簡(jiǎn)單系統(tǒng)學(xué)生

簡(jiǎn)單系統(tǒng)學(xué)生課件第一頁，共七十二頁，2022年，8月28日6.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成指由一個(gè)測(cè)量變送器、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)。

第6章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定TC206后續(xù)字母表示儀表功能第1位數(shù)字表示工段號(hào)后續(xù)數(shù)字表示儀表序號(hào)第1位字母表示被控參數(shù)LCTT儀表符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)第二頁，共七十二頁，2022年，8月28日控制系統(tǒng)原理方框圖給定值＋－測(cè)量變送器控制器執(zhí)行器對(duì)象操作量被控變量干擾熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器TTTC控制系統(tǒng)工藝流程圖第三頁，共七十二頁，2022年，8月28日6.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基本要求(了解）安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。2.過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（了解）過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四個(gè)主要內(nèi)容。3.過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟（了解）1）掌握生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求2）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型3）確定控制方案包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。

4）控制設(shè)備選型5）實(shí)驗(yàn)（或仿真）驗(yàn)證第四頁，共七十二頁，2022年，8月28日被控參數(shù)與控制變量的選擇被控參數(shù)（變量）的選擇被控變量—生產(chǎn)過程中希望借助自動(dòng)控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。被控變量的選擇依據(jù)：1、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量第五頁，共七十二頁，2022年，8月28日例1儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)工藝要求儲(chǔ)槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)就應(yīng)以儲(chǔ)槽液位為被控變量。LCTTh第六頁，共七十二頁，2022年，8月28日例2換熱器出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器TTTC第七頁，共七十二頁，2022年，8月28日2、當(dāng)不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時(shí)，應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)作為被控變量。例3化工的精餾物純度控制系統(tǒng)苯—甲苯苯甲苯

該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達(dá)到規(guī)定的純度。按照被控變量的選擇原則1，塔頂（或塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被控變量。--難在線檢測(cè)，則不能直接作為被控變量。間接參數(shù)－－塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都對(duì)餾出物純度有影響。選哪一個(gè)作為被控變量？第八頁，共七十二頁，2022年，8月28日間接控制參數(shù)的確定經(jīng)試驗(yàn)得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力和溫度有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。

第九頁，共七十二頁，2022年，8月28日3、被控變量必須有足夠大的靈敏度4、選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性第十頁，共七十二頁，2022年，8月28日控制變量選擇把用來克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為控制變量或操縱變量。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。LCTTh控制變量的確定在諸多影響被控變量的因素中選擇一個(gè)對(duì)被控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。被控變量影響變量被控變量干擾變量控制變量干擾通道控制通道第十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日對(duì)象特性對(duì)控制品質(zhì)影響的分析：1．過程（通道）靜態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。Gc(s)—控制器的傳遞函數(shù)；Go(s)—廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；Gf(s)—擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)。Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋干擾F(s)＋＋－控制變量第十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日被控參數(shù)y(t)受到設(shè)定信號(hào)x(t)和干擾信號(hào)f(t)的共同影響：Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－第十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日代入系統(tǒng)偏差公式中：將將Gc(s)、Go(s)，Gf(s)代入得：第十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日分析給定值x(t)和干擾f(t)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差得影響。（1）當(dāng)f(t)＝0，x(t)作單位階躍變化時(shí)：（2）當(dāng)x(t)＝0，f(t)作單位階躍變化時(shí)：第十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日過程（通道）靜態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響K0越大，控制作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越?。籏f越大，干擾作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越大。選擇控制變量時(shí)，應(yīng)使控制通道得靜態(tài)放大系數(shù)Ko越大越好；使干擾通道得靜態(tài)放大系數(shù)Kf越小越好。第十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日2．過程（通道）動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響（1）干擾通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響干擾通道的容積或慣性環(huán)節(jié)越多，Tf越大，干擾對(duì)被控變量的影響越緩慢，干擾引起的最大動(dòng)態(tài)偏差越小，系統(tǒng)的控制品質(zhì)越好。1）干擾通道時(shí)間常數(shù)Tf對(duì)控制質(zhì)量得影響Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－第十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日2)干擾通道純滯后τf對(duì)控制質(zhì)量的影響？結(jié)論：干擾通道純滯后τf不影響控制質(zhì)量.第十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日例：某控制系統(tǒng)中，干擾f1、f2、f3分別在三個(gè)位置進(jìn)入系統(tǒng)。試分析：f1、f2、f3對(duì)被控變量的影響越慢。3)擾動(dòng)進(jìn)入控制通道的位置對(duì)控制品質(zhì)的影響單獨(dú)f3對(duì)y的影響單獨(dú)f2對(duì)y的影響單獨(dú)f1對(duì)y的影響第十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日結(jié)論：擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，干擾通道的容量滯后有所增加，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)偏差越小，干擾對(duì)被控參數(shù)影響越小。y(t)tyk(t)yy(t)yk(t)yty(t)yk(t)ty第二十頁，共七十二頁，2022年，8月28日（2）控制通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響－－即控制通道時(shí)間常數(shù)，滯后時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響t控制通道G0的時(shí)間常數(shù)T0增大，使控制速度變慢，最大偏差增大，系統(tǒng)過渡過程時(shí)間長1）控制通道時(shí)間常數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－第二十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日控制通道的純滯后

，使控制作用滯后τ0到達(dá)，造成控制偏差增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降?？刂仆ǖ赖娜萘繙笠矔?huì)造成控制質(zhì)量下降，影響比純滯后緩和。2)控制通道的純滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－y0(t)tyyk(t)y1(t)第二十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日控制變量的選擇原則：

1.控制變量必須是工藝上可調(diào)節(jié)的。2.控制變量一般應(yīng)比其他干擾量對(duì)被控參數(shù)的影響靈敏。應(yīng)使控制通道放大系數(shù)大、時(shí)間常數(shù)小、純滯后越小越好。3.為使干擾對(duì)被控參數(shù)影響小。應(yīng)使干擾通道放大系數(shù)小，時(shí)間常數(shù)盡可能大。擾動(dòng)進(jìn)入控制通道的未知要遠(yuǎn)離被控參數(shù)，盡可能靠近控制閥。

4.控制通道存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)時(shí)，應(yīng)盡可能使時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開，使其中一個(gè)時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大很多，同時(shí)注意減小其他時(shí)間常數(shù)。5.要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。第二十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日例：液位控制系統(tǒng)控制變量的選擇。影響儲(chǔ)槽液位的主要因素有：液體流入量和液體流出量。這兩個(gè)變量影響力相當(dāng)，若由工藝決定液體流出量可控。則選液體流出量作為控制變量。LCLThQiQo第二十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日例.熱交換器出口溫度控制變量的選擇。影響出口溫度的主要因素有：載熱介質(zhì)溫度、載熱介質(zhì)流量、冷物料溫度、冷物料流量等。顯然，載熱介質(zhì)流量影響力最大且可控。故選載熱介質(zhì)流量作為控制變量。熱物料載熱介質(zhì)冷物料熱交換器TTTCQrQiTiTr第二十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日例.提餾段某塊塔板（靈敏板）的溫度作為被控變量。此控制系統(tǒng)控制變量的選擇。影響靈敏板溫度T靈的因素主要有：

TT進(jìn)料的流量（Q入）、進(jìn)料的成分（x入）、進(jìn)料的溫度（T入），回流的流量（Q回）、回流的溫度（T回），加熱蒸汽流量（Q蒸）、第二十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日這些影響因素分為可控的和不可控的兩大類：回流量和蒸汽流量為可控因素其它基本為不可控因素

TT在兩個(gè)可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。TC第二十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日檢測(cè)環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正負(fù)作用選擇傳感器、變送器選擇（了解）1．按照生產(chǎn)過程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合適的測(cè)量范圍（量程）與精度等級(jí)。2．測(cè)量?jī)x表反應(yīng)慢，會(huì)造成測(cè)量失真。應(yīng)盡可能選擇時(shí)間常數(shù)小的傳感器、變送器。OtOtTmTmx(t)y(t)x(t)y(t)測(cè)量環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響第二十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日3．合理選擇檢測(cè)點(diǎn)，避免測(cè)量造成對(duì)象純滯后τ0圖6.15pH值控制系統(tǒng)圖LTLC中和槽貯酸槽pHTpHCl04．測(cè)量信號(hào)的處理測(cè)量信號(hào)的校正與補(bǔ)償、測(cè)量噪聲的抑制、測(cè)量信號(hào)的線性化處理。第二十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日?qǐng)?zhí)行器的選擇

1．調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在15%～85%區(qū)間。據(jù)此原則計(jì)算、確定控制閥的口徑尺寸。2．調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇按補(bǔ)償對(duì)象特性的原則選取。3．調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇

（1）按控制信號(hào)中斷時(shí)，保證生產(chǎn)設(shè)備，人身安全的原則確定（2）保證產(chǎn)品質(zhì)量原則（3）減少原料，能耗原則（4）基于介質(zhì)特點(diǎn)的工藝設(shè)備安全原則第三十頁，共七十二頁，2022年，8月28日調(diào)節(jié)器正反作用的選擇負(fù)反饋控制系統(tǒng)的控制作用對(duì)被控變量的影響應(yīng)與干擾作用對(duì)被控變量的影響相反，才能使被控變量值回復(fù)到給定值。為了保證負(fù)反饋，必須正確選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。給定值＋－測(cè)量變送器控制器執(zhí)行器對(duì)象操作量被控變量干擾第三十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日為了說明選擇方法，對(duì)各環(huán)節(jié)先定義一個(gè)表示其性質(zhì)的正（“＋”），負(fù)（“—”）符號(hào)。變送器：輸出信號(hào)隨被測(cè)變量增加而增加，為“＋”；反之為“－”。變送器一般都為“＋”執(zhí)行器：氣開閥為“＋”，氣關(guān)閥為“－”被控對(duì)象：若控制變量增加，被控參數(shù)隨之增加，為“＋”，反之為“—”?？刂破鳎海赫饔每刂破鳎寒?dāng)給定值不變時(shí)，隨測(cè)量值增加，控制器輸出增加?；蛘邷y(cè)量值不變時(shí)，給定值減小時(shí)，控制器輸出增加。取為“＋”反作用控制器：當(dāng)給定值不變時(shí)，隨測(cè)量值增加，控制器輸出減小?；蛘邷y(cè)量值不變時(shí)，給定值減小時(shí)，控制器輸出減小。取為“－”偏差控制器執(zhí)行器對(duì)象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾—測(cè)量值＋第三十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日偏差控制器執(zhí)行器對(duì)象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾—測(cè)量值＋調(diào)節(jié)器正反作用的確定原則：保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋簡(jiǎn)單的判定方法：閉合回路中各環(huán)節(jié)符號(hào)之積為“－”。第三十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日例：儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)LTLCM＋正＋氣開＋－出料要求：出現(xiàn)故障或氣源斷開時(shí)，不允許物料全部流走。試確定調(diào)節(jié)器的正，反作用方式。LTLCM－反＋氣關(guān)－－出料例：另一工藝的儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)要求：出現(xiàn)故障或氣源斷開時(shí)，物料不能溢出儲(chǔ)槽。試確定調(diào)節(jié)器正反作用方式。第三十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日練習(xí)：如圖所示加熱爐溫度控制系統(tǒng)．⑴指出系統(tǒng)被控對(duì)象，被控參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)．⑵作出系統(tǒng)方框圖．⑶選擇調(diào)節(jié)閥氣開，氣關(guān)形式．⑷選擇調(diào)節(jié)器正反作用方式．TTTC燃料出料第三十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日練習(xí)：儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)如圖。工藝要求：出現(xiàn)故障或氣源斷開時(shí)，不允許物料全部流走。hrQiQo-貯罐LTLCh⑴指出系統(tǒng)被控對(duì)象，被控參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)．⑵作出系統(tǒng)方框圖．⑶選擇調(diào)節(jié)閥氣開，氣關(guān)形式．⑷選擇調(diào)節(jié)器正反作用方式．并進(jìn)行驗(yàn)證。第三十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日6.3調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律選擇調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律，即它的輸出量與輸入量（偏差值）之間的函數(shù)關(guān)系。P=f(e)調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)影響的分析（復(fù)習(xí)）第三十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日比例（P）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響比例帶的物理意義：比例帶P是放大倍數(shù)KC的倒數(shù)，其大小決定比例控制作用的強(qiáng)弱。P越小，控制作用越強(qiáng)、靜差越小，系統(tǒng)調(diào)節(jié)越快、系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。P越大，靜差越大。比例帶P對(duì)控制過程的影響

比例控制的特點(diǎn)控制及時(shí)、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)?？刂平Y(jié)果存在余差，隨比例度增大而增大。實(shí)現(xiàn)定值控制的有差跟蹤。第三十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日

振蕩逐漸加劇PPPPP

P越小，控制過程曲線越振蕩，周期縮短。

P越大，控制過程曲線越平穩(wěn)，但控制過程時(shí)間越長，余差也越大。出現(xiàn)等幅振蕩，這時(shí)的比例度稱為臨界比例度Pmin，振蕩頻率稱為臨界振蕩頻率ωM第四十頁，共七十二頁，2022年，8月28日積分（I）調(diào)節(jié)與比例積分（PI）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響1

積分控制（I）輸出變化量p與輸入偏差e的積分成正比當(dāng)輸入偏差e是幅值為?e的階躍時(shí)：TI—積分時(shí)間SI－積分速度e?ettu第四十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日積分控制可以消除余差。

積分控制的特點(diǎn)積分輸出信號(hào)是隨時(shí)間逐漸增強(qiáng)的，控制作用緩慢，穩(wěn)定性比P控制差。故一般積分作用不單獨(dú)使用。第四十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日

2比例積分控制（PI）若偏差是幅值為?e

的階躍干擾e?ettu第四十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日積分時(shí)間的物理意義：若偏差是幅值為?e的階躍:當(dāng)t=TI時(shí):積分時(shí)間TI對(duì)控制過程的影響?e

?e/P2?e/PuttTIe第四十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日TI越大，Si越小，積分作用越弱，TI

=∞，Si＝0，積分作用為零。TI減小，Si增大，積分作用增強(qiáng)，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性下降。如果T1適當(dāng)，系統(tǒng)能很快消除余差。

積分時(shí)間TI或積分速度Si對(duì)過渡過程的影響第四十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日

比例微分（PD）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響

式中：TD—微分時(shí)間—偏差變化速度理想微分1微分控制（D）e?ettu第四十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日微分控制能在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，立即根據(jù)變化的趨勢(shì)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。－－提前動(dòng)作當(dāng)偏差存在，但不變化時(shí)，微分輸出為零，對(duì)靜態(tài)偏差毫無抑制能力。不能單獨(dú)使用。

微分控制的特點(diǎn)e?ettu第四十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日2比例微分控制（PD）理想的比例微分控制e?ettutuPD調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)。PD具有提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制最大動(dòng)態(tài)偏差的作用。PD調(diào)節(jié)有利與提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差。若Td太大，微分作用太強(qiáng)，易造成系統(tǒng)振蕩。第四十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項(xiàng)作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。6.3.1.4（PID）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響第四十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日對(duì)某一對(duì)象，用不同控制規(guī)律時(shí)階躍干擾過程比較被控變量t無控制作用PPDPIDPI第五十頁，共七十二頁，2022年，8月28日調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用P靈敏、簡(jiǎn)單，只有一個(gè)整定參數(shù)；存在靜差負(fù)荷變化不顯著，工藝指標(biāo)要求不高的對(duì)象。適用于一般要求的液位，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)PI能消除靜差，又控制靈敏降低了系統(tǒng)控的穩(wěn)定性。對(duì)于滯后較大的對(duì)象，比例積分調(diào)節(jié)太慢，效果不好。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較小、負(fù)荷變化不大、精度要求高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。適用于流量，要求較嚴(yán)格的壓力，液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。PD增進(jìn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定度，可調(diào)小比例度，而加快調(diào)節(jié)過程，減小動(dòng)態(tài)偏差和靜差系統(tǒng)對(duì)高頻干擾特別敏感，系統(tǒng)輸出易夾雜高頻干擾。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的對(duì)象。加熱較慢的溫度控制系統(tǒng)。PID綜合了各類調(diào)節(jié)作用的優(yōu)點(diǎn)，所以有更高的調(diào)節(jié)質(zhì)量。對(duì)于滯后很大，負(fù)荷變化很大的對(duì)象，PID調(diào)節(jié)也無法滿足要求，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大、負(fù)荷變化較大、精度要求高的對(duì)象。溫度控制系統(tǒng)與成分控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇第五十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日τ0/T0＜0.2，用P或PI0.2＜τ0/T0＜1.0，用PD或PID

τ0/T0＞1.0，用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)效果不好。若廣義對(duì)象傳遞函數(shù)可用描述第五十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日6.4調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法控制器參數(shù)的整定－－就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時(shí)間TI，和微分時(shí)間TD。理論計(jì)算的方法－－是根據(jù)已知的各環(huán)節(jié)特性及控制質(zhì)量的要求，通過理論計(jì)算出控制器的最佳參數(shù)。工程整定法－－在已經(jīng)投運(yùn)的實(shí)際控制系統(tǒng)中，通過試驗(yàn)或探索，來確定控制器的最佳參數(shù)。第五十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）

屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按經(jīng)驗(yàn)公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。（1）置調(diào)節(jié)器Ti，Td=0，比例度P較大值，將系統(tǒng)投入運(yùn)行。（2）逐漸減小P，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時(shí)的臨界值Pm和Tm。y(t)Tm

系統(tǒng)臨界振蕩曲線t第五十四頁，共七十二頁，2022年，8月28日（3）根據(jù)Pm和Tm，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出控制器的參數(shù)整定值。

整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律P（%）Ti

Td

P 2Pm ————PI 2.2Pm0.85Tm——PID1.7Pm 0.50Tm0.125Tm表6.1

穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計(jì)算表第五十五頁，共七十二頁，2022年，8月28日方法：（1）把調(diào)節(jié)器設(shè)成比例作用（Ti=∞，Td=0），置于較大比例度，投入自動(dòng)運(yùn)行。（2）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過程曲線。（3）適當(dāng)改變比例度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，到出現(xiàn)滿意的衰減曲線為止。記下此時(shí)的比例度Ps及周期Ts。n=10:1時(shí)，記P’s及TsTsTr衰減曲線法也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。第五十六頁，共七十二頁，2022年，8月28日（4）按表6-2（n=4:1）或按表6-3（n=10:1）求得各種調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)的整定參數(shù)。表6.2衰減比為4:1時(shí)，整定參數(shù)計(jì)算表表6.3衰減比為10:1時(shí)，整定參數(shù)計(jì)算表0.1Ts0.3Ts0.8PsPID

——0.5Ts1.2PsPI————PsPTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律0.4Ts1.2Tr0.8P'sPID

——2Tr1.2P'sPI————P'sPTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律第五十七頁，共七十二頁，2022年，8月28日響應(yīng)曲線法屬于開環(huán)整定方法。以廣義對(duì)象的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過經(jīng)驗(yàn)公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定值。方法：不加控制作用，作廣義對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線。給定值＋－控制器被控變量測(cè)量變送器執(zhí)行器對(duì)象第五十八頁，共七十二頁，2022年，8月28日根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得響應(yīng)曲線，找出廣義對(duì)象的特性參數(shù)K0、T0、τ0，用表6-4的經(jīng)驗(yàn)公式求整定參數(shù)。T0τ0表6.4響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式0.5τ02τ0PID——3.3τ0PI————PTdTiP（%）整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律第五十九頁，共七十二頁，2022年，8月28日經(jīng)驗(yàn)法憑經(jīng)驗(yàn)湊試。其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”?？刂破鲄?shù)對(duì)控制過程的影響：比例度逐漸減小→積分時(shí)間逐漸減小→微分時(shí)間逐漸增大→第六十頁，共七十二頁，2022年，8月28日6.4.5幾種整定方法的比較整定方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)反應(yīng)曲線法方法簡(jiǎn)單系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)穩(wěn)定邊界法系統(tǒng)閉環(huán)會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)第六十一頁，共七十二頁，2022年，8月28日注意：同一個(gè)系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。不同的PID參數(shù)組合，有時(shí)會(huì)得到極為相近的控制結(jié)果。例如某初餾塔塔頂溫度控制系統(tǒng)，控制器采用以下兩組參數(shù)時(shí)：

P

＝15％TI

＝7.5min

P＝35％TI＝3min系統(tǒng)都得到10:1的衰減曲線，超調(diào)量和過渡時(shí)間基本相同。第六十二頁，共七十二頁，2022年，8月28日例：一蒸汽加熱的熱交換溫度控制系統(tǒng)，要求熱水溫度穩(wěn)定在65℃。當(dāng)調(diào)解閥輸入信號(hào)增加1.6mADC（調(diào)節(jié)閥門輸入電流范圍為4－20mADC）時(shí)，熱水溫度上升為67.8℃，并達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。溫度變送器量程和調(diào)節(jié)器刻度范圍為30－80℃。從溫度動(dòng)態(tài)曲線上可以測(cè)出。如果采用PI或PID調(diào)節(jié)規(guī)律，計(jì)算調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。解：由題意：代入表6－4計(jì)算即可。第六十三頁，共七十二頁，2022年，8月28日6.5簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

如圖是奶粉生產(chǎn)工藝中的噴霧式干燥設(shè)備。此工藝要求保證奶粉含水量在2%~2.5%。6.5.1生產(chǎn)過程概述6.5.2控制方案設(shè)計(jì)6.5.2.1被控參數(shù)選擇直接參數(shù)－－選奶粉含水量為被控變量，但此類在線測(cè)量?jī)x表精度低、速度慢。間接參數(shù)－－奶