《過程控制與自動(dòng)化儀表》 教案 16.簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)

《過程控制與自動(dòng)化儀表》課程教案NO.16授課班級(jí)周次日期任課教師復(fù)習(xí)提問控制規(guī)律及執(zhí)行器分類學(xué)習(xí)模塊模塊六過程控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)任務(wù)任務(wù)2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)授課內(nèi)容簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)整定課時(shí)2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.了解簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)組成；2.掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；3.掌握控制器參數(shù)的工程整定。能力目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力；2.培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和勇于進(jìn)取的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；難點(diǎn)：控制器參數(shù)整定。授課過程步驟內(nèi)容方法、資源運(yùn)用1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)組成多媒體課件、實(shí)例演示2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)多媒體課件、實(shí)例演示3簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整定多媒體課件、實(shí)例演示45授課方式講授教學(xué)地點(diǎn)教室教學(xué)資源過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖、投影系統(tǒng)、PPT電子課件

教學(xué)時(shí)間教學(xué)內(nèi)容注釋5分鐘回顧控制規(guī)律及執(zhí)行器作用方向相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)行復(fù)習(xí)提問。80分鐘一、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是指由一個(gè)測(cè)量元件及變送器、一個(gè)控制器、—個(gè)控制閥和一個(gè)被控對(duì)象所構(gòu)成的閉環(huán)負(fù)反饋的定值系統(tǒng)。二、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)1．被控變量的選擇1）盡量選擇對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用的、可按工藝操作的要求直接測(cè)量的工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量等）作為被控變量；2）當(dāng)不能用直接測(cè)量的參數(shù)作為被控變量時(shí)，可選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系、滿足工藝的合理性的間接參數(shù)作為被控變量；3）被控變量必須具有足夠大的靈敏度且線性度好，滯后要小，以利于得到高精度的控制質(zhì)量；4）必須考慮工藝流程合理性和自動(dòng)化儀表及裝置的現(xiàn)狀。舉例：（大屏幕投影）逐一解說被控變量選擇步驟，案例分析讓學(xué)生加深印象。2．操縱變量的選擇1）操縱變量必須是工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。2）操縱變量應(yīng)該是系統(tǒng)中所有被控變量的輸入變量中對(duì)被控變量影響最大的一個(gè)。控制通道的放大系數(shù)K要盡量大一些，時(shí)間常數(shù)T要適當(dāng)小些，滯后時(shí)間應(yīng)盡量小。3）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)。舉例：3．控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇控制規(guī)律（1）位式控制適用于滯后較小，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。（2）比例控制適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)。（3）比例積分控制器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)。（4）比例積分微分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)，應(yīng)用最普遍的是溫度、成分控制系統(tǒng)?？刂破髯饔梅较虻倪x擇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)。（1）測(cè)量元件及變送器作用方向一般是“正”的。（2）執(zhí)行器作用方向取決于是氣開閥還是氣關(guān)閥。（3）被控對(duì)象作用方向隨具體對(duì)象的不同而各不相同。（4）控制器當(dāng)給定值不變，被控變量測(cè)量值增加時(shí)，控制器的輸出也增加，稱為“正作用”方向，或者當(dāng)測(cè)量值不變，給定值減小時(shí)，控制器的輸出增加的稱為“正作用”方向。反之，如果測(cè)量值增加時(shí)，控制器的輸出減小的稱為“反作用”方向。舉例：三、控制器參數(shù)工程整定（1）理論計(jì)算整定法（2）工程整定法經(jīng)驗(yàn)法控制對(duì)象對(duì)象特征δ/%TI/minTD/min流量對(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40～1000.3～1溫度對(duì)象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾候變化遲緩；δ應(yīng)小；TI要長(zhǎng)；一般需加微分20～603～100.5～3壓力對(duì)象的容量滯后一般，不算大，一般不加微分30～700.4～3液位對(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20～80經(jīng)驗(yàn)法整定的步驟：先按控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表中給出的范圍把TI定下來，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后對(duì)δ進(jìn)行湊試，湊試步驟與前一種方法相同。臨界比例度法先通過試驗(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)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值?？刂谱饔帽壤?%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衰減曲線法通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定控制器的參數(shù)值。控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+積分1.2δs0.5TS比例+積分+微分0.8δs0.3TS0.1TS（大屏幕投影）逐一解說操縱變量選擇原則，案例分析讓學(xué)生加深印象。（大屏