第六章簡單控制系統(tǒng)

1、實驗安排實驗安排 實驗時間：第實驗時間：第11周周 周日（周日（5月月15日）日） 實驗地點：機電樓實驗地點：機電樓C座座218 周日周日1,2節(jié)，應化節(jié)，應化14-1 周日周日3,4節(jié)，應化節(jié)，應化14-2 周日周日5,6 節(jié)，應化節(jié)，應化14-3 實驗名稱：實驗名稱： 實驗四實驗四 溫度傳感器及溫度控制實驗溫度傳感器及溫度控制實驗(AD590) 實驗預習報告：實驗預習報告：（做實驗時必須帶預習報告）（做實驗時必須帶預習報告） 一、實驗目的一、實驗目的 二、實驗原理二、實驗原理 三、三、實驗儀器及所用單元實驗儀器及所用單元第六章第六章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2、與組成簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第二節(jié)第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定第一節(jié)第一節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成 簡單控制系統(tǒng)：簡單控制系統(tǒng)：由一個測量元件、變送器、一個由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此也稱為單回路控制系統(tǒng)。系統(tǒng)，因此也稱為單回路控制系統(tǒng)。圖圖6-1 液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)圖圖6-2 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)載熱體載熱體冷流體冷流體換熱器換熱器圖圖6-3 簡單控制系統(tǒng)的方塊圖簡單控制系統(tǒng)的方塊圖

3、測量值控制器調(diào)節(jié)閥被控對象偏差給定值操縱值操縱變量干擾D測量變送器-SvPvDvMvq被控變量y+eez xP 執(zhí)行器 該系統(tǒng)中有著一條從系統(tǒng)的該系統(tǒng)中有著一條從系統(tǒng)的輸出端引向輸入端的輸出端引向輸入端的反饋路線反饋路線，也就是說該系統(tǒng)中的控制器是，也就是說該系統(tǒng)中的控制器是根據(jù)被控變根據(jù)被控變量的測量值與給定值的偏差量的測量值與給定值的偏差來進行控制的來進行控制的 第六章第六章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第二節(jié)第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計第三節(jié)第三節(jié) 控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)的工程整定第二節(jié)第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng)

4、的設計簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的方框圖簡單控制系統(tǒng)的方框圖 測量值控制器調(diào)節(jié)閥被控對象偏差給定值操縱值操縱變量干擾D測量變送器-SvPvDvMvq被控變量y+eez xP 執(zhí)行器一、被控變量的選擇；一、被控變量的選擇；二、操縱變量的選擇；操縱變量的選擇；三、測量元件特性的影響；三、測量元件特性的影響；四、控制器控制規(guī)律的選擇四、控制器控制規(guī)律的選擇;選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述控制器控制器(LC或或TC)執(zhí)行器執(zhí)行器 （控制閥）（控制閥）被控對象被控對象（液位儲

5、槽或換熱器（液位儲槽或換熱器）測量、變送環(huán)節(jié)測量、變送環(huán)節(jié)（LT或或TT）被控變量被控變量（液位或溫度）（液位或溫度）干擾干擾偏差偏差設定值設定值廣義對象廣義對象簡單控制系統(tǒng)方塊圖簡單控制系統(tǒng)方塊圖載熱體載熱體冷流體冷流體換熱器換熱器溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)所謂所謂“關鍵關鍵”變量變量：是指對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以：是指對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及安全及安全具有決定性的作用具有決定性的作用，而人工操作又難以滿，而人工操作又難以滿足要求的變量；或者人工操作雖然可以滿足要求，足要求的變量；或者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。但是，這種操作是既緊張而又頻繁的

6、。 1. 1. 采用直接指標控制采用直接指標控制直接指標控制：直接指標控制：被控變量本身就是需要控制的被控變量本身就是需要控制的工藝指標（壓力、流量、物位、溫度等）工藝指標（壓力、流量、物位、溫度等）直接指標控制最直接，最有效。直接指標控制最直接，最有效。一、被控變量的選擇一、被控變量的選擇被控變量被控變量：希望保持恒定值（或按一定規(guī)律變：希望保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量化）的變量 選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述圖圖6-4 精餾塔流程圖精餾塔流程圖回流罐回流罐冷

7、凝器冷凝器頂采出頂采出進料進料蒸汽蒸汽苯苯甲苯甲苯2. 2. 采用間接指標控制采用間接指標控制1 1）精餾原理）精餾原理 2 2）精餾塔對自控的要求）精餾塔對自控的要求 要求苯、甲苯達到一定的純度要求苯、甲苯達到一定的純度，因此，餾出物的，因此，餾出物的組分濃度組分濃度xD應應作為被控變量。作為被控變量。 xD為被控變量為被控變量，獲取測量信號尚，獲取測量信號尚有困難時，有困難時，可以找出與可以找出與xD有關的參數(shù)有關的參數(shù)作為被控變量作為被控變量，進行間接指標控制。，進行間接指標控制。 選取選取與直接質(zhì)量指標有單值對應關系與直接質(zhì)量指標有單值對應關系而反應又快的另而反應又快的另一變量作為間接

8、控制指標一變量作為間接控制指標 利用被分離物各組分的揮發(fā)度不利用被分離物各組分的揮發(fā)度不同，把混合物中的各組分進行分離同，把混合物中的各組分進行分離 3）找出與）找出與XD有關的參數(shù)有關的參數(shù)XD = f（TD，P）（濃度與溫度和壓力有關）（濃度與溫度和壓力有關）當壓力恒定時，即當壓力恒定時，即P= 常數(shù)常數(shù)XD = f（TD） 如圖所示如圖所示 XD溫度越低溫度越低 TD XD溫度越高溫度越高 TD 測出溫度可以知道濃度測出溫度可以知道濃度。當溫度恒定時，即當溫度恒定時，即TD = 常數(shù)常數(shù)XD = f（P） 如圖所示如圖所示 XD壓力越高壓力越高 P XD壓力越低壓力越低 P 測出壓力可以

9、知道濃度。測出壓力可以知道濃度。4 4）考慮工藝的合理性）考慮工藝的合理性精餾塔流程圖精餾塔流程圖回流罐回流罐冷凝器冷凝器頂采出頂采出進料進料蒸汽蒸汽TCTT結(jié)論：固定壓力，選擇溫度為被控變量。結(jié)論：固定壓力，選擇溫度為被控變量。5 5）考慮被控變量的靈敏度。）考慮被控變量的靈敏度。6 6）考慮被控變量間的獨立性。）考慮被控變量間的獨立性。選擇被控變量的原則選擇被控變量的原則(1).能代表工藝的操作指標，能能代表工藝的操作指標，能反映工藝操作狀態(tài)。反映工藝操作狀態(tài)。(2).被控變量在操作過程中經(jīng)常受到干擾影響，被控變量在操作過程中經(jīng)常受到干擾影響，需要需要頻繁控制的。頻繁控制的。(3).盡量采

10、用直接指標作為被控變量。當直接指標無法盡量采用直接指標作為被控變量。當直接指標無法獲得時，應選獲得時，應選與直接指標有單值對應關系的間接指標與直接指標有單值對應關系的間接指標作為被控變量。作為被控變量。(4). 被控變量應能被測量出來，并有被控變量應能被測量出來，并有足夠大的靈敏度。足夠大的靈敏度。(5).考慮考慮工藝過程的合理性及儀表的現(xiàn)狀。工藝過程的合理性及儀表的現(xiàn)狀。(6).被控變量應被控變量應是獨立可控的。是獨立可控的。二、操縱變量的選擇二、操縱變量的選擇干擾作用干擾作用對被控變量的影響是使其偏離給定值。對被控變量的影響是使其偏離給定值。操縱變量操縱變量則是要克服干擾對被控變量的影響。

11、則是要克服干擾對被控變量的影響。簡單控制系統(tǒng)的方框圖簡單控制系統(tǒng)的方框圖 1. 操縱變量操縱變量測量值控制器調(diào)節(jié)閥被控對象偏差給定值操縱值操縱變量干擾D測量變送器-SvPvDvMvq被控變量y+eez xP 執(zhí)行器選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述圖圖6-1 液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)圖圖6-2 溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)載熱體載熱體冷流體冷流體換熱器換熱器操縱變量是執(zhí)行器所控制的參數(shù)。實現(xiàn)控制作用。操縱變量是執(zhí)行器所控制的參數(shù)。實現(xiàn)控制作用。 最常見的操縱變量是流量，也有電壓

12、、轉(zhuǎn)速等最常見的操縱變量是流量，也有電壓、轉(zhuǎn)速等。 被控變量被控變量對對 象象 干擾干擾干擾通道干擾通道操縱變量操縱變量控制通道控制通道圖圖6-9 干擾通道與控制通道的關系干擾通道與控制通道的關系2. 對象特性對選擇操縱變量的影響對象特性對選擇操縱變量的影響 干擾變量干擾變量由干擾通道施加在對象上，起著破壞作由干擾通道施加在對象上，起著破壞作用，用，使被控變量偏離給定值使被控變量偏離給定值； 操縱變量操縱變量由控制通道施加到對象上，由控制通道施加到對象上，使被控變量使被控變量回復到給定值回復到給定值，起著校正作用。，起著校正作用。 (1) 對象靜態(tài)特性的影響對象靜態(tài)特性的影響放大系數(shù)放大系數(shù)

13、K0， Kf ，是對象的靜態(tài)參數(shù)。，是對象的靜態(tài)參數(shù)。 控制通道的放大系數(shù)控制通道的放大系數(shù) K0： 希望希望 K0值大一些好值大一些好, K0越大越大, 表示控制作用靈敏表示控制作用靈敏, 抑制干擾的能力越強。抑制干擾的能力越強。但但K0太大會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。太大會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。)(fffTK 、)(000 、TK干擾干擾操縱變量操縱變量被控變量被控變量KfK0干擾通道的放大系數(shù)干擾通道的放大系數(shù) Kf： Kf無論大、小對被控變量無論大、小對被控變量 的質(zhì)量都有害，的質(zhì)量都有害， 希望希望 Kf盡可能小。盡可能小。（2）對象動態(tài)特性的影響）對象動態(tài)特性的影響 控制通道時間常數(shù)控制通道時

14、間常數(shù)T0 的影響的影響T0太大或太小都不利于提高控制質(zhì)量。太大或太小都不利于提高控制質(zhì)量。 控制通道如果是一階環(huán)節(jié)，控制通道如果是一階環(huán)節(jié)，T0小，控制就靈敏。小，控制就靈敏。但太小，控制作用過于靈敏易引起控制過程震蕩，而但太小，控制作用過于靈敏易引起控制過程震蕩，而不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。 控制通道如果是二階環(huán)節(jié)，控制通道如果是二階環(huán)節(jié)，T0大，控制作用就反大，控制作用就反應遲鈍應遲鈍,過渡時間長，控制作用就弱。過渡時間長，控制作用就弱。 希望希望T0適當小，適當小，有利于克服干擾，縮短過渡過有利于克服干擾，縮短過渡過程的時間。程的時間。干擾通道時間常數(shù)干擾通道時間常數(shù) Tf 對控制質(zhì)量的影響對控

15、制質(zhì)量的影響Tf越大，越大，對被控變量影響越小。對被控變量影響越小。 如果控制通道如果控制通道0大，那么大，那么T0也大。因此，對象較難控也大。因此，對象較難控制制.純滯后時間純滯后時間0應盡量小應盡量小。tyB0AED圖圖6-10 純滯后純滯后0對控制質(zhì)量的影響對控制質(zhì)量的影響控制通道控制通道 小為好小為好0 控制通道滯后時間控制通道滯后時間 0的影響的影響tf如圖如圖 并不起作用。被控變量只是推遲并不起作用。被控變量只是推遲 時間變化。時間變化。ff干擾通道滯后時間干擾通道滯后時間f對控制質(zhì)量的影響對控制質(zhì)量的影響ty有純滯后有純滯后無純滯后無純滯后f tyfu小結(jié)：小結(jié)： (3). 0越

16、小越好越小越好, f對被控變量無影響。對被控變量無影響。 (2). T0適當小，適當小， Tf越大越好；越大越好； (1). K0適當大，適當大，Kf 越小越好；越小越好；3. 操縱變量的選擇原則操縱變量的選擇原則 (1). 操縱變量是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。操縱變量是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。 (2).操縱變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更操縱變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏。加靈敏。 (3).考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟性。一般避免用考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟性。一般避免用生產(chǎn)負荷作為操縱變量。生產(chǎn)負荷作為操縱變量。冷氣流量冷氣流量干燥塔干燥塔 舉例舉例 將

17、濃縮乳液干燥成乳粉，生產(chǎn)上采用噴霧式干燥將濃縮乳液干燥成乳粉，生產(chǎn)上采用噴霧式干燥設備。在一定的干燥溫度下獲得合格產(chǎn)品。設備。在一定的干燥溫度下獲得合格產(chǎn)品。冷氣流量冷氣流量分析一下影響干燥塔分析一下影響干燥塔溫度的因素。溫度的因素。1.1.乳化物流量乳化物流量Q1的改變將影響干燥塔溫度。的改變將影響干燥塔溫度。2.2.冷風量冷風量Q2的變化影響干燥塔溫度。的變化影響干燥塔溫度。3.3.蒸汽流量蒸汽流量Q3的變化的變化, ,影響干燥塔溫度。影響干燥塔溫度。Q1Q2Q3蒸汽壓力的變化將引起干燥塔溫度。蒸汽壓力的變化將引起干燥塔溫度。第一種方案：乳化物流量第一種方案：乳化物流量Q1為操縱變量為操縱

18、變量 考慮工藝的合理性。乳化物流量是生產(chǎn)負荷，需考慮工藝的合理性。乳化物流量是生產(chǎn)負荷，需要穩(wěn)定，不易作操縱變量。要穩(wěn)定，不易作操縱變量。根據(jù)操縱變量選擇原則進行分析：根據(jù)操縱變量選擇原則進行分析：蒸汽蒸汽產(chǎn)品產(chǎn)品 第二種方案：空氣流量第二種方案：空氣流量Q2為操縱變量為操縱變量 空氣量與熱風混合通過風管進入干燥器，較第一空氣量與熱風混合通過風管進入干燥器，較第一方案控制通道滯后時間稍大方案控制通道滯后時間稍大, 靈敏度次之。靈敏度次之。蒸汽蒸汽產(chǎn)品產(chǎn)品第三種方案：蒸汽流量第三種方案：蒸汽流量Q3為操縱變量為操縱變量 控制通道很長，純滯后、容量滯后大，靈敏度差控制通道很長，純滯后、容量滯后大，

19、靈敏度差。T0、0大，不易作操縱變量。大，不易作操縱變量。蒸汽蒸汽產(chǎn)品產(chǎn)品混合過程混合過程控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器 y變送器變送器zxe風管風管干燥器干燥器-干燥器干燥器Q1方塊圖方塊圖Q3干燥器干燥器風管風管換熱器換熱器TTTCQ1Q3 設計出以干燥器設計出以干燥器溫度溫度為被為被控變量，控變量，冷空氣流量冷空氣流量為操縱為操縱變量，溫度控制系統(tǒng)。變量，溫度控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)的方框圖簡單控制系統(tǒng)的方框圖 測量值控制器調(diào)節(jié)閥被控對象偏差給定值操縱值操縱變量干擾D測量變送器-SvPvDvMvq被控變量y+eez xP 執(zhí)行器第二節(jié)第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計一、被控變量的選擇

20、；一、被控變量的選擇；二、操縱變量的選擇；操縱變量的選擇；三、測量元件特性的影響；三、測量元件特性的影響；四、控制器控制規(guī)律的選擇四、控制器控制規(guī)律的選擇;1.1.測量元件的時間常數(shù)測量元件的時間常數(shù) 測量元件本身時間常數(shù)測量元件本身時間常數(shù)Tm所造成的測量所造成的測量滯后。（如測溫元件）滯后。（如測溫元件）解決方法：解決方法：1）選擇快速測量元件（一般）選擇快速測量元件（一般Tm1/10TC為宜）；為宜）； TC：對象時間常數(shù)：對象時間常數(shù)2）正確選擇安裝位置；）正確選擇安裝位置； 3）測量元件之后引入微分作用。）測量元件之后引入微分作用。(a)yzt參數(shù)參數(shù)t參數(shù)參數(shù)yz(c)t參數(shù)參數(shù)y

21、z(b)三、測量元件特性的影響三、測量元件特性的影響選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述分析加入微分單元后的情況：分析加入微分單元后的情況：在測量元件之后引入微分單元在測量元件之后引入微分單元用拉氏變換式描述各環(huán)節(jié)用拉氏變換式描述各環(huán)節(jié)Km /Tms+1TDs+1z(s)y(S) Km測量元件和變送器的放大倍數(shù)；測量元件和變送器的放大倍數(shù)；Tm、TD測量元件時間常數(shù)、微分時間測量元件時間常數(shù)、微分時間。如果使如果使Tm=TDKmy（S）z(s)可以看出變送器的輸出與被控變量的

22、變化成正比關系?？梢钥闯鲎兯推鞯妮敵雠c被控變量的變化成正比關系。y(s)z(S)1)1( STSTKmDm)()(syKszm 則則mKsysz )()(測量變送器測量變送器y微分單元微分單元z z2.測量元件的純滯后測量元件的純滯后測量的純滯后有時是由測量元件安裝位置引起的。測量的純滯后有時是由測量元件安裝位置引起的。 1) 合理選擇測量元件的安裝地點，盡可能縮短純滯后合理選擇測量元件的安裝地點，盡可能縮短純滯后 時間。時間。 2）采用復雜控制系統(tǒng)。）采用復雜控制系統(tǒng)。解決方法：解決方法：延遲時間延遲時間0: 22110vlvl 圖圖6-133.信號的傳遞滯后信號的傳遞滯后 1)測量信號傳送

23、產(chǎn)生的滯后測量信號傳送產(chǎn)生的滯后: 指由現(xiàn)場測量變送裝置的信號傳送到控制室的控制指由現(xiàn)場測量變送裝置的信號傳送到控制室的控制器所引起的滯后。器所引起的滯后。2)控制信號傳送產(chǎn)生的滯后控制信號傳送產(chǎn)生的滯后: 指由控制室內(nèi)控制器的輸出信號傳送到現(xiàn)場執(zhí)指由控制室內(nèi)控制器的輸出信號傳送到現(xiàn)場執(zhí)行器所引起的滯后。行器所引起的滯后?？刂破骺刂破?電電 氣氣 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器現(xiàn)場現(xiàn)場室內(nèi)室內(nèi) 解決方法：解決方法： 1）氣壓信號管路不能超過）氣壓信號管路不能超過300m，直徑不能小于，直徑不能小于6mm，或者用閥門定位器、氣動繼動器增大輸出功率；，或者用閥門定位器、氣動繼動器增大輸出功率； 2）現(xiàn)場與控制室之間

24、的信號盡量采用電信號傳遞，）現(xiàn)場與控制室之間的信號盡量采用電信號傳遞，必要時可用氣必要時可用氣電轉(zhuǎn)換器電轉(zhuǎn)換器 。第二節(jié)第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計一、被控變量的選擇；一、被控變量的選擇；二、操縱變量的選擇；操縱變量的選擇；三、測量元件特性的影響；三、測量元件特性的影響；四、控制器控制規(guī)律的選擇四、控制器控制規(guī)律的選擇;四、控制器控制規(guī)律的選擇四、控制器控制規(guī)律的選擇測量值控制器調(diào)節(jié)閥被控對象偏差給定值操縱值操縱變量干擾D測量變送器-SvPvDvMvq被控變量y+ez xP 執(zhí)行器1. 控制器控制規(guī)律的確定控制器控制規(guī)律的確定z xe廣義對象廣義對象圖圖6-14 簡單控制系統(tǒng)簡

25、化方塊圖簡單控制系統(tǒng)簡化方塊圖被控變量被控變量測量值測量值選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述eKpP %1001 PK 對于單元組合儀表：對于單元組合儀表：特點：特點：控制器的輸出與偏差成比例，克服干擾能力強控制器的輸出與偏差成比例，克服干擾能力強，過渡過程時間短，過程終了存在余差。，過渡過程時間短，過程終了存在余差。(1)、比例控制器、比例控制器適用范圍：適用范圍：控制通道滯后較小，負荷變化不大，允許控制通道滯后較小，負荷變化不大，允許余差存在。余差存在。(2)、比例積分

26、控制器、比例積分控制器 edtTeKpIP1根據(jù)對象的特性和工藝要求來決定選擇根據(jù)對象的特性和工藝要求來決定選擇P、PI、PID。特點：特點：過程結(jié)束時無余差，超調(diào)量和振動周期較大，過程結(jié)束時無余差，超調(diào)量和振動周期較大，過渡過程時間較長。過渡過程時間較長。 適用范圍：適用范圍：控制通道滯后較小，負荷變化不大，不允控制通道滯后較小，負荷變化不大，不允許余差存在。許余差存在。)1(dtdeTedtTeKpDIP (3)、比例積分微分控制器、比例積分微分控制器特點：特點：微分作用能克服對象的滯后。在比例的基礎上微分作用能克服對象的滯后。在比例的基礎上加上微分作用能加上微分作用能提高穩(wěn)定性提高穩(wěn)定性

27、、再加上積分作用能、再加上積分作用能消除消除余差余差。 適用范圍：適用范圍：容量滯后較大、負荷變化大、控制質(zhì)量要容量滯后較大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。求較高的系統(tǒng)。2. 控制器正反作用的確定控制器正反作用的確定自動控制系統(tǒng)是具有被控變量自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負反饋負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。的閉環(huán)系統(tǒng)。 即：被控變量值即：被控變量值偏高偏高，則控制作用應使之，則控制作用應使之降低降低； 被控變量被控變量偏低偏低，則控制作用應使之，則控制作用應使之升高升高。 通過改變控制器的正、反作用，以保證整個控制系通過改變控制器的正、反作用，以保證整個控制系統(tǒng)是一個具有統(tǒng)是一個具有負反饋負反饋的的閉環(huán)

28、系統(tǒng)。的的閉環(huán)系統(tǒng)。定義各環(huán)節(jié)的作用方向：定義各環(huán)節(jié)的作用方向：作用方向：作用方向：指各環(huán)節(jié)輸入變化后，輸出的變化方向。指各環(huán)節(jié)輸入變化后，輸出的變化方向。輸入輸入增加增加時，輸出時，輸出增加增加，則稱為，則稱為“正作用正作用”；+輸入輸入增加增加時，輸出時，輸出減少減少的，則稱為的，則稱為“反作用反作用”；-測量變送器：測量變送器： 當被控變量增加時，其輸出也增加。因此，測量變當被控變量增加時，其輸出也增加。因此，測量變送器一般都是正作用方向，送器一般都是正作用方向，”+” 被控對象：被控對象： 當操縱變量當操縱變量增加增加時，被控變量時，被控變量增加增加，則對象為，則對象為“正作用正作用”

29、。”+” 當操縱變量當操縱變量增加增加時，被控變量時，被控變量降低降低，則對象為，則對象為“反作用反作用”?！?” 執(zhí)行器：執(zhí)行器： 氣開閥：氣開閥： 信號信號增大增大時，閥時，閥開大開大,為正作用方向為正作用方向,用用“+”號表示。號表示。 氣關閥：氣關閥： 信號信號增大增大時，閥時，閥關小關小,為反作用方向為反作用方向,用用“-”號表示。號表示?？刂破鳎嚎刂破鳎?控制器的輸出取決于于被控變量的測量值與給定控制器的輸出取決于于被控變量的測量值與給定值之差值之差 （e=z-x）。）。 正作用控制器：正作用控制器： 輸入偏差輸入偏差e增大增大時時,控制器輸出控制器輸出p增大增大,為正作用方為正作

30、用方向。用向。用“+”號表示。號表示。反作用控制器：反作用控制器： 輸入偏差輸入偏差e增大增大時，控制器輸出時，控制器輸出p減少減少,為反作用方為反作用方向。向。 用用“-”號表示。號表示。 如果如果四項相乘為四項相乘為負值負值時，時， 系統(tǒng)為系統(tǒng)為負反饋負反饋。例例1：加熱爐出口溫度控制，確定控制器的正、反作用。：加熱爐出口溫度控制，確定控制器的正、反作用。 1.對象：對象：當閥開大時當閥開大時, 被控變量增大，作用方向為正被控變量增大，作用方向為正作用，作用，“+”。 3.變送器：變送器：選正作用，選正作用，“+” 。2.確定執(zhí)行器的氣開、氣關：確定執(zhí)行器的氣開、氣關： 因爐溫不允許過高。

31、所以一但信號中斷時閥應因爐溫不允許過高。所以一但信號中斷時閥應 關死（信號關死（信號=0）。）。 所以選氣開閥。所以選氣開閥。 “+”6-15 4.控制器控制器：選反作用的，：選反作用的，”-”。例例2：液位控制，確定控制器的正、反作用。：液位控制，確定控制器的正、反作用。 1.確定執(zhí)行器的氣開、氣關：確定執(zhí)行器的氣開、氣關： 因塔釜液位不允許過低。所以一但信號中斷時閥因塔釜液位不允許過低。所以一但信號中斷時閥 應關死（信號應關死（信號=0）,所以選氣開閥。為所以選氣開閥。為“+”表示。表示。2.變送器：變送器：選正作用，選正作用，“+” 。4.控制器：控制器：選正作用的選正作用的,”+”。3

32、.對象：對象：當閥開大時當閥開大時, 被控變量減被控變量減少少, 作用方向為反作用，作用方向為反作用，“-”。6-16第六章第六章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第二節(jié)第二節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的設計簡單控制系統(tǒng)的設計第三節(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)的工程整定工程整定的方法有兩種工程整定的方法有兩種: 理論計算法理論計算法和和工程整定法工程整定法。 理論計算法理論計算法:根據(jù)已知的廣義對象特性及控制根據(jù)已知的廣義對象特性及控制質(zhì)量的要求質(zhì)量的要求,通過理論計算出控制器的最佳參數(shù)。

33、通過理論計算出控制器的最佳參數(shù)。 工程整定法工程整定法:在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中,通過實驗和探索通過實驗和探索,來確定控制器的最佳參數(shù)。來確定控制器的最佳參數(shù)。 控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定:確定最合適的確定最合適的 、TI 和和TD ，使，使 控制質(zhì)量為最佳?？刂瀑|(zhì)量為最佳。選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量選擇操縱變量處理測量信號處理測量信號選擇調(diào)節(jié)閥選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運參數(shù)整定參數(shù)整定概述概述一、臨界比例度法一、臨界比例度法 1. 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)樵陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔眉儽壤饔?。tyt e臨

34、界振蕩過程臨界振蕩過程TK2. 在干擾作用下，在干擾作用下，從大到小從大到小逐逐 漸改變控制器漸改變控制器比例度比例度，直至系，直至系統(tǒng)產(chǎn)生統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩等幅振蕩（即臨界振蕩）（即臨界振蕩）這時的比例度是臨界比例度這時的比例度是臨界比例度k，周期為臨界周期周期為臨界周期Tk 。（Ti=，TD = 0位置上）。位置上）。3. 記下記下k 、Tk ，然后按表，然后按表6-1中公式中公式計算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。計算出控制器的各參數(shù)整定數(shù)值。 4.將計算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線，調(diào)將計算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線，調(diào)參數(shù)。參數(shù)。注意：注意：對于工藝上不允許有等幅振蕩的系統(tǒng)，不能

35、對于工藝上不允許有等幅振蕩的系統(tǒng)，不能 使用。使用。 對于臨界比例度小的系統(tǒng)，不能使用。對于臨界比例度小的系統(tǒng)，不能使用。表表 7-1 臨界比例度法參數(shù)計算表臨界比例度法參數(shù)計算表控制作用控制作用比例度比例度%積分時間積分時間Ti/min微分時間微分時間TD/min比例比例2kkk比例比例+積分積分2.2比例比例+微分微分1.8kTkTkT0.850.1比例比例+積分積分+微分微分1.7kT0.50.125表表 7-1 臨界比例度法參數(shù)計算表臨界比例度法參數(shù)計算表控制作用控制作用比例度比例度%積分時間積分時間Ti/min微分時間微分時間TD/min比例比例2kkk比例比例+積分積分2.2比例比

36、例+微分微分1.8kTkTkT0.850.1比例比例+積分積分+微分微分1.7kT0.50.125表表 6-1 臨界比例度法參數(shù)計算表臨界比例度法參數(shù)計算表控制作用控制作用比例度比例度%積分時間積分時間Ti/min微分時間微分時間TD/min比例比例2kkk比例比例+積分積分2.2比例比例+微分微分1.8kTkTkT0.850.1比例比例+積分積分+微分微分1.7kT0.50.125k二、衰減曲線法二、衰減曲線法 通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整通過使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定控制器參數(shù)值。具體作法：定控制器參數(shù)值。具體作法：1. 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)槠髯優(yōu)榧儽壤?/p>

37、用純比例作用。并將比例度。并將比例度放在放在較大的數(shù)值上較大的數(shù)值上；2.系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定后穩(wěn)定后，用改變給定值的，用改變給定值的辦法加入階躍干擾，辦法加入階躍干擾， 觀察被控變觀察被控變量記錄曲線的衰減比，然后量記錄曲線的衰減比，然后從大從大到小改變比例度到小改變比例度直至出現(xiàn)直至出現(xiàn)4:1衰減衰減為止，記下此時比例度為止，記下此時比例度s, 衰減周衰減周期期Ts。6-21 表表6-2 4:1衰減曲線控制器參數(shù)計算表衰減曲線控制器參數(shù)計算表 /%IT/minDT/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 1.20.80.5sTsT0.30.1ST控制作用控制作用s s 3.

38、根據(jù)表根據(jù)表6-2中經(jīng)驗公式，計算出控制器的整定值。中經(jīng)驗公式，計算出控制器的整定值。4.如果是如果是10:1衰減曲線，方法同上，得到衰減曲線，方法同上，得到10:1衰減曲線衰減曲線時，記下此時比例度時，記下此時比例度s和最大偏差上升時間和最大偏差上升時間T升升。 根據(jù)表根據(jù)表6-3中經(jīng)驗公式計算出中經(jīng)驗公式計算出 、TI、TD。表表6-3 10:1 衰減曲線控制器參數(shù)計算表衰減曲線控制器參數(shù)計算表/%IT/minDT/mins 比例比例比例比例+積分積分比例比例+積分積分+微分微分1.2s 0.82升升T1.2升升T0.4升升T控制作用控制作用s 5.將計算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線

39、，將計算的參數(shù)投入到儀表中。然后看調(diào)節(jié)曲線， 調(diào)參調(diào)參數(shù)。數(shù)。6-21 干擾幅值施加的不能太大干擾幅值施加的不能太大, 要根據(jù)生產(chǎn)要求來定，要根據(jù)生產(chǎn)要求來定， 一般一般為額定值的為額定值的5%。 對于對于反應快的系統(tǒng)反應快的系統(tǒng)，難以得到，難以得到4:1曲線時曲線時,以被控變量以被控變量來回波動兩次達到穩(wěn)定來回波動兩次達到穩(wěn)定,就近似認為就近似認為4:1衰減曲線。衰減曲線。優(yōu)點：優(yōu)點：整定質(zhì)量較高整定質(zhì)量較高, 較準確可靠安全應用廣泛。較準確可靠安全應用廣泛。 缺點：缺點：不適用于干擾頻繁不適用于干擾頻繁, 記錄曲線不規(guī)則的系統(tǒng)。記錄曲線不規(guī)則的系統(tǒng)。注意：注意：必須在必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定時工

40、藝參數(shù)穩(wěn)定時,才能施加干擾才能施加干擾,否則得不到正否則得不到正確的確的S、TS或或S、T升升值。值。 三、經(jīng)驗湊試法三、經(jīng)驗湊試法 經(jīng)驗湊試法是工人師傅在長期的生產(chǎn)實踐中總結(jié)出經(jīng)驗湊試法是工人師傅在長期的生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的整定方法。來的整定方法?？刂茖ο罂刂茖ο髮ο筇卣鲗ο筇卣?%/%TI/minTD/min流量流量溫度溫度壓力壓力液位液位對象時間常數(shù)小，參數(shù)有波動，對象時間常數(shù)小，參數(shù)有波動， 要大；要大；TI要短；不用微分要短；不用微分對象容量滯后較大，即參數(shù)受干對象容量滯后較大，即參數(shù)受干擾候變化遲緩；擾候變化遲緩；應??；應?。籘I要長；要長；一般需加微分一般需加微分對象的容量滯后一般，不算大，對象的容量滯后一般，不算大，一般不加微分一般不加微分對象時間常數(shù)范圍較大。要求不對象時間常數(shù)范圍較大。要求不高時，高時，可在一定范圍內(nèi)選取，可在一定范圍內(nèi)選取，一般不用微分一般不用微分4010020 6030 7020 800.3 13 100.4 30.5 3表表6-4 控制器參數(shù)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表控