制的依據(jù)。要求它能正確地、及時(shí)地反映被控變量的狀況。1.測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)圖7-12測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)的影響

測(cè)量元件，特別是測(cè)溫元件，由于存在熱阻和熱容，它本身具有一定的時(shí)間常數(shù)，易造成測(cè)量滯后。

測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)越大，測(cè)量滯后現(xiàn)象愈加顯著。控制系統(tǒng)中的測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)不能太大，最好選用惰性小的快速測(cè)量元件。當(dāng)測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)Tm小于對(duì)象時(shí)間常數(shù)的1／10時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。測(cè)量元件安裝是否正確，維護(hù)是否得當(dāng)，也會(huì)影響測(cè)量與控制。

結(jié)論7.2.4被控變量的測(cè)量2.測(cè)量元件的純滯后當(dāng)測(cè)量存在純滯后時(shí)，會(huì)嚴(yán)重地影響控制質(zhì)量。圖7-13

pH值控制系統(tǒng)示意圖有時(shí)，測(cè)量的純滯后是由于測(cè)量元件安裝位置引起的。延遲時(shí)間τ0

這一純滯后使測(cè)量信號(hào)不能及時(shí)反映中和槽內(nèi)溶液pH值的變化，因而降低了控制質(zhì)量。7.2.4被控變量的測(cè)量3.信號(hào)的傳送滯后信號(hào)傳送滯后測(cè)量信號(hào)傳送滯后控制信號(hào)傳送滯后由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變送裝置的信號(hào)傳送到控制室的控制器所引起的滯后。由控制室內(nèi)控制器的輸出控制信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器所引起的滯后。信號(hào)的傳送滯后，應(yīng)盡量減小。7.2.4被控變量的測(cè)量7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)中，儀表選型確定以后，對(duì)象的特性是固定的，不好改變的；測(cè)量元件及變送器的特性比較簡(jiǎn)單，一般也是不可以改變的；執(zhí)行器加上閥門定位器可有一定程度的調(diào)整，但靈活性不大；主要可以改變參數(shù)的就是控制器。系統(tǒng)設(shè)置控制器的目的：是通過(guò)它改變整個(gè)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，以達(dá)到控制的目的。1.控制器控制規(guī)律的確定(1)位式控制

常見的位式控制有雙位和三位兩種。一般適用于滯后較小，負(fù)荷變化不大也不劇烈，控制質(zhì)量要求不高，允許被控變量在一定范圍內(nèi)波動(dòng)的場(chǎng)合，如恒溫箱、電阻爐等的溫度控制。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇圖7-14簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化方塊圖（2）比例控制器對(duì)于單元組合儀表它是最基本的控制規(guī)律。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，克服擾動(dòng)能力強(qiáng)，控制作用及時(shí)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，但過(guò)程終了時(shí)存在余差，且負(fù)荷變化越大余差也越大。比例控制適用于控制通道滯后較小、時(shí)間常數(shù)不太大、擾動(dòng)幅度較小，負(fù)荷變化不大、控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場(chǎng)合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇（3）比例積分控制器比例積分控制器是具有比例積分控制規(guī)律的控制器?？烧{(diào)整參數(shù)比例放大系數(shù)Kc（或比例度δ）和積分時(shí)間TI。適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇特點(diǎn)由于在比例作用的基礎(chǔ)上加上積分作用，而積分作用的輸出是與偏差的積分成比例，只要偏差存在，控制器的輸出就會(huì)不斷變化，直至消除偏差為止。積分作用會(huì)使穩(wěn)定性降低，雖然在加積分作用的同時(shí)，可以通過(guò)加大比例度，使穩(wěn)定性基本保持不變，但超調(diào)量和振蕩周期都相應(yīng)增大，過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間也加長(zhǎng)。對(duì)于控制通道滯后小，負(fù)荷變化不太大，工藝上不允許有余差的場(chǎng)合，如流量或壓力的控制，采用比例積分控制規(guī)律可獲得較好的控制質(zhì)量。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇引入了微分，會(huì)有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過(guò)程，改善了控制質(zhì)量，故比例微分控制適用于過(guò)程容量滯后較大的場(chǎng)合。對(duì)于滯后很小和擾動(dòng)作用頻繁的系統(tǒng)，應(yīng)盡可能避免使用微分作用。（4）比例微分控制7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇（5）比例積分微分控制器

比例積分微分控制器是具有比例積分微分控制規(guī)律的控制器，常稱為三作用（PID）控制器。理想的三作用控制器，存在可調(diào)整參數(shù)比例放大系數(shù)KP（或比例度δ）、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇特點(diǎn)

微分作用使控制器的輸出與輸入偏差的變化速度成比例，它對(duì)克服對(duì)象的滯后有顯著的效果。在比例的基礎(chǔ)上加上微分作用能提高穩(wěn)定性，再加上積分作用可以消除余差。所以，適當(dāng)調(diào)整δ、TI、TD參數(shù)，可以使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。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)，應(yīng)用最普遍的是溫度、成分控制系統(tǒng)，如反應(yīng)器、聚合釜的溫度控制。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇

目前生產(chǎn)的模擬式控制器一般都同時(shí)具有比例、積分、微分三種作用。只要將其中的微分時(shí)間TD置于０，就成了比例積分控制器，如果同時(shí)將積分時(shí)間TI置于無(wú)窮大，便成了比例控制器。注意！7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇2.控制器正、反作用的確定

控制器的正反作用是關(guān)系到控制系統(tǒng)能否正常運(yùn)行與安全操作的重要問題。要通過(guò)改變控制器的正、反作用，以保證整個(gè)控制系統(tǒng)是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。作用的方向輸入變化后，輸出的變化方向。

正作用方向反作用方向當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出也增加，則稱該環(huán)節(jié)為“正作用”方向。當(dāng)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，輸出減少的稱“反作用”方向。

7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇測(cè)量元件及變送器增益一般是“正”的。執(zhí)行器增益取決于是氣開閥（正）還是氣關(guān)（負(fù)）閥。被控對(duì)象作用方向隨具體對(duì)象的不同而各不相同。例如在液位控制中，閥門裝在入口處增益為“正”，裝在出口處為“負(fù)”?？刂破髡饔每刂破鞯脑鲆鏋椤柏?fù)”，反作用控制器增益為“正”。原因：對(duì)于控制系統(tǒng)，偏差的定義為“R-Y”，而控制器中偏差的定義為“Y-R”。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇舉例（1）操縱變量(閥門開度)增加，液位下降，因此對(duì)象增益為負(fù)。（2）根據(jù)安全（防溢出）原則，閥門選擇“氣關(guān)閥”，因此執(zhí)行器增益為負(fù)。（3）液位檢測(cè)環(huán)節(jié)增益為正。因此，為保證整個(gè)控制系統(tǒng)為負(fù)反饋，則K開＝KCKVKOKM>0，因此控制器的增益KC應(yīng)該為正，所以選擇反作用控制器。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇

在一個(gè)安裝好的控制系統(tǒng)中，對(duì)象的作用方向由工藝機(jī)理可以確定，執(zhí)行器的作用方向由工藝安全條件可以選定，而控制器的作用方向要根據(jù)對(duì)象及執(zhí)行器的作用方向來(lái)確定，以使整個(gè)控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。

結(jié)論7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇舉例一個(gè)簡(jiǎn)單的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)。

對(duì)象加熱爐

操作變量燃料氣流量被控變量被加熱的原料油出口溫度圖7-15加熱爐出口溫度控制7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇

當(dāng)操縱變量燃料氣流量增加時(shí)，被控變量是增加的，故對(duì)象是“正”作用方向。如果從工藝安全條件出發(fā)選定執(zhí)行器是氣開閥（停氣時(shí)關(guān)閉），以免當(dāng)氣源突然斷氣時(shí)，控制閥大開而燒壞爐子。那么這時(shí)執(zhí)行器便是“正”作用方向。為了保證由對(duì)象、執(zhí)行器與控制器所組成的系統(tǒng)是負(fù)反饋的，控制器就應(yīng)該選為“反”作用。7.2.5控制器及控制規(guī)律的選擇圖7-17控制器正、反作用開關(guān)示意圖

控制器的正、反作用可以通過(guò)改變控制器上的正、反作用開關(guān)自行選擇。一臺(tái)正作用的控制器，只要將其測(cè)量值與給定值的輸入線互換一下，就成了反作用的控制器。7.2.6執(zhí)行器(氣動(dòng)薄膜控制閥)的選擇7.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制閥結(jié)構(gòu)類型及材質(zhì)的選擇

氣動(dòng)薄膜控制閥有直通單座、直通雙座、角形、隔膜、蝶閥和三通閥等不同結(jié)構(gòu)形式,要根據(jù)操縱介質(zhì)的工藝條件(溫度、壓力、流量等)及其特性(粘度、腐蝕性、毒性、介質(zhì)狀態(tài)形式等)和控制系統(tǒng)的不同要求來(lái)選用。

控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇

對(duì)于一個(gè)具體的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，究竟選氣開閥還是氣關(guān)閥，即在閥的氣源信號(hào)發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時(shí)，閥是處于全開的位置安全，還是處于全關(guān)的位置安全,要由具體的生產(chǎn)工藝來(lái)決定，一般來(lái)說(shuō)要根據(jù)以下幾條原則進(jìn)行選擇：從生產(chǎn)安全出發(fā)從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)從降低原料、成品、動(dòng)力損耗來(lái)考慮從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮7.2.6執(zhí)行器的選擇

控制閥流量特性的選擇

制造廠提供的調(diào)節(jié)閥流量特性是理想流量特性,而在實(shí)際使用時(shí),控制閥總是安裝在工藝管路系統(tǒng)中,控制閥前后的壓差是隨著管路系統(tǒng)的阻力而變化的.因此,選擇控制閥的流量特性時(shí),不但要依據(jù)過(guò)程特性,還應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的配管情況來(lái)考慮。7.2.6執(zhí)行器的選擇控制閥口徑大小的選擇

確定控制閥口徑大小也是選用控制閥的一個(gè)重要內(nèi)容,其主要依據(jù)閥的流通能力。正常工況下要求控制閥開度處于15～85%之間,因此,不宜將控制閥口徑選的太小或過(guò)大,否則,會(huì)使控制閥可能運(yùn)行在全開時(shí)的非線性飽和工作狀態(tài),系統(tǒng)失控;或使閥門經(jīng)常處于小開度的工作狀態(tài),造成流體對(duì)閥芯、閥座嚴(yán)重沖蝕,甚至引起控制閥失靈。7.2.6執(zhí)行器的選擇7.3簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)7.3.1投運(yùn)步驟投運(yùn)前的準(zhǔn)備(1)熟悉被控對(duì)象和整個(gè)控制系統(tǒng)，檢查所有儀表及連接管線、電源、氣源等等。以保證投運(yùn)時(shí)能及時(shí)正確的操作，故障能及時(shí)查找到位；(2)現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)所有的儀表，保證儀表能正常的使用；(3)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或估算，設(shè)置Kp、TI和TD，或者先將控制器設(shè)置為純比例作用，比例度放較大的位置；(4)確認(rèn)控制閥的氣開、氣關(guān)作用；(5)確認(rèn)控制器的正、反作用；(6)根據(jù)前述所有選擇，假設(shè)被控變量受干擾有一個(gè)增加，看控制系統(tǒng)能否克服干擾的影響。

現(xiàn)場(chǎng)的人工操作

控制閥安裝示意圖如下圖所示,將控制閥前后的閥門1和2關(guān)閉，打開閥門3，觀察測(cè)量?jī)x表能否正常工作，待工況穩(wěn)定。7.3.1投運(yùn)步驟手動(dòng)遙控

用手動(dòng)定值器或手操器調(diào)整作用于控制閥上的信號(hào)p至一個(gè)適當(dāng)數(shù)值，然后，打開上游閥門2，再逐步打開下游閥門1，過(guò)渡到遙控，待工況穩(wěn)定。投入自動(dòng)

手動(dòng)遙控使被控變量接近或等于設(shè)定值，觀察儀表測(cè)量值，待工況穩(wěn)定后，控制器切換到“自動(dòng)”狀態(tài)。若系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程不滿足要求，則要求進(jìn)一步調(diào)整比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD三個(gè)參數(shù)。7.3.1投運(yùn)步驟7.3簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定控制器參數(shù)的整定

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δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。方法理論計(jì)算的方法和工程整定法。

工程整定法無(wú)需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無(wú)需具備理論計(jì)算所必須的控制理論知識(shí)，就可以根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)直接對(duì)控制系統(tǒng)直接進(jìn)行整定，簡(jiǎn)單、實(shí)用。7.3.2控制器參數(shù)整定衰減曲線法臨界比例度法

經(jīng)驗(yàn)湊試法工程整定法有三種：7.3.2控制器參數(shù)整定一、臨界比例度法該方法是先將控制器設(shè)置為純比例作用且比例度δ放在較大位置，將系統(tǒng)投入閉環(huán)控制，然后逐步減小比例度δ并施加階躍干擾作用(用改變?cè)O(shè)定值的方法），直至控制系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程，如圖所示。這時(shí)的比例度就叫做臨界比例度δk，振蕩周期就叫做臨界振蕩周期Tk。根據(jù)δk和Tk從表7-3中查找控制器應(yīng)該采用的參數(shù)值。7.3.2控制器參數(shù)整定控制作用比例度δ/%積分時(shí)間TI/min微分時(shí)間TD/min比例比例+積分比例+微分比例+積分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk特點(diǎn)比較簡(jiǎn)單方便，容易掌握和判斷，適用于一般的控制系統(tǒng)。對(duì)于臨界比例度很小的系統(tǒng)不適用,因?yàn)棣膋很小，即Kp很大，容易使被控變量超出允許范圍。對(duì)于工藝上不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)本方法亦不適用。表7-3臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表7.3.2控制器參數(shù)整定二、衰減曲線法通過(guò)使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來(lái)整定控制器的參數(shù)值。圖7-19

4∶1和10∶1衰減振蕩過(guò)程控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+積分1.2δs0.5TS比例+積分+微分0.8δs

0.3TS0.1TS控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs′比例+積分1.2δs′2T升比例+積分+微分0.8δs′1.2T升0.4T升表7-4

4∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表表7-4

10∶1衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表7.3.2控制器參數(shù)整定

在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，并將比例度預(yù)置在較大的數(shù)值上。在達(dá)到穩(wěn)定后，用改變?cè)O(shè)定值的辦法加入階躍干擾，觀察被控變量記錄曲線的衰減比，然后從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4∶1或10∶1衰減比為止。通過(guò)比例度δs

和衰減周期TS,得到控制器的參數(shù)整定值。衰減曲線法可以適用于幾乎各種應(yīng)用場(chǎng)合。但在應(yīng)用中要注意：(1)加干擾前，控制系統(tǒng)必須處于穩(wěn)定的狀態(tài)，否則不能得到準(zhǔn)確的δs、TS和TT值；(2)階躍干擾的幅值不能大，一般為設(shè)定值的5%左右，必須與工藝人員共同商定；(3)如果過(guò)渡過(guò)程波動(dòng)頻繁，難于記錄下準(zhǔn)確的比例度、衰減周期或上升時(shí)間，則改用其他方法。7.3.2控制器參數(shù)整定三、經(jīng)驗(yàn)湊試法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上，直接在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，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，運(yùn)用δ、TI、TD對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響為指導(dǎo)，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。7.3.2控制器參數(shù)整定控制對(duì)象對(duì)象特征δ/%TI/minTD/min流量溫度壓力液位對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，參數(shù)有波動(dòng)，δ要大；TI要短；不用微分對(duì)象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾候變化遲緩；δ應(yīng)?。籘I要長(zhǎng)；一般需加微分對(duì)象的容量滯后一般，不算大，一般不加微分對(duì)象時(shí)間常數(shù)范圍較大。要求不高時(shí)，δ可在一定范圍內(nèi)選取，一般不用微分40～10020～6030～7020～800.3～13～100.4～30.5～3表7-2控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表7.3.2控制器參數(shù)整定

(1)比例度δ

比例度越大