第七章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)1

1、儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化第七章第七章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成n 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n被控變量的選擇被控變量的選擇n操縱變量的選擇操縱變量的選擇n測(cè)量元件特性的影響測(cè)量元件特性的影響n(yōu)控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇n 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定n臨界比例度法臨界比例度法n衰減曲線(xiàn)法衰減曲線(xiàn)法n經(jīng)驗(yàn)湊試法經(jīng)驗(yàn)湊試法1儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第一節(jié)第一節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成2 通常是指由一個(gè)測(cè)量元件、變送器、一個(gè)通常是指由一個(gè)測(cè)量元件、變送器

2、、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)?？刂破?、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，將不再畫(huà)出測(cè)量、在本課件以后的控制系統(tǒng)圖中，將不再畫(huà)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)，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(huà)圖時(shí)被省略罷了。只是在畫(huà)圖時(shí)被省略罷了。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第一節(jié)第一節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成（續(xù)）3圖7-3 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。

3、在該系統(tǒng)中有著一條從系統(tǒng)的輸出端引向輸入端的反饋路線(xiàn)，也就是說(shuō)該系統(tǒng)中的控制器是根據(jù)被控變量的測(cè)量值與給定值的偏差來(lái)進(jìn)行控制的。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)n 一、被控變量的選擇一、被控變量的選擇4 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(chēng)為被控變量。 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(mǎn)足要求的； 人工操作雖然可以滿(mǎn)足要求，但是，這種操作是既緊張而又頻繁的。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）直接指標(biāo)控制；直接指標(biāo)控制；間接指標(biāo)控制。間接指標(biāo)控制

4、。5儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）6圖7-4 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圖舉例舉例儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)） 在精餾塔操作中，壓力往往需要固定。只有將塔操作在規(guī)定的壓力下，才易于保證塔的分離純度，保證塔的效率和經(jīng)濟(jì)性。 在塔壓固定的情況下，精餾塔各層塔板上的壓力基本上是不變的，這樣各層塔板上的溫度與組分之間就有一定的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。 所選變量有足夠的靈敏度。7儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（

5、續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）8（1）被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，一般是工藝過(guò)程中較重要的變量。 （2）被控變量在工藝操作過(guò)程中經(jīng)常要受到一些干擾影響而變化。為維持其恒定，需要較頻繁的調(diào)節(jié)。 （3）盡量采用直接指標(biāo)作為被控變量。當(dāng)無(wú)法獲得直接指標(biāo)信號(hào)，或其測(cè)量和變送信號(hào)滯后很大時(shí)，可選擇與直接指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）（4）被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來(lái)，并具有足夠大的靈敏度。 （5）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。（6）被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。 9儀表

6、自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）n 二、操縱變量的選擇二、操縱變量的選擇10 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(chēng)為操縱變量。 最常見(jiàn)的操縱變量是介質(zhì)的流量。操作變量操作變量系統(tǒng)的干擾系統(tǒng)的干擾通過(guò)工藝分析通過(guò)工藝分析確定確定對(duì)工藝進(jìn)行分析，找出有哪些因素會(huì)影響被控變量發(fā)生變化的。在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個(gè)對(duì)被控變量影響顯著而且可控性良好的輸入，作為操縱變量，而其他未被選中的所有輸入量則視為系統(tǒng)的干擾。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）11圖7-7 精餾塔

7、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。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）圖7-8 影響提餾段溫度的各種因素示意圖進(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。 12儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）13圖7-9 干擾通道與控制通道的關(guān)系由干擾通道干擾通道施加在對(duì)象上，起著破壞作用，使被控變量偏離給定值；由控制通道控制通道施加到對(duì)象上，使被控變量回復(fù)到給定值，起著校正

8、作用。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)） 一般希望控制通道的放大系數(shù)KO要大些，對(duì)象干擾通道的放大系數(shù)Kf小些。 控制通道的時(shí)間常數(shù)不能過(guò)大，否則會(huì)使操縱變量的校正作用遲緩、超調(diào)量大、過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)。要求對(duì)象控制通道的時(shí)間常數(shù)T小一些，從而獲得良好的控制質(zhì)量。 14儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）15 控制通道的物料輸送或能量傳遞都需要一定的時(shí)間。這樣造成的純滯后O對(duì)控制質(zhì)量是有影響的。圖7-10所示為純滯后對(duì)控制質(zhì)量影響的示意圖。 圖7-10 純滯后0對(duì)控制質(zhì)量的影響在選擇操縱變量構(gòu)成控制在選

9、擇操縱變量構(gòu)成控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)使對(duì)象控制通道的系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)使對(duì)象控制通道的純滯后時(shí)間純滯后時(shí)間0 0盡量小。盡量小。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）16 干擾通道的時(shí)間常數(shù)Tf越大，表示干擾對(duì)被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。 如果干擾通道存在純滯后f，控制作用也推遲了時(shí)間f，使整個(gè)過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)推遲了時(shí)間f，只要控制通道不存在純滯后，通常是不會(huì)影響控制質(zhì)量的，如圖7-11所示。 圖7-11 干擾通道純滯后f的影響儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）17 操縱變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量

10、。 操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏。 在選擇操縱變量時(shí)，除了從自動(dòng)化角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。 工藝合理性的理解：不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為操縱變量，因?yàn)樯a(chǎn)負(fù)荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的產(chǎn)量，是不宜經(jīng)常波動(dòng)的。生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性的理解：應(yīng)盡可能降低物料與能量的消耗。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）n 三、測(cè)量元件特性的影響三、測(cè)量元件特性的影響18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。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（

11、續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）19 測(cè)量元件的時(shí)間常數(shù)越大，測(cè)量滯后現(xiàn)象愈測(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?？刂葡到y(tǒng)中的測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)不能太加顯著?？刂葡到y(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。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)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)小于對(duì)象時(shí)間常數(shù)的的110時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量影響不大。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。會(huì)影響測(cè)量與控制。 比如孔板的安裝，熱電偶使用一段時(shí)間后的表面結(jié)晶和結(jié)焦使時(shí)間常數(shù)大大增加儀表

12、自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）20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)示意圖延遲時(shí)間延遲時(shí)間0 022110vlvl 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。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）21 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)傳送滯后對(duì)控制系統(tǒng)的影響基本上與對(duì)象控制通道的滯后相同，應(yīng)盡量減小。所以，一般氣壓信號(hào)管路不能超過(guò)300

13、m，直徑不能小于6mm，或者用閥門(mén)定位器、氣動(dòng)繼動(dòng)器增大輸出功率，以減小傳送滯后。在可能的情況下，現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的信號(hào)盡量采用電信號(hào)傳遞，必要時(shí)可用氣-電轉(zhuǎn)換器將氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以減小傳送滯后。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）n 四、控制器控制規(guī)律的選擇四、控制器控制規(guī)律的選擇22圖7-14 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化方塊圖 比例控制器是具有比例控制規(guī)律的控制器。eKpP %1001 PK 對(duì)于單元組合儀表 控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝上沒(méi)有提出無(wú)差要求的系統(tǒng)。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)

14、計(jì)（續(xù)） 控制器的輸出與偏差成比例。 當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，比例控制器克服干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過(guò)渡時(shí)間短。 在常用控制規(guī)律中，比例作用是最基本的控制規(guī)律，不加比例作用的控制規(guī)律是很少采用的。 純比例控制系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)存在余差。負(fù)荷變化越大，余差就越大。 23儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）24比例積分控制器是具有比例積分控制規(guī)律的控制器。edtTeKpIP1比例放大系數(shù)KP（或比例度）和積分時(shí)間TI?？刂仆ǖ罍筝^小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)

15、） 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)。 25儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）26 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(chēng)為三作用（PID）控制器。 dtdeTedtTeKpDIP1理想的三作用控制器，存在 比例放大系數(shù)KP（或比例度）、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化

16、第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)） 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、TI、TD參數(shù)，可以使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。 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)。 27儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）28 目前生產(chǎn)的模擬式控制器一般都同時(shí)具有目前生產(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。只要將其中的微比例、積分、微分三種作用。

17、只要將其中的微分時(shí)間分時(shí)間TD置于，就成了比例積分控制器，如置于，就成了比例積分控制器，如果同時(shí)將積分時(shí)間果同時(shí)將積分時(shí)間TI置于無(wú)窮大，便成了比例置于無(wú)窮大，便成了比例控制器?？刂破?。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）29 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(wèn)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)。 輸入變化后，輸出的變化方向。 當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)的輸入增加時(shí)，其輸出也增加，則稱(chēng)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(chēng)“反作用”方向。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二

18、節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）作用方向一般是“正”的。作用方向取決于是氣開(kāi)閥還是氣關(guān)閥。作用方向隨具體對(duì)象的不同而各不相同。 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(chēng)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(chēng)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(chēng)為“反作用”方向。30儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）31 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）32一個(gè)簡(jiǎn)單的加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)。加熱爐燃料氣流量圖7-15

19、加熱爐出口溫度控制儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)） 當(dāng)操縱變量燃料氣流量增加時(shí)，被控變量是增加當(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)象是的，故對(duì)象是“正正”作用方向。如果從工藝安全條件作用方向。如果從工藝安全條件出發(fā)選定執(zhí)行器是氣開(kāi)閥（停氣時(shí)關(guān)閉），以免當(dāng)氣出發(fā)選定執(zhí)行器是氣開(kāi)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(kāi)而燒壞爐子。那么這時(shí)執(zhí)源突然斷氣時(shí)，控制閥大開(kāi)而燒壞爐子。那么這時(shí)執(zhí)行器便是行器便是“正正”作用方向。為了保證由對(duì)象、執(zhí)行器作用方向。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)該選與控制

20、器所組成的系統(tǒng)是負(fù)反饋的，控制器就應(yīng)該選為為“反反”作用。作用。 33儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第二節(jié)第二節(jié) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（續(xù)）34圖7-16 液位控制一個(gè)簡(jiǎn)單的液位控制系統(tǒng)一個(gè)簡(jiǎn)單的液位控制系統(tǒng) 執(zhí)行器是執(zhí)行器是“正正”方向。方向。 對(duì)象是對(duì)象是“反反”方向。方向。 控制器為控制器為“正正”方向。方向。 圖7-17 控制器正、反作用開(kāi)關(guān)示意圖 控制器的正、反作用可以通過(guò)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)改變控制器上的正、反作用開(kāi)關(guān)自行選擇。自行選擇。 一臺(tái)正作用的控制器，只要將一臺(tái)正作用的控制器，只要將其測(cè)量值與給定值的輸入線(xiàn)互換其測(cè)量值與給定值

21、的輸入線(xiàn)互換一下，就成了反作用的控制器。一下，就成了反作用的控制器。 儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定n 一、臨界比例度法一、臨界比例度法35 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、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。 理論計(jì)算的方法和工程整定法。 先通過(guò)試驗(yàn)得到臨界比例度先通過(guò)試驗(yàn)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)系求出控制器各參數(shù)值。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。 工程整定法是在已經(jīng)投運(yùn)的實(shí)際控制系統(tǒng)中，通過(guò)試驗(yàn)或探索，來(lái)確定控制器的最佳參數(shù)。這種方法是工藝技術(shù)

22、人員在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常遇到的。常用的有幾種：臨界比例度法、衰減曲線(xiàn)法、經(jīng)驗(yàn)湊試法等。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）36圖7-18 臨界振蕩過(guò)程控制作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 k2.2k1.8k1.7k0.85 Tk0.5 Tk0.1 Tk0.125 Tk表 7-1 臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式表 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)。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)。因?yàn)榕R界比例度很小，

23、則控制器輸出的變化一定很大，被控變量容易超出允許范圍，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）n 二、衰減曲線(xiàn)法二、衰減曲線(xiàn)法37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)程控制作用控制作用/%TI/minTD/min比例比例s比例比例+積分積分1.2s 0.5 TS比例比例+積分積分+微分微分0.8s 0.3 TS0.1 TS控制作用控制作用/%TI/minTD/min比例比例s 比例比例+積分積分1.2s 2T升升比例比例+積分積分+微分微分0.8 s 1.2 T升升0.4T升升表7

24、-2 4:1衰減曲線(xiàn)法控制器參數(shù)計(jì)算表表7-3 10:1衰減曲線(xiàn)法控制器參數(shù)計(jì)算表儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）s38儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）39（1 1）加的干擾幅值不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求）加的干擾幅值不能太大，要根據(jù)生產(chǎn)操作要求來(lái)定，一般為額定值的來(lái)定，一般為額定值的5 5左右，也有例外的情況。左右，也有例外的情況。（2 2）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的則得不到正確的S、TS或或S和和T升升值。值

25、。（3 3）對(duì)于反應(yīng)快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容）對(duì)于反應(yīng)快的系統(tǒng)，如流量、管道壓力和小容量的液位控制等，要在記錄曲線(xiàn)上嚴(yán)格得到量的液位控制等，要在記錄曲線(xiàn)上嚴(yán)格得到4141衰減衰減曲線(xiàn)比較困難。一般以被控變量來(lái)回波動(dòng)兩次達(dá)到穩(wěn)曲線(xiàn)比較困難。一般以被控變量來(lái)回波動(dòng)兩次達(dá)到穩(wěn)定，就可以近似地認(rèn)為達(dá)到定，就可以近似地認(rèn)為達(dá)到4141衰減過(guò)程了。衰減過(guò)程了。 特點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單，適用于一般情況下的各種參數(shù)的控制系統(tǒng)。但對(duì)于干擾頻繁、記特點(diǎn)：比較簡(jiǎn)單，適用于一般情況下的各種參數(shù)的控制系統(tǒng)。但對(duì)于干擾頻繁、記錄曲線(xiàn)不規(guī)則、不斷有小擺動(dòng)的情況，由于不易得到準(zhǔn)確的衰減比例度和衰減周期，錄曲線(xiàn)不規(guī)則、不斷有小

26、擺動(dòng)的情況，由于不易得到準(zhǔn)確的衰減比例度和衰減周期，使得這種方法難于應(yīng)用。使得這種方法難于應(yīng)用。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）n 三、經(jīng)驗(yàn)湊試法三、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(xiàn)，運(yùn)用、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、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD逐個(gè)整定，直到獲得滿(mǎn)意的過(guò)渡過(guò)程為止。 40儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）41控制對(duì)象控制對(duì)象對(duì)象特征對(duì)象特征/%TI/m

27、inTD/min流量流量溫度溫度壓力壓力液位液位對(duì)象時(shí)間常數(shù)小，參數(shù)有波動(dòng)， 要大；TI要短；不用微分對(duì)象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾后變化遲緩；應(yīng)小；TI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)，可在一定范圍內(nèi)選取，一般不用微分4010020 6030 7020 800.3 13 100.4 30.5 3表7-4 控制器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）42整定具體方法：整定具體方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并參考表根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并參考表7-4的數(shù)據(jù)，選定一個(gè)合適的的數(shù)據(jù)，選定一個(gè)合適的值作為起始

28、值，把積分時(shí)間放在值作為起始值，把積分時(shí)間放在無(wú)窮大，微分時(shí)間設(shè)置為無(wú)窮大，微分時(shí)間設(shè)置為0，將系統(tǒng)投入自動(dòng)。改變給定值，觀察被控變量記錄曲，將系統(tǒng)投入自動(dòng)。改變給定值，觀察被控變量記錄曲線(xiàn)形狀，直到線(xiàn)形狀，直到4:1衰減為止。若要求消除余差，則要引入積分作用。一般積分時(shí)間衰減為止。若要求消除余差，則要引入積分作用。一般積分時(shí)間可先取為衰減周期的一半值，并在積分作用引入的同時(shí)，將比例度增加可先取為衰減周期的一半值，并在積分作用引入的同時(shí)，將比例度增加10%-20%，看記錄曲線(xiàn)的衰減比和消除余差的情況，如不符合要求，再適當(dāng)改變看記錄曲線(xiàn)的衰減比和消除余差的情況，如不符合要求，再適當(dāng)改變和和TI值

29、，直值，直到記錄曲線(xiàn)滿(mǎn)足要求。如果是三作用控制器，則在已調(diào)整好到記錄曲線(xiàn)滿(mǎn)足要求。如果是三作用控制器，則在已調(diào)整好和和TI的基礎(chǔ)上再引入的基礎(chǔ)上再引入微分作用，而在引入微分作用后，允許把微分作用，而在引入微分作用后，允許把值縮小一點(diǎn)，把值縮小一點(diǎn)，把Ti值也再縮小一點(diǎn)。值也再縮小一點(diǎn)。儀表自動(dòng)化儀表自動(dòng)化 第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）控制器參數(shù)的工程整定（續(xù)）43圖7-20 三種振蕩曲線(xiàn)比較圖圖7-21 比例度過(guò)大、積分時(shí)間過(guò)大時(shí)兩種曲線(xiàn)比較圖比例度過(guò)小、積分時(shí)間過(guò)比例度過(guò)小、積分時(shí)間過(guò)小或微分時(shí)間過(guò)大，產(chǎn)生小或微分時(shí)間過(guò)大，產(chǎn)生的周期性激烈振蕩。的周期性激烈振蕩。 如果比例度過(guò)大或積分時(shí)如果比例