第7章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)CAI

1、第第7章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 7.1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成 測(cè)量元件及變送器測(cè)量元件及變送器 自動(dòng)化裝置自動(dòng)化裝置 自動(dòng)控制器（調(diào)節(jié)器）自動(dòng)控制器（調(diào)節(jié)器） 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng) （起控制作用）（起控制作用） 執(zhí)行器（控制閥）執(zhí)行器（控制閥） 被控對(duì)象被控對(duì)象 受控制的物理裝置（生產(chǎn)設(shè)備）受控制的物理裝置（生產(chǎn)設(shè)備） （對(duì)象）（對(duì)象） 圖圖7-1 液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng) 圖圖7-2 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng) 7.1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成 1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成 液位和溫度控制系統(tǒng)的方塊圖：液位和溫度控制系統(tǒng)的

2、方塊圖： 7.1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成 n簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是由一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí)是由一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí) 行器和一個(gè)對(duì)象構(gòu)成的行器和一個(gè)對(duì)象構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)單閉環(huán)控制系統(tǒng)。這是最基本、應(yīng)。這是最基本、應(yīng) 用最廣泛的控制系統(tǒng)，占實(shí)用控制系統(tǒng)的用最廣泛的控制系統(tǒng)，占實(shí)用控制系統(tǒng)的80%左右。左右。 圖圖7-3 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方塊圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方塊圖 7.1 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成 n簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)實(shí)例簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)實(shí)例 簡(jiǎn)單液位控制系統(tǒng)組成示意圖簡(jiǎn)單液位控制系統(tǒng)組成示意圖 7.2 被控變量的選擇被控變量的選擇 1.自

3、動(dòng)控制的自動(dòng)控制的目的目的： 使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)按照預(yù)定的目標(biāo)進(jìn)行，并使工藝參數(shù)保持使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)按照預(yù)定的目標(biāo)進(jìn)行，并使工藝參數(shù)保持 在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上。在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上。 n生產(chǎn)過(guò)程中希望借助自動(dòng)控制保持恒定值生產(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)律變或按一定規(guī)律變 化化)的變量稱(chēng)為的變量稱(chēng)為被控變量被控變量。 n被控變量是被控變量是 “關(guān)鍵關(guān)鍵”變量。變量。 n控制類(lèi)型：控制類(lèi)型： 直接指標(biāo)控制直接指標(biāo)控制 被控變量本身就是需要控制的工藝指標(biāo)，被控變量本身就是需要控制的工藝指標(biāo)， 如物料平衡控制如物料平衡控制 ； 間接指標(biāo)控制間接指標(biāo)控制 選取與直接質(zhì)量指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系而反選取

4、與直接質(zhì)量指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系而反 應(yīng)又快的另一變量，作為間接控制指標(biāo)，進(jìn)行間接指標(biāo)控應(yīng)又快的另一變量，作為間接控制指標(biāo)，進(jìn)行間接指標(biāo)控 制，如產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)控制。制，如產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)控制。 7.2 被控變量的選擇被控變量的選擇 2.被控變量的選擇被控變量的選擇 實(shí)例：實(shí)例： 精餾過(guò)程精餾過(guò)程 塔頂（或塔底）餾出物塔頂（或塔底）餾出物 的組分的組分xD（或（或xW）應(yīng)作為）應(yīng)作為 被控變量，進(jìn)行直接指標(biāo)被控變量，進(jìn)行直接指標(biāo) 控制。但有困難！控制。但有困難！ 圖圖7-4 精餾過(guò)程示意圖精餾過(guò)程示意圖 7.2 被控變量的選擇被控變量的選擇 間接指標(biāo)控制間接指標(biāo)控制 被控變量的選取被控變量的選取 圖圖7

5、-5 苯苯-甲苯溶液的甲苯溶液的T-x圖圖 圖圖7-6 苯苯-甲苯溶液的甲苯溶液的p-x圖圖 (p=Const. ) (T=Const.) 7.2 被控變量的選擇被控變量的選擇 3被控變量選擇的一般原則被控變量選擇的一般原則 被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或反映工藝操作狀被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或反映工藝操作狀 態(tài)的態(tài)的重要變量重要變量； 被控變量應(yīng)是工藝生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常變化、需要頻繁加以被控變量應(yīng)是工藝生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常變化、需要頻繁加以控控 制制的量；的量； 被控變量應(yīng)盡可能選擇工藝生產(chǎn)過(guò)程的被控變量應(yīng)盡可能選擇工藝生產(chǎn)過(guò)程的直接控制指標(biāo)直接控制指標(biāo)，若，若 無(wú)法獲得直接控制指標(biāo)信

6、號(hào)，或其測(cè)量、傳送滯后很大時(shí)，無(wú)法獲得直接控制指標(biāo)信號(hào)，或其測(cè)量、傳送滯后很大時(shí)， 可選擇與直接控制指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的可選擇與直接控制指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接控制指標(biāo)間接控制指標(biāo)； 被控變量應(yīng)是被控變量應(yīng)是可測(cè)可測(cè)的，并具有較大靈敏度的變量；的，并具有較大靈敏度的變量； 被控變量應(yīng)是獨(dú)立被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控可控的；的； 應(yīng)考慮工藝的應(yīng)考慮工藝的合理合理性與性與經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性。性。 7.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇 1.1.操縱操縱變量與干擾變量變量與干擾變量 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(chēng)為克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱(chēng)為操操 縱變量縱變量。 引起被控變量波動(dòng)

7、的外界因素稱(chēng)為引起被控變量波動(dòng)的外界因素稱(chēng)為干擾變量干擾變量（或干擾作（或干擾作 用）用） 圖圖7-9 干擾通道與控制通道之間的關(guān)系干擾通道與控制通道之間的關(guān)系 7.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇 2.操縱變量的選擇操縱變量的選擇 實(shí)例：實(shí)例：精餾設(shè)備精餾設(shè)備 被控變量選擇：被控變量選擇： 提餾段某塔板的溫提餾段某塔板的溫 度度T靈 靈。 圖圖7-7 精餾塔流程圖精餾塔流程圖 7.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇 影響提餾段溫度影響提餾段溫度T靈 靈的各種因素： 的各種因素： 可控因素：可控因素：Q蒸 蒸、 、Q回 回 Q蒸 蒸（操縱變量）； （操縱變量）； 不可控因素：不可控因素：Q入 入

8、、 、 x入 入、 、T入 入、 、T回 回、 、p塔 塔、 、 T冷 冷、 、。 圖圖7-8 影響提餾段溫度的各種因素示意圖影響提餾段溫度的各種因素示意圖 7.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇 3對(duì)象特性對(duì)操縱變量選擇的影響對(duì)象特性對(duì)操縱變量選擇的影響 對(duì)象靜態(tài)特性的影響對(duì)象靜態(tài)特性的影響 控制通道放大系數(shù)控制通道放大系數(shù)KC的影響的影響選擇選擇KC大大的可控變量作為的可控變量作為 操縱變量；操縱變量； 干擾通道放大系數(shù)干擾通道放大系數(shù)Kf要小。要小。 對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的影響對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的影響 控制通道時(shí)間常數(shù)的影響控制通道時(shí)間常數(shù)的影響選擇選擇T小小的可控變量作為操的可控變量作為操 縱變量；縱

9、變量； 控制通道純滯后控制通道純滯后 0的影響的影響選擇選擇 0小小的可控變量作為操的可控變量作為操 縱變量；縱變量； 干擾通道時(shí)間常數(shù)干擾通道時(shí)間常數(shù)Tf的影響的影響使使Tf大些為好；大些為好； 干擾通道純滯后干擾通道純滯后 f基本無(wú)影響。基本無(wú)影響。 7.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇 圖圖7-11干擾通道純滯后干擾通道純滯后 f的影響的影響 圖圖7-10 純滯后純滯后 o對(duì)控制質(zhì)量的影響對(duì)控制質(zhì)量的影響 干擾響應(yīng)曲線干擾響應(yīng)曲線 操縱變量響應(yīng)曲線操縱變量響應(yīng)曲線 7.3 操縱變量的選擇操縱變量的選擇 4操縱變量的選擇原則操縱變量的選擇原則 工藝上允許加以控制的工藝上允許加以控制的可控變

10、量可控變量； 對(duì)被控變量影響較對(duì)被控變量影響較靈敏、及時(shí)靈敏、及時(shí)的變量（放大系數(shù)的變量（放大系數(shù)Kc大、大、 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)Tc小、純滯后時(shí)間小、純滯后時(shí)間 0?。?；?。?； 應(yīng)考慮工藝的應(yīng)考慮工藝的合理合理性與生產(chǎn)的性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性。性。 7.4 測(cè)量元件特性的影響測(cè)量元件特性的影響 測(cè)量應(yīng)準(zhǔn)確、及時(shí)測(cè)量應(yīng)準(zhǔn)確、及時(shí) 1.測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)Tm n測(cè)量元件，本身具有一定的時(shí)間常數(shù)測(cè)量元件，本身具有一定的時(shí)間常數(shù)Tm，因而造成測(cè)量滯，因而造成測(cè)量滯 后，從而會(huì)引起控制滯后。后，從而會(huì)引起控制滯后。 圖圖7-9 測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)的影響測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)的影響 n測(cè)量元件的時(shí)

11、間常數(shù)測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)Tm小于對(duì)象時(shí)間常數(shù)小于對(duì)象時(shí)間常數(shù)T的的1/10時(shí)，對(duì)時(shí)，對(duì) 系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。 7.4 測(cè)量元件特性的影響測(cè)量元件特性的影響 2.測(cè)控元件的純滯后測(cè)控元件的純滯后 n測(cè)控元件的純滯后，會(huì)嚴(yán)重地影響控制質(zhì)量。測(cè)控元件的純滯后，會(huì)嚴(yán)重地影響控制質(zhì)量。 n測(cè)控元件的純滯后有時(shí)是由于測(cè)量元件安裝位置引起的。測(cè)控元件的純滯后有時(shí)是由于測(cè)量元件安裝位置引起的。 如圖如圖7-10所示。所示。 圖圖7-10 pH值控制系統(tǒng)示意圖值控制系統(tǒng)示意圖 2 2 1 1 0 v l v l 7.4 測(cè)量元件特性的影響測(cè)量元件特性的影響 3.信號(hào)的傳送滯后信號(hào)的傳

12、送滯后 信號(hào)的傳送滯后包括測(cè)量信號(hào)傳送滯后和控制信號(hào)傳送滯信號(hào)的傳送滯后包括測(cè)量信號(hào)傳送滯后和控制信號(hào)傳送滯 后兩部分。后兩部分。 n測(cè)量信號(hào)傳送滯后測(cè)量信號(hào)傳送滯后是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變送器的信號(hào)傳送到控制室是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變送器的信號(hào)傳送到控制室 的控制器所引起的滯后。對(duì)于電信號(hào)，可以忽略不計(jì)；但對(duì)的控制器所引起的滯后。對(duì)于電信號(hào)，可以忽略不計(jì)；但對(duì) 于氣信號(hào)，存在一定滯后。于氣信號(hào)，存在一定滯后。 n控制信號(hào)傳送滯后控制信號(hào)傳送滯后是由控制室內(nèi)控制器的輸出控制信號(hào)傳是由控制室內(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。對(duì)于氣動(dòng)薄膜控制閥，往往送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器所引起的滯后。對(duì)于氣動(dòng)薄膜控制閥，往往

13、 具有較大的容量滯后，會(huì)使得控制不及時(shí)，控制效果變差。具有較大的容量滯后，會(huì)使得控制不及時(shí)，控制效果變差。 n一般氣壓信號(hào)管路不能超過(guò)一般氣壓信號(hào)管路不能超過(guò)300m ，直徑不能小于，直徑不能小于6mm。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 1. 控制器控制規(guī)律的確定控制器控制規(guī)律的確定 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化框圖 圖圖7-14 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化方塊圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化方塊圖 工業(yè)上常用的控制器主要有工業(yè)上常用的控制器主要有四種控制規(guī)律四種控制規(guī)律： 位式控制；比例控制規(guī)律位式控制；比例控制規(guī)律(P) ；比例積分控制規(guī)律；比例積分控制規(guī)律(PI) ； 比例積分微分控制

14、規(guī)律比例積分微分控制規(guī)律(PID) 。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 位式位式控制器控制器 簡(jiǎn)單控制簡(jiǎn)單控制方式方式(開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)控制)，適用適用于控制要求不高的系統(tǒng)。于控制要求不高的系統(tǒng)。 比例控制器比例控制器(P) 控制規(guī)律：控制規(guī)律：p=Kpe； 可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)：比例放大系數(shù)比例放大系數(shù)KP或比例度或比例度 ，它們之的關(guān)系：，它們之的關(guān)系： =1/ KP（單元組合儀表）；（單元組合儀表）； 比例控制器比例控制器(P)特點(diǎn)：特點(diǎn)：克服干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過(guò)渡克服干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過(guò)渡 時(shí)間短，但它是時(shí)間短，但它是“有差控制有差控制”； 適用適用于通道滯后較小、

15、負(fù)荷變化不大、工藝上沒(méi)有提出無(wú)于通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒(méi)有提出無(wú) 差要求的系統(tǒng)。差要求的系統(tǒng)。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 比例積分（比例積分（PI）控制器）控制器 控制規(guī)律控制規(guī)律: 可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)：比例放大系數(shù)比例放大系數(shù)KP（或比例度（或比例度 ）和積分時(shí)間）和積分時(shí)間TI。 比例積分控制器（比例積分控制器（PI）特點(diǎn)：特點(diǎn)：是是“無(wú)差控制無(wú)差控制”，但超調(diào)量，但超調(diào)量 和和 周期相應(yīng)較大，過(guò)渡時(shí)間也較長(zhǎng)。周期相應(yīng)較大，過(guò)渡時(shí)間也較長(zhǎng)。 適用適用于通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有于通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有 余差的系統(tǒng)。

16、余差的系統(tǒng)。 edt T eKp I P 1 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 比例積分微分比例積分微分(PID)控制控制 控制規(guī)律控制規(guī)律: 可調(diào)參數(shù)：可調(diào)參數(shù)：比例放大系數(shù)比例放大系數(shù)KP（或比例度（或比例度 ）、積分時(shí)間）、積分時(shí)間TI和和 微分時(shí)間微分時(shí)間TD。 比例積分微分控制器比例積分微分控制器(PID)特點(diǎn)：特點(diǎn)：控制效果好?？刂菩Ч?。 適用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)。系統(tǒng)。 dt de Tedt T eKp D I P 1 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 2被控對(duì)象、

17、執(zhí)行器、控制器的正、反作用方向被控對(duì)象、執(zhí)行器、控制器的正、反作用方向 作用方向作用方向：輸入變化后，輸出的變化方向。：輸入變化后，輸出的變化方向。 自動(dòng)控制系統(tǒng)中自動(dòng)控制系統(tǒng)中某環(huán)節(jié)某環(huán)節(jié)： 輸入增加，輸出也增加，該環(huán)節(jié)為輸入增加，輸出也增加，該環(huán)節(jié)為“正正”作用方向；作用方向； 輸入增加，輸出減小，該環(huán)節(jié)為輸入增加，輸出減小，該環(huán)節(jié)為“反反”作用方向。作用方向。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 測(cè)量元件及變送器的測(cè)量元件及變送器的作用方向：一般為作用方向：一般為“正正”作用。作用。 被控對(duì)象的被控對(duì)象的作用方向：當(dāng)操縱變量作用方向：當(dāng)操縱變量增加（或減?。┰黾樱ɑ驕p?。r(shí)

18、被控時(shí)被控 變量也變量也增加（或減?。┰黾樱ɑ驕p?。┑膶?duì)象屬于的對(duì)象屬于“正正”作用；反之屬于作用；反之屬于 “反反” 作用。作用。 被控對(duì)象的作用方向由被控對(duì)象的作用方向由工藝機(jī)理工藝機(jī)理確定。確定。 執(zhí)行器執(zhí)行器的作用方向：的作用方向：“氣開(kāi)型氣開(kāi)型”為為正正方向，方向，“氣關(guān)型氣關(guān)型”為為 反反方方 向。向。 執(zhí)行器的作用方向由執(zhí)行器的作用方向由工藝安全條件工藝安全條件確定。確定。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 控制器控制器的作用方向：的作用方向： 如果將控制器的輸入量（偏差）定義為如果將控制器的輸入量（偏差）定義為“偏差偏差=測(cè)量值測(cè)量值 給給 定定 值值”，那么，

19、那么 當(dāng)當(dāng)偏差增加偏差增加時(shí)，其時(shí)，其輸出輸出信號(hào)也信號(hào)也增加增加的控制器稱(chēng)為的控制器稱(chēng)為“正正作用作用” 控制器；控制器； 反之，控制器的輸出信號(hào)隨偏差的增加而減少的控制器稱(chēng)反之，控制器的輸出信號(hào)隨偏差的增加而減少的控制器稱(chēng) 為為“反反”作用控制器。作用控制器。 注意：注意：如果定義如果定義“偏差偏差=給定值給定值 測(cè)量值測(cè)量值”，則，則 偏差增加，控制器輸出減少，為偏差增加，控制器輸出減少，為“正正”； 偏差增加，控制器輸出增加，為偏差增加，控制器輸出增加，為“反反”。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 或或 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng) 給定值不變（定值控制系統(tǒng)）給定值不

20、變（定值控制系統(tǒng)） n被控變量測(cè)量值增加，控制器輸出增加，被控變量測(cè)量值增加，控制器輸出增加，“正正”； n被控變量測(cè)量值增加，控制器輸出減少，被控變量測(cè)量值增加，控制器輸出減少，“反反”。 測(cè)量值不變（隨動(dòng)控制系統(tǒng)）測(cè)量值不變（隨動(dòng)控制系統(tǒng)） n 給定值增加，控制器輸出減少，給定值增加，控制器輸出減少，“正正”； n 給定值增加，控制器輸出增加，給定值增加，控制器輸出增加，“反反”。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 3.控制器正、反作用的選擇控制器正、反作用的選擇 自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)控制負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)?？叵到y(tǒng)?？?制作用對(duì)

21、被控變量的影響與干擾作用對(duì)被控變量的影響相制作用對(duì)被控變量的影響與干擾作用對(duì)被控變量的影響相 反，才能使被控變量回復(fù)到給定值。反，才能使被控變量回復(fù)到給定值。 控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)（主要是控制器、執(zhí)行器、對(duì)象三個(gè)環(huán)節(jié)）控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)（主要是控制器、執(zhí)行器、對(duì)象三個(gè)環(huán)節(jié)） 的作用方向應(yīng)合理組合，才能使系統(tǒng)處于的作用方向應(yīng)合理組合，才能使系統(tǒng)處于負(fù)反饋負(fù)反饋?zhàn)饔?。作用?7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 控制器正、反作用的控制器正、反作用的選擇步驟選擇步驟： n首先首先，按生產(chǎn)過(guò)程，按生產(chǎn)過(guò)程工藝機(jī)理工藝機(jī)理，由操縱變量對(duì)被控變量的，由操縱變量對(duì)被控變量的 影響方向來(lái)影響方向來(lái)確定確定對(duì)

22、象對(duì)象的正、反作用方向；的正、反作用方向； n其次其次，由，由工藝安全條件工藝安全條件來(lái)來(lái)確定確定執(zhí)行器執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式；的氣開(kāi)、氣關(guān)型式； n最后最后，由對(duì)象、執(zhí)行器、控制器三個(gè)環(huán)節(jié)作用方向組合，由對(duì)象、執(zhí)行器、控制器三個(gè)環(huán)節(jié)作用方向組合 為為“反反”來(lái)來(lái)選擇選擇控制器控制器的正、反作用。的正、反作用。 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 例例7-1 : 圖圖7-11是一個(gè)的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)。工藝安全要是一個(gè)的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)。工藝安全要 求爐膛內(nèi)溫度不能過(guò)高。求爐膛內(nèi)溫度不能過(guò)高。 圖圖7-11 加熱爐出口溫度控制加熱爐出口溫度控制 7.5 控制器控制規(guī)律的

23、選擇控制器控制規(guī)律的選擇 圖圖7-12所所示的液位控制系統(tǒng)，工藝要求防止氣源突然斷示的液位控制系統(tǒng)，工藝要求防止氣源突然斷 氣時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，物料全部流走氣時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，物料全部流走 。 圖圖7-12 液位控制液位控制 7.5 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 控制器的正、反作用可以通過(guò)改變控制器上的正、反控制器的正、反作用可以通過(guò)改變控制器上的正、反 作用開(kāi)關(guān)自行選擇，如圖作用開(kāi)關(guān)自行選擇，如圖7-13所示。所示。 圖圖7-13 控制器的正、反作用開(kāi)關(guān)示意圖控制器的正、反作用開(kāi)關(guān)示意圖 7.6 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定 控制器參數(shù)的控制器參數(shù)的整定整定，就是根據(jù)

24、已定的控制方案，就是根據(jù)已定的控制方案,確確 定調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)值定調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)值（比例度（比例度 、積分時(shí)間、積分時(shí)間TI、微分時(shí)、微分時(shí) 間間TD），以便使系統(tǒng)能獲得最好的控制質(zhì)量。），以便使系統(tǒng)能獲得最好的控制質(zhì)量。 控制器參數(shù)的控制器參數(shù)的整定方法整定方法： 理論計(jì)算法（少用）；理論計(jì)算法（少用）； 工程整定法。工程整定法。 7.6 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定 1.臨界比例度法臨界比例度法 在在純比例純比例（TI置置“ ”位置，位置，TD置置“0”位置）運(yùn)行下，位置）運(yùn)行下， 通過(guò)試驗(yàn)（在階躍干擾下，如圖通過(guò)試驗(yàn)（在階躍干擾下，如圖7-18所示所示，從大到小逐漸從大到

25、小逐漸 改變控制器比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生改變控制器比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生臨界等幅振蕩臨界等幅振蕩，如表，如表7-1 中曲線所示），得到臨界比例度中曲線所示），得到臨界比例度 k和臨界周期和臨界周期Tk，然后根，然后根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的關(guān)系據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的關(guān)系(表表7-1)，求出控制器各參數(shù)整定值。，求出控制器各參數(shù)整定值。 7.6 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定 表表7-1 臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表 圖圖7-18 階躍干擾信號(hào)階躍干擾信號(hào) 臨界比例度法，方法簡(jiǎn)單，適用于比例度較大的一臨界比例度法，方法簡(jiǎn)單，適用于比例度較大的一 般控制系統(tǒng)。般控制系統(tǒng)。 控制作

26、用控制作用 比例度比例度 /% 積分時(shí)間積分時(shí)間 TI/min 微分時(shí)間微分時(shí)間 TD/min 比例比例 比例比例+積分積分 比例比例+微分微分 比例比例+積分積分+微分微分 2 k 2.2 k 1.8 k 1.7 k 0.85Tk 0.5Tk 0.1Tk 0.125Tk 7.6 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定 2.衰減曲線法衰減曲線法 （1） 4:1衰減衰減曲線曲線 在在純比例純比例（TI置置“ ”位置，位置，TD置置“0”位置）運(yùn)行下，位置）運(yùn)行下， 先將比例度預(yù)置較大的數(shù)值上，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，用改先將比例度預(yù)置較大的數(shù)值上，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，用改 變給定值的辦法加入階躍干擾，

27、觀測(cè)被控變量記錄曲線的變給定值的辦法加入階躍干擾，觀測(cè)被控變量記錄曲線的 衰減比，從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)衰減比，從大到小改變比例度，直至出現(xiàn)4 1的衰減比的衰減比為止，為止， 見(jiàn)表見(jiàn)表7-2中曲線。記錄下此時(shí)的比例度中曲線。記錄下此時(shí)的比例度 s（稱(chēng)為（稱(chēng)為4:1衰減度），衰減度）， 并從曲線上得到衰減周期并從曲線上得到衰減周期Ts。然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式表。然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式表7-2，求，求 出控制器的參數(shù)整定值。出控制器的參數(shù)整定值。 7.6 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定 （2） 10:1衰減衰減曲線曲線 同樣，可得到同樣，可得到10:1衰減衰減曲線，見(jiàn)曲線，見(jiàn)表表7-3 中曲線

28、中曲線，記錄下此，記錄下此 時(shí)的比例度時(shí)的比例度 s和最大偏差時(shí)間（又稱(chēng)上升時(shí)間）和最大偏差時(shí)間（又稱(chēng)上升時(shí)間）Tr，然后，然后 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式表根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式表7-3，求出控制器相應(yīng)的參數(shù)整定值。，求出控制器相應(yīng)的參數(shù)整定值。 衰減曲線法比較簡(jiǎn)單，適合于一般情況下的各種參數(shù)的衰減曲線法比較簡(jiǎn)單，適合于一般情況下的各種參數(shù)的 控制系統(tǒng)。對(duì)于干擾頻繁的系統(tǒng)不適用控制系統(tǒng)。對(duì)于干擾頻繁的系統(tǒng)不適用 7.6 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定 表表7-2 4 1衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表 表表7-3 10 1衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表衰減曲線法控制器參數(shù)計(jì)算表 控制作用控

29、制作用 /%TI/minTD/min 比例比例 比例比例+積分積分 比例比例+積分積分+微分微分 s 1.2 s 0.8 s 2Tr 1.2Tr0.4Tr 控制作用控制作用 /%TI/minTD/min 比例比例 比例比例+積分積分 比例比例+積分積分+微分微分 s 1.2 s 0.8 s 0.5Ts 0.3Ts0.1Ts 圖圖7-18 階躍干擾作用階躍干擾作用 7.6 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定 3.經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法 根據(jù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)(表表7-4)先先設(shè)置設(shè)置調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器參數(shù)值參數(shù)值，然后通過(guò)不斷，然后通過(guò)不斷觀觀 測(cè)過(guò)程曲線測(cè)過(guò)程曲線，逐漸，逐漸湊試湊試，直到獲得滿意的調(diào)

30、節(jié)參數(shù)值為止。，直到獲得滿意的調(diào)節(jié)參數(shù)值為止。 經(jīng)驗(yàn)湊試法的關(guān)鍵是經(jīng)驗(yàn)湊試法的關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)看曲線，調(diào)參數(shù)”；明確；明確控制器控制器 參數(shù)變化對(duì)過(guò)渡過(guò)程曲線的影響關(guān)系。最終達(dá)到參數(shù)變化對(duì)過(guò)渡過(guò)程曲線的影響關(guān)系。最終達(dá)到“理想過(guò)理想過(guò) 渡過(guò)程兩個(gè)波渡過(guò)程兩個(gè)波” 的階躍響應(yīng)曲線。的階躍響應(yīng)曲線。 經(jīng)驗(yàn)湊試法很簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，特別是外界干擾作用頻經(jīng)驗(yàn)湊試法很簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，特別是外界干擾作用頻 繁、記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，這種方法最適合。但憑繁、記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，這種方法最適合。但憑 經(jīng)驗(yàn)，具有一定主觀性，整定費(fèi)時(shí)。經(jīng)驗(yàn)，具有一定主觀性，整定費(fèi)時(shí)。 不同的參數(shù)匹配有時(shí)會(huì)得極為相近的過(guò)渡過(guò)程。如初不同的參數(shù)匹配有時(shí)會(huì)得極為相近的過(guò)渡過(guò)程。如初 餾塔塔頂溫度控制系統(tǒng)，以下兩組參數(shù)：餾塔塔頂溫度控制系統(tǒng)，