第3章單回路控制系統(tǒng)

1、過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)第第3 3章章 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)4 4單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例1 1單回路控制系統(tǒng)介紹單回路控制系統(tǒng)介紹2 2單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3 3單回路控制系統(tǒng)投運(yùn)及控制器參數(shù)的整定單回路控制系統(tǒng)投運(yùn)及控制器參數(shù)的整定過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)簡介單回路控制系統(tǒng)簡介單回路反饋控制系統(tǒng)單回路反饋控制系統(tǒng)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過

2、程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控過程被控過程測量變送測量變送給定值 +-偏差e閥門開度信號調(diào)節(jié)量被控參數(shù)參數(shù)測量值擾動擾動W WC C（S S）W WV V（S S）W WO O（S S）W Wm m(S)(S)X（S） +-E（S）Y（S）Z（S）單回路控制系統(tǒng)框圖單回路控制系統(tǒng)框圖F（S）過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)控制部分廣義對象過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制

3、系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)主要組成部分主要組成部分(1)(1)、被控對象：生產(chǎn)過程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。、被控對象：生產(chǎn)過程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。(2)(2)、檢測變送單元：檢測量轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號。、檢測變送單元：檢測量轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號。(3)(3)、控制器：實(shí)時(shí)地對被控系統(tǒng)施加控制作用。、控制器：實(shí)時(shí)地對被控系統(tǒng)施加控制作用。(4)(4)、執(zhí)行器：將控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動控制閥。、執(zhí)行器：將控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動控制閥。 常見的有氣動和電動兩種。常見的有氣動和電動兩種。(5)(5)、控制閥：控制進(jìn)料量。有、控制閥：控制進(jìn)料量。有 氣開式氣開式

4、和和 氣關(guān)式氣關(guān)式之別。之別。 氣壓信號中斷，閥氣壓信號中斷，閥門完全關(guān)閉門完全關(guān)閉氣壓信號中斷，閥氣壓信號中斷，閥門完全打開門完全打開過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)特點(diǎn)單回路控制系統(tǒng)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于整定和投運(yùn)；結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于整定和投運(yùn)； 可滿足一般生產(chǎn)過程的工藝要求；可滿足一般生產(chǎn)過程的工藝要求； 占控制回路的占控制回路的85%85%以上，應(yīng)用廣泛；以上，應(yīng)用廣泛； 適用于被控過程的純滯后與慣性不大、負(fù)荷與干適用于被控過程的純滯后與慣性不大、負(fù)荷與干擾變化比較平穩(wěn)或者工藝要求不

5、太高的場合。擾變化比較平穩(wěn)或者工藝要求不太高的場合。 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)2 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、一、被控變量被控變量和控制和控制變量的選擇變量的選擇 二、控制閥二、控制閥的選擇的選擇 三、三、測量變送環(huán)節(jié)的選擇測量變送環(huán)節(jié)的選擇 四、控制規(guī)律的選擇四、控制規(guī)律的選擇 五、系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器五、系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器參數(shù)整定參數(shù)整定過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

6、1. 1. 單項(xiàng)性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)2. 2. 誤差積分性能指標(biāo)誤差積分性能指標(biāo) 它是以控制系統(tǒng)瞬時(shí)誤差函數(shù)它是以控制系統(tǒng)瞬時(shí)誤差函數(shù)e(t) e(t) 為泛函數(shù)的積分為泛函數(shù)的積分評價(jià)系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)。它是用一個(gè)數(shù)（最小）衡量評價(jià)系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)。它是用一個(gè)數(shù)（最?。┖饬恳粋€(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣、是否處于最佳狀態(tài)的一種方法。一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣、是否處于最佳狀態(tài)的一種方法。 誤差積分誤差積分( (IE) IE) 絕對誤差積分絕對誤差積分(IAE)(IAE) 平方誤差積分平方誤差積分( (ISE)

7、ISE) 時(shí)間與絕對誤差乘積積分時(shí)間與絕對誤差乘積積分( (ITAE)ITAE)0( )IEe t dt0| ( ) |IAEe tdt20( )ISEet dt0| ( ) |ITAEt e tdt過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)n 采用采用不同的積分公式不同的積分公式意味著估計(jì)整個(gè)過程優(yōu)良程度時(shí)意味著估計(jì)整個(gè)過程優(yōu)良程度時(shí) 的的側(cè)重點(diǎn)不同側(cè)重點(diǎn)不同。例如。例如ISEISE著重于抑制過渡過程中的大著重于抑制過渡過程中的大 誤差，而誤差，而ITAEITAE則著重懲罰過程拖得過長。則著重懲罰過程拖得過長。n 誤差積分

8、指標(biāo)誤差積分指標(biāo)有一個(gè)缺點(diǎn)，它們有一個(gè)缺點(diǎn)，它們并不能都保證控制系并不能都保證控制系 統(tǒng)具有合適的衰減率統(tǒng)具有合適的衰減率（人們關(guān)注）；等幅震蕩過程是（人們關(guān)注）；等幅震蕩過程是 不能接受的，而它的不能接受的，而它的IEIE卻等于零，顯然不合理。通常卻等于零，顯然不合理。通常 的做法是首先規(guī)定衰減率的要求，再考慮使誤差積分的做法是首先規(guī)定衰減率的要求，再考慮使誤差積分 為最小。為最小。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系

9、統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)被制參數(shù)選擇被制參數(shù)選擇1、選擇的意義、選擇的意義p是控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的一個(gè)至關(guān)重要的問題。是控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的一個(gè)至關(guān)重要的問題。p恰當(dāng)?shù)倪x擇對于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)恰當(dāng)?shù)倪x擇對于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、改善勞動條件有很大的作用。量、改善勞動條件有很大的作用。p若選擇不當(dāng)，則不論組成什么樣的控制系統(tǒng)，若選擇不當(dāng)，則不論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選擇多么先進(jìn)的過程檢測控制儀表，都不能達(dá)到選擇多么先進(jìn)的過程檢測控制儀表，都不能達(dá)到良好的控制效果。良好的控制效果。 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)t

10、 t 選直接參數(shù)選直接參數(shù)即能直接發(fā)映生產(chǎn)過程產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安即能直接發(fā)映生產(chǎn)過程產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安全運(yùn)行的參數(shù)。（如鍋爐的水位控制全運(yùn)行的參數(shù)。（如鍋爐的水位控制)。t t 選間接參數(shù)選間接參數(shù)（1）當(dāng)選直接參數(shù)有困難時(shí)采用。）當(dāng)選直接參數(shù)有困難時(shí)采用。(如用反應(yīng)釜如用反應(yīng)釜的溫度控制間接實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量控制。的溫度控制間接實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量控制。)（2）可選擇那些間接反映產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又與直）可選擇那些間接反映產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又與直接參數(shù)有單值對應(yīng)關(guān)系、易于測量的參數(shù)作為被控接參數(shù)有單值對應(yīng)關(guān)系、易于測量的參數(shù)作為被控參數(shù)。參數(shù)。 2、 選擇方法選擇方法過程控制過程控制第三章第三

11、章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 3.被制參數(shù)選擇的原則被制參數(shù)選擇的原則(1) (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)藝操作狀態(tài), ,一般都是工藝過程中比較重要的變量。一般都是工藝過程中比較重要的變量。(2) (2) 當(dāng)無法獲得直接指標(biāo)信號當(dāng)無法獲得直接指標(biāo)信號, , 或其測量和變送信號滯后或其測量和變送信號滯后很大時(shí)很大時(shí), ,可選擇與直接指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作可選擇與直接指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)作為被控變量。為被控變量。 (3) (3) 被控變量應(yīng)能被測量

12、出來被控變量應(yīng)能被測量出來, ,并具有足夠大的靈敏度并具有足夠大的靈敏度。(4)(4)必須考慮工藝合理性和國內(nèi)外儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。必須考慮工藝合理性和國內(nèi)外儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。 (5) (5) 被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)控制變量的選擇控制變量的選擇簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則操操縱縱變變量量的的選選擇擇被控變量（輸出量）擾動變量（輸入量）操縱變量（輸入量）從諸多影響被控變量的輸入?yún)?shù)中選擇一個(gè)對被控變量影響顯著而且可控性良好的輸入?yún)?shù)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系

13、統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)l當(dāng)生產(chǎn)過程中有多個(gè)因素能影響被控參數(shù)當(dāng)生產(chǎn)過程中有多個(gè)因素能影響被控參數(shù)(在在生產(chǎn)過程有幾個(gè)控制參數(shù)可供選擇時(shí)，一般希生產(chǎn)過程有幾個(gè)控制參數(shù)可供選擇時(shí)，一般希望控制通道克服擾動的校正能力要強(qiáng)，動態(tài)響望控制通道克服擾動的校正能力要強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)要比擾動通道快。應(yīng)要比擾動通道快。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)( (一一) )、過程靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響、過程靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響1.系統(tǒng)的簡化方框圖系統(tǒng)的簡化方框圖 W WC C（S S）W WV

14、 V（S S）W WO O（S S）W Wm m(S)(S)X（S） +-E（S）Y（S）Z（S）單回路控制系統(tǒng)框圖單回路控制系統(tǒng)框圖F（S）W Wf f（S S）過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)突出干擾的形式如下圖所示：突出干擾的形式如下圖所示： 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)2、傳遞函數(shù)、傳遞函數(shù) 設(shè)傳遞函數(shù)分別為設(shè)傳遞函數(shù)分別為 1)(sTKsWooo1)(sTKsWfffccKsW)(則在定值控制下輸出對干擾的閉環(huán)傳遞函數(shù)為則

15、在定值控制下輸出對干擾的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 )1()1)(1()1(.)()(1)()()(sTKKsTsTsTKsWsWsWsFsYfocfoofocf過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)本質(zhì)是穩(wěn)定的，則在單位階躍擾動下由于系統(tǒng)本質(zhì)是穩(wěn)定的，則在單位階躍擾動下的余差為的余差為 KKKKKfocf11)(lim)(tyyt)1() 1)(1() 1(lim0sTKKsTsTssTKsfocfoofs3、穩(wěn)態(tài)余差、穩(wěn)態(tài)余差 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路

16、控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)t t 過程穩(wěn)態(tài)特性對控制質(zhì)量有很大影響，這是過程穩(wěn)態(tài)特性對控制質(zhì)量有很大影響，這是選擇操縱參數(shù)的一個(gè)重要依據(jù)。選擇操縱參數(shù)的一個(gè)重要依據(jù)。t t 應(yīng)使應(yīng)使Kf越小越好，以減弱擾動對控制參數(shù)的越小越好，以減弱擾動對控制參數(shù)的影響。影響。t最佳控制過程中，最佳控制過程中，KcKo應(yīng)為一常數(shù)，應(yīng)為一常數(shù)，Ko大小大小可通過可通過Kc來調(diào)節(jié)。來調(diào)節(jié)。t在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，控制通道的在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，控制通道的Ko擬適當(dāng)選擬適當(dāng)選大一些。大一些。 4、討論、討論過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特

17、性指過程的靜態(tài)放大系數(shù)對控制質(zhì)量的影響指過程的靜態(tài)放大系數(shù)對控制質(zhì)量的影響擾動通道的靜態(tài)放大系統(tǒng)擾動通道的靜態(tài)放大系統(tǒng)Kf大對控制不利大對控制不利 ；控制通道的放大系數(shù)控制通道的放大系數(shù)Ko愈大，表示控制作用愈愈大，表示控制作用愈靈敏；靈敏；但但Ko太大，會使控制作用對被控變量的影響過太大，會使控制作用對被控變量的影響過強(qiáng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；強(qiáng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；選擇控制通道的選擇控制通道的Ko適當(dāng)大一些，可由適當(dāng)大一些，可由Kc來補(bǔ)償。來補(bǔ)償。 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)（二）過程動態(tài)特性的分析（二）過

18、程動態(tài)特性的分析擾動通道對動態(tài)特性的影響擾動通道對動態(tài)特性的影響（1 1）時(shí)間常數(shù)的影響）時(shí)間常數(shù)的影響t t 系統(tǒng)的超調(diào)量隨系統(tǒng)的超調(diào)量隨TfTf的增大而減少，控制質(zhì)量得到提高。的增大而減少，控制質(zhì)量得到提高。 t t TfTf變大或個(gè)數(shù)增多，均對干擾起到了一種濾波作用。變大或個(gè)數(shù)增多，均對干擾起到了一種濾波作用。（2 2） 滯后時(shí)間的影響滯后時(shí)間的影響t t 干擾通道的純滯后時(shí)間僅使被控參數(shù)對其反應(yīng)在時(shí)間上平移了一段時(shí)干擾通道的純滯后時(shí)間僅使被控參數(shù)對其反應(yīng)在時(shí)間上平移了一段時(shí)間，理論上無影響。間，理論上無影響。t t 干擾通道的容量滯后會使干擾信號變得緩和一些，對克服干擾有利。干擾通道的

19、容量滯后會使干擾信號變得緩和一些，對克服干擾有利。 （3 3）干擾作用位置的影響）干擾作用位置的影響 應(yīng)使擾動作用點(diǎn)位置遠(yuǎn)離被控參數(shù)。應(yīng)使擾動作用點(diǎn)位置遠(yuǎn)離被控參數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使擾動作用點(diǎn)位置遠(yuǎn)離被控量在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使擾動作用點(diǎn)位置遠(yuǎn)離被控量 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)控制通道對動態(tài)特性的影響控制通道對動態(tài)特性的影響（1）時(shí)間常數(shù)的影響）時(shí)間常數(shù)的影響l l T0過大過大特點(diǎn)：使控制作用變?nèi)酰刂瀑|(zhì)量變壞。特點(diǎn)：使控制作用變?nèi)?，控制質(zhì)量變壞。措施：合理選擇執(zhí)行器位置措施：合理選擇執(zhí)行器位置l l T0

20、過小過小特點(diǎn)：控制作用增強(qiáng)，但系統(tǒng)容易振蕩。特點(diǎn)：控制作用增強(qiáng)，但系統(tǒng)容易振蕩。 措施：措施：T0應(yīng)適度。應(yīng)適度。時(shí)間常數(shù)較??；反應(yīng)靈敏；純滯后時(shí)間小的通道作為時(shí)間常數(shù)較?。环磻?yīng)靈敏；純滯后時(shí)間小的通道作為控制通道控制通道 。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)（2）滯后時(shí)間的影響）滯后時(shí)間的影響l l 純滯后純滯后 0的影響較大的影響較大, 應(yīng)從工藝著手改善。應(yīng)從工藝著手改善。l l 容量滯后容量滯后 c比較緩和，引入微分作用可有效克服。比較緩和，引入微分作用可有效克服。(3) 時(shí)間常數(shù)分配的影響時(shí)間常數(shù)分配的影響在

21、選擇控制通道時(shí)，使開環(huán)傳遞函數(shù)中的幾個(gè)時(shí)間常在選擇控制通道時(shí)，使開環(huán)傳遞函數(shù)中的幾個(gè)時(shí)間常數(shù)值錯(cuò)開，減小中間的時(shí)間常數(shù)，可提高系統(tǒng)的工作數(shù)值錯(cuò)開，減小中間的時(shí)間常數(shù)，可提高系統(tǒng)的工作頻率，減小過渡過程時(shí)間和最大偏差，改善控制質(zhì)量。頻率，減小過渡過程時(shí)間和最大偏差，改善控制質(zhì)量。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)K、T、對控制質(zhì)量的影響：對控制質(zhì)量的影響：干擾通道干擾通道控制通道控制通道K（放大倍數(shù)）（放大倍

22、數(shù)）小，越小越好小，越小越好盡可能大盡可能大T（時(shí)間常數(shù)）（時(shí)間常數(shù)）大，越大越好大，越大越好適當(dāng)小適當(dāng)小（純滯后）（純滯后）無關(guān)無關(guān)小，越小越好小，越小越好過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)選擇控制參數(shù)的一般原則選擇控制參數(shù)的一般原則控制通道的放大系數(shù)控制通道的放大系數(shù)K0要適當(dāng)選大一些；時(shí)間要適當(dāng)選大一些；時(shí)間常數(shù)常數(shù)T0要適當(dāng)小一些；純滯后時(shí)間要適當(dāng)小一些；純滯后時(shí)間 0越小越好，越小越好， 0與與T0之比應(yīng)小于之比應(yīng)小于1. 擾動通道的放大系數(shù)擾動通道的放大系數(shù)Kf應(yīng)盡可能?。粫r(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能??；時(shí)間常數(shù)Tf

23、要大；擾動引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離控制過程要大；擾動引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離控制過程(即即靠近調(diào)節(jié)閥靠近調(diào)節(jié)閥)；容量滯后愈大，愈有利于控制。；容量滯后愈大，愈有利于控制。 注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 1、 盡可能選擇測量誤差小的測量元件盡可能選擇測量誤差小的測量元件高質(zhì)量的控制離不開高質(zhì)量的測量。高質(zhì)量的控制離不開高質(zhì)量的測量。2、盡可能選擇快速響應(yīng)的測量元件與變送設(shè)備盡可能選擇快速響應(yīng)的測量元件與變送設(shè)備 檢測與變送器都有一定的時(shí)間常數(shù)，造成所謂的測量滯

24、檢測與變送器都有一定的時(shí)間常數(shù)，造成所謂的測量滯后與傳送滯后問題。盡可能選擇快速響應(yīng)的測量元件與后與傳送滯后問題。盡可能選擇快速響應(yīng)的測量元件與變送設(shè)備變送設(shè)備 。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的測量變送問題系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的測量變送問題過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)3 3 正確采用微分超前補(bǔ)償正確采用微分超前補(bǔ)償 當(dāng)系統(tǒng)中存在較大的測量滯后（如溫度和壓力），可在當(dāng)系統(tǒng)中存在較大的測量滯后（如溫度和壓力），可在變送器的輸出端串入一微分環(huán)節(jié)。變送器的輸出端串入一微分環(huán)節(jié)。 1) 1()()(sTsTKsTsPmDm但微分控制的使用要慎重，以

25、免引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。但微分控制的使用要慎重，以免引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。 4 4 合理選擇測量點(diǎn)位置并正確安裝合理選擇測量點(diǎn)位置并正確安裝 測量點(diǎn)位置的選擇，應(yīng)盡可能減小參數(shù)測量滯后與傳送滯測量點(diǎn)位置的選擇，應(yīng)盡可能減小參數(shù)測量滯后與傳送滯后，后，同時(shí)也要考慮安裝方便同時(shí)也要考慮安裝方便 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)例如：生產(chǎn)硫酸的硫鐵礦焙燒，硫鐵礦從焙燒爐下部送入，在例如：生產(chǎn)硫酸的硫鐵礦焙燒，硫鐵礦從焙燒爐下部送入，在一、二次風(fēng)的助燃下焙燒硫鐵礦，產(chǎn)生的一、二次風(fēng)的助燃下焙燒硫鐵礦，產(chǎn)生的SO2氣體從爐頂排出。氣體從

26、爐頂排出。在其他條件一定時(shí)，爐膛溫度與在其他條件一定時(shí)，爐膛溫度與SO2濃度有一定的對應(yīng)關(guān)系。濃度有一定的對應(yīng)關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)表明：在近爐膛上部的溫度檢測點(diǎn)的溫度經(jīng)驗(yàn)表明：在近爐膛上部的溫度檢測點(diǎn)的溫度能夠正確地反映能夠正確地反映SO2的濃度變化。的濃度變化。 SO2爐氣爐氣二次風(fēng)二次風(fēng)礦石礦石一次風(fēng)一次風(fēng)O過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)5、對測量信號作必要的處理、對測量信號作必要的處理 測量信號的校正測量信號的校正測量信號躁聲的抑制測量信號躁聲的抑制例：在流體輸送過程中，由于輸送機(jī)械的往復(fù)運(yùn)動，流體的壓力與例：在流體

27、輸送過程中，由于輸送機(jī)械的往復(fù)運(yùn)動，流體的壓力與流量呈現(xiàn)周期性的脈動變化，使參數(shù)值時(shí)高時(shí)低，它的頻率與輸送流量呈現(xiàn)周期性的脈動變化，使參數(shù)值時(shí)高時(shí)低，它的頻率與輸送機(jī)械的往復(fù)頻率一致。按偏差工作的控制器的輸出信號呈周期性的機(jī)械的往復(fù)頻率一致。按偏差工作的控制器的輸出信號呈周期性的變化，從而使調(diào)節(jié)閥不停的開大開小。變化，從而使調(diào)節(jié)閥不停的開大開小。解決方法：在氣體傳送管線上增加氣阻解決方法：在氣體傳送管線上增加氣阻R和氣容和氣容C。對測量信號進(jìn)行線性化處理對測量信號進(jìn)行線性化處理在檢測某些過程參數(shù)時(shí)，測量信號與被測信號之間成某種非在檢測某些過程參數(shù)時(shí)，測量信號與被測信號之間成某種非線性關(guān)系，一般

28、由測量元件所致，線性關(guān)系，一般由測量元件所致，1）如熱電偶測溫。）如熱電偶測溫。2）如節(jié)流裝置輸出差壓與流量的平方成正比，可用開方器）如節(jié)流裝置輸出差壓與流量的平方成正比，可用開方器來校正。來校正。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)測量滯后測量滯后 純滯后純滯后 采用史密斯（采用史密斯（smithsmith）預(yù)估補(bǔ)償器）預(yù)估補(bǔ)償器 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)控制控制閥閥的選擇的選擇選用控制閥時(shí)選用控制閥時(shí) , , 一般要根據(jù)被控介質(zhì)

29、的特點(diǎn)一般要根據(jù)被控介質(zhì)的特點(diǎn) ( ( 溫度、壓力、溫度、壓力、腐蝕性、粘度等腐蝕性、粘度等 ) ) 、控制要求、安裝地點(diǎn)等因素、控制要求、安裝地點(diǎn)等因素 , , 參考各種參考各種類型控制閥的特點(diǎn)合理地選用。在具體選用時(shí)類型控制閥的特點(diǎn)合理地選用。在具體選用時(shí) , , 一般應(yīng)考慮一般應(yīng)考慮下列幾個(gè)主要方面的問題。下列幾個(gè)主要方面的問題。( 1 ) 控制閥結(jié)構(gòu)與特性的選擇控制閥結(jié)構(gòu)與特性的選擇控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)工藝條件控制閥的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)工藝條件 , , 如溫度、壓力及介質(zhì)如溫度、壓力及介質(zhì)的物理、化學(xué)特性的物理、化學(xué)特性 ( ( 如腐蝕性、粘度等如腐蝕性、粘度等 ) ) 來選擇。例如

30、強(qiáng)腐來選擇。例如強(qiáng)腐蝕介質(zhì)可采用隔膜閥、高溫介質(zhì)可選用帶翅形散熱片的結(jié)構(gòu)蝕介質(zhì)可采用隔膜閥、高溫介質(zhì)可選用帶翅形散熱片的結(jié)構(gòu)形式形式。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 閥氣開、氣關(guān)形式選擇原則主要從工藝生產(chǎn)安全閥氣開、氣關(guān)形式選擇原則主要從工藝生產(chǎn)安全出發(fā)，出發(fā)，當(dāng)儀表供氣系統(tǒng)故障或控制信號突然中斷，調(diào)節(jié)當(dāng)儀表供氣系統(tǒng)故障或控制信號突然中斷，調(diào)節(jié)閥閥芯應(yīng)處于使生產(chǎn)裝置安全的狀態(tài)閥閥芯應(yīng)處于使生產(chǎn)裝置安全的狀態(tài)。 (2) 氣開式與氣關(guān)式的選擇氣開式與氣關(guān)式的選擇 動執(zhí)行器有氣開式與氣關(guān)式兩種型式。有壓力信號時(shí)動執(zhí)行器

31、有氣開式與氣關(guān)式兩種型式。有壓力信號時(shí)閥關(guān)、閥關(guān)、無無信號壓力時(shí)閥開的為氣關(guān)式。反之信號壓力時(shí)閥開的為氣關(guān)式。反之 , 為氣開。為氣開。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 在當(dāng)今的工業(yè)控制器中，有半數(shù)以上采用了在當(dāng)今的工業(yè)控制器中，有半數(shù)以上采用了PIDPID或變形或變形 PID PID控制方案。控制方案。模擬模擬PIDPID控制器控制器大多數(shù)是液壓的、氣動大多數(shù)是液壓的、氣動 的、電氣的和電子型的，或是由

32、它們構(gòu)成的組合型。由于的、電氣的和電子型的，或是由它們構(gòu)成的組合型。由于微處理器的大量應(yīng)用，許多變成了微處理器的大量應(yīng)用，許多變成了數(shù)字型數(shù)字型的。的。 大多數(shù)大多數(shù)PIDPID控制器是現(xiàn)場調(diào)節(jié)的，某些控制器是現(xiàn)場調(diào)節(jié)的，某些PIDPID控制器還具有控制器還具有在線自動調(diào)節(jié)能力。在線自動調(diào)節(jié)能力。 PIDPID控制優(yōu)點(diǎn)：原理簡單、使用方便控制優(yōu)點(diǎn)：原理簡單、使用方便 適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng) 魯棒性強(qiáng)魯棒性強(qiáng)Proportion Integral Differentiation控制器的選擇控制器的選擇過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)

33、的工程設(shè)計(jì)控制規(guī)律控制規(guī)律 正反作用正反作用 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)比例調(diào)節(jié)（比例調(diào)節(jié)（P P調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)）比例調(diào)節(jié)的動作規(guī)律比例調(diào)節(jié)的動作規(guī)律一一. . 比例帶比例帶調(diào)節(jié)器的輸出信號調(diào)節(jié)器的輸出信號u u與偏差信號與偏差信號e e成比例：成比例：u = Ku = Kp pe e比例增益比例增益在過程控制中，習(xí)慣用在過程控制中，習(xí)慣用增益的倒數(shù)增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器偏差信號與輸出表示調(diào)節(jié)器偏差信號與輸出之間的比例關(guān)系：之間的比例關(guān)系：1ue比例帶比例帶過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制

34、系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)數(shù)值上比例度等于數(shù)值上比例度等于輸入偏差變化相對值輸入偏差變化相對值與相應(yīng)的與相應(yīng)的輸出變化相對值輸出變化相對值之比的之比的百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)。 比例帶計(jì)算比例帶計(jì)算%100/minmaxminmaxuuuxxe即即 比例帶比例帶 越大，表示比例控制作用越弱。越大，表示比例控制作用越弱。 ( =1/Kp ( =1/Kp ）減小比例度，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但可相應(yīng)減小比例度，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但可相應(yīng)地減小余差，提高靜態(tài)精度地減小余差，提高靜態(tài)精度. .過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路

35、控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 一臺一臺DDZ-DDZ-型溫度比例控制器，測溫范圍為型溫度比例控制器，測溫范圍為200200 1200 1200, ,其輸出為其輸出為4 420mA20mA。當(dāng)溫度給定值由。當(dāng)溫度給定值由 800 800變動到變動到850850，其輸出由，其輸出由12mA12mA變化到變化到16mA16mA。 試求該控制器的比例帶及放大系數(shù)。試求該控制器的比例帶及放大系數(shù)。e.g.85080016 12/100%20%12002002045%2011Kp由定義：由定義：%100/minmaxminmaxuuuxxe過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過

36、程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)二二. . 比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)有差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié) 在比例調(diào)節(jié)的作用下，在負(fù)荷擾動下的調(diào)節(jié)過程結(jié)在比例調(diào)節(jié)的作用下，在負(fù)荷擾動下的調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，束后，被調(diào)量被調(diào)量不可能不可能與設(shè)定值與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，它們之間一定準(zhǔn)確相等，它們之間一定有殘差有殘差。 自動控制下的被控過程在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，流入量與流自動控制下的被控過程在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，流入量與流出量之間總是平衡的。出量之間總是平衡的。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)e.g. e.g. 水加熱器出水溫度控制系

37、統(tǒng)水加熱器出水溫度控制系統(tǒng)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)三三. . 比例帶對于調(diào)節(jié)過程的影響比例帶對于調(diào)節(jié)過程的影響 很大意味著調(diào)節(jié)閥的動作幅度很小，因此被調(diào)量的變化很大意味著調(diào)節(jié)閥的動作幅度很小，因此被調(diào)量的變化 比較平穩(wěn)，甚至可以沒有超調(diào)，但殘差很大，調(diào)節(jié)時(shí)間很長；比較平穩(wěn)，甚至可以沒有超調(diào)，但殘差很大，調(diào)節(jié)時(shí)間很長； 減小減小 就加大了調(diào)節(jié)閥的動作幅度，引起被調(diào)量來回波動，就加大了調(diào)節(jié)閥的動作幅度，引起被調(diào)量來回波動， 殘差相應(yīng)減小殘差相應(yīng)減小 。比例調(diào)節(jié)的殘差比例調(diào)節(jié)的殘差 隨著比例帶的加大而加大隨著比例

38、帶的加大而加大。但是。但是減小比例帶減小比例帶又等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，將又等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，將導(dǎo)致系統(tǒng)激烈震蕩導(dǎo)致系統(tǒng)激烈震蕩甚至不甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)比例帶對于調(diào)節(jié)過程的影響曲線圖比例帶對于調(diào)節(jié)過程的影響曲線圖10.50.2過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)積分調(diào)節(jié)（積分調(diào)節(jié)（I I調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)）一一. . 積分調(diào)節(jié)動作規(guī)律積分調(diào)節(jié)動作規(guī)律0duS edt調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化速度與偏差信號成

39、正比，即調(diào)節(jié)器的輸出信號的變化速度與偏差信號成正比，即或或00tuSedt積分速度積分速度調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號的積分成正比。調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號的積分成正比。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)二二. . 積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)1. 無差調(diào)節(jié)無差調(diào)節(jié) sXi sXos10- sE ?1ssiettx 0110lim 10lim00sssssXsssesisss從物理意義上解釋：從物理意義上解釋： 10101111 ssssGsXsEi 。必為常值輸入時(shí)，不再變化只有當(dāng)變化，直至使積分輸出就要變化，則有誤差，不

40、為若必為時(shí)，0, 01, 111ssossooooietxextxxxttxe.g.過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)2. 2. 穩(wěn)定性比比例調(diào)節(jié)差，且調(diào)節(jié)過程慢穩(wěn)定性比比例調(diào)節(jié)差，且調(diào)節(jié)過程慢對同一被控對象分別采用對同一被控對象分別采用P P調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)和I I調(diào)節(jié)，曲線如下：調(diào)節(jié)，曲線如下：P調(diào)節(jié)I調(diào)節(jié)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)三三. . 積分速度對于調(diào)節(jié)過程的影響積分速度對于調(diào)節(jié)過程的影響 增大積分速度增大積分速度 會降低控制系

41、統(tǒng)的穩(wěn)定程度會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度 越大，調(diào)節(jié)閥越大，調(diào)節(jié)閥的動作愈快，振蕩頻率越來越高。的動作愈快，振蕩頻率越來越高。0S0S00S 00.2S 00.5S 01S過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)比例積分調(diào)節(jié)（比例積分調(diào)節(jié)（PIPI調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)）一一. . 比例積分調(diào)節(jié)的動作規(guī)律比例積分調(diào)節(jié)的動作規(guī)律 綜合綜合P P、I I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)：利用兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)：利用P P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用影響，同時(shí)利用I I調(diào)節(jié)消除殘差。調(diào)節(jié)消除殘差。它的調(diào)節(jié)規(guī)律為：它的調(diào)節(jié)規(guī)律為：00tPuK e

42、Sedt或：或：011()tIueedtT比例帶比例帶積分時(shí)間積分時(shí)間過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 在比例帶不變的情況下，在比例帶不變的情況下，減小積分時(shí)間減小積分時(shí)間 ，將使控制系，將使控制系統(tǒng)的統(tǒng)的穩(wěn)定性降低穩(wěn)定性降低、振蕩加劇、調(diào)節(jié)過程加快、振蕩頻率升高。、振蕩加劇、調(diào)節(jié)過程加快、振蕩頻率升高。IT PIPI調(diào)節(jié)引入積分動作帶來調(diào)節(jié)引入積分動作帶來消除系統(tǒng)殘差消除系統(tǒng)殘差好處的同時(shí)，卻好處的同時(shí)，卻降降低低了原有系統(tǒng)的了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)

43、-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)e.g. e.g. 水加熱器出水溫度控制系統(tǒng)水加熱器出水溫度控制系統(tǒng) 為消除偏差采用為消除偏差采用PIPI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥選用氣開式，調(diào)節(jié)器為調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥選用氣開式，調(diào)節(jié)器為反作用反作用方式方式過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)微分調(diào)節(jié)的引入微分調(diào)節(jié)的引入比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)根據(jù)當(dāng)前的偏差大小進(jìn)行調(diào)節(jié)根據(jù)當(dāng)前的偏差大小進(jìn)行調(diào)節(jié)積分作用積分作用根據(jù)當(dāng)前及過去的偏差的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)根據(jù)當(dāng)前及過去的偏差的大小進(jìn)行調(diào)節(jié) P P、I I調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)均不管當(dāng)時(shí)被調(diào)量的變化趨勢。這可能導(dǎo)致均

44、不管當(dāng)時(shí)被調(diào)量的變化趨勢。這可能導(dǎo)致被調(diào)量隨即出現(xiàn)大的偏差。被調(diào)量隨即出現(xiàn)大的偏差。微分調(diào)節(jié)：在控制作用中微分調(diào)節(jié)：在控制作用中加入被調(diào)量的變化趨勢加入被調(diào)量的變化趨勢，避免等避免等到被調(diào)量已經(jīng)出現(xiàn)較大偏差后才開始作用，即賦予調(diào)節(jié)器到被調(diào)量已經(jīng)出現(xiàn)較大偏差后才開始作用，即賦予調(diào)節(jié)器某種程度的預(yù)見性。某種程度的預(yù)見性。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)e. g. e. g. 加熱器溫度的加熱器溫度的PIPI控制控制前提：某時(shí)刻前提：某時(shí)刻e=Te=Tr r T T接近接近0 0，累計(jì)，累計(jì) 也誤差接近也誤差接近0 0，

45、此時(shí)，此時(shí)PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 的輸出的輸出u u為為0, 0, 蒸汽閥關(guān)閉。但蒸汽閥關(guān)閉。但 此時(shí)冷水仍進(jìn)入，導(dǎo)致溫度下此時(shí)冷水仍進(jìn)入，導(dǎo)致溫度下 降。需經(jīng)過較長時(shí)間才能調(diào)回降。需經(jīng)過較長時(shí)間才能調(diào)回 到設(shè)定值。到設(shè)定值。這時(shí)，可加入微分作用，對被調(diào)量的變化通過誤差變化來提前判斷。這時(shí)，可加入微分作用，對被調(diào)量的變化通過誤差變化來提前判斷。比例積分微分調(diào)節(jié)（比例積分微分調(diào)節(jié)（PIDPID調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié)）過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)微分調(diào)節(jié)作用微分調(diào)節(jié)作用 調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比：調(diào)節(jié)器的輸出與偏差

46、對于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比：2deuSdt注意注意：單純的微分調(diào)節(jié)器是不能單獨(dú)工作的單純的微分調(diào)節(jié)器是不能單獨(dú)工作的，這是因?yàn)閷?shí)際的調(diào)節(jié)器，這是因?yàn)閷?shí)際的調(diào)節(jié)器都有一定的失靈區(qū)，如果被控對象的流入、流出量只相差很少以致被都有一定的失靈區(qū)，如果被控對象的流入、流出量只相差很少以致被調(diào)量只以調(diào)節(jié)器不能察覺的速度緩慢變化時(shí)，調(diào)節(jié)器并不會動作，但調(diào)量只以調(diào)節(jié)器不能察覺的速度緩慢變化時(shí)，調(diào)節(jié)器并不會動作，但經(jīng)過很長時(shí)間后，被調(diào)量偏差卻可以累加到相當(dāng)大而得不到校正。因經(jīng)過很長時(shí)間后，被調(diào)量偏差卻可以累加到相當(dāng)大而得不到校正。因此微分調(diào)節(jié)只能起此微分調(diào)節(jié)只能起輔助調(diào)節(jié)輔助調(diào)節(jié)的作用，它可以與其它調(diào)節(jié)動作結(jié)合成的作

47、用，它可以與其它調(diào)節(jié)動作結(jié)合成PDPD和和PIDPID調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)作用。作用。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)二二. . 比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律2PdeuK eSdt或或1()DdeueTdt其傳遞函數(shù)為：其傳遞函數(shù)為：1( )(1)cDG sT s比例帶比例帶微分時(shí)間微分時(shí)間過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)三三. . 比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)1()DdeueTdtu 由于穩(wěn)態(tài)下，由于穩(wěn)態(tài)下，de/dt=0de/dt=

48、0，PDPD調(diào)節(jié)器的微分部分為零，調(diào)節(jié)器的微分部分為零， 因此因此PDPD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)；u 微分調(diào)節(jié)動作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩，它有微分調(diào)節(jié)動作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩，它有提高提高 控制系統(tǒng)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。適度引入微分動作可以允許的作用。適度引入微分動作可以允許 稍許減小比例帶，同時(shí)保持稍許減小比例帶，同時(shí)保持衰減率衰減率不變。不變。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)微分調(diào)節(jié)須注意：微分調(diào)節(jié)須注意：l 微分作用太強(qiáng)容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開度向兩端飽和，因此微分作用太強(qiáng)容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開度向

49、兩端飽和，因此 在在PDPD調(diào)節(jié)中總是調(diào)節(jié)中總是以比例動作為主以比例動作為主。l PDPD調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器的抗干擾能力很差抗干擾能力很差，只能應(yīng)用于被調(diào)量變化，只能應(yīng)用于被調(diào)量變化 非常平穩(wěn)的過程，一般不用于流量和液位控制。非常平穩(wěn)的過程，一般不用于流量和液位控制。l 微分調(diào)節(jié)作用微分調(diào)節(jié)作用對于純延遲過程無效對于純延遲過程無效。 l 引入微分動作要適度。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)引入微分動作要適度。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)PDPD控制系統(tǒng)隨控制系統(tǒng)隨 著微分時(shí)間著微分時(shí)間T TD D增大，其穩(wěn)定性提高，但增大，其穩(wěn)定性提高，但T TD D過大，系統(tǒng)過大，系統(tǒng) 反而不穩(wěn)定反而不穩(wěn)定了。了。過程控制過程控制第三章第三章

50、 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)四、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律四、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律020tPdeuK e SedtSdt011()tDIdeueedt TTdt或或PIDPID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：11( )(1)cDIG sT sT s過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)PID 控制器參數(shù)的影響過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)總結(jié)總結(jié)比例比例積分積分微分微分過程控制過程控

51、制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)PID PID 控制器參數(shù)的影響控制器參數(shù)的影響P-P-比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，快速作用于輸出，比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，快速作用于輸出，好比好比“現(xiàn)在現(xiàn)在”（現(xiàn)在就起作用，快現(xiàn)在就起作用，快）；I -I -積分控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除過去的累積誤差，積分控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除過去的累積誤差，好比好比“過去過去”（清除過去積怨，回到準(zhǔn)確軌道）（清除過去積怨，回到準(zhǔn)確軌道）；D-D-微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超前控制作用，好微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超前控制作用，好比比 未來未來 （放眼未來，未雨綢

52、繆）（放眼未來，未雨綢繆）。 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 增大比例系數(shù)增大比例系數(shù)P P將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，它的作用在將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，它的作用在于使輸出響應(yīng)較快，但不能很好穩(wěn)定在一個(gè)理想的數(shù)于使輸出響應(yīng)較快，但不能很好穩(wěn)定在一個(gè)理想的數(shù)值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動的影響，但值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動的影響，但有余差出現(xiàn)，過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超有余差出現(xiàn)，過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。過程控制過程控制第三章第三章 簡單

53、過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它能對穩(wěn)定積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它能對穩(wěn)定后有累積誤差的系統(tǒng)進(jìn)行誤差修整，減小穩(wěn)態(tài)誤差后有累積誤差的系統(tǒng)進(jìn)行誤差修整，減小穩(wěn)態(tài)誤差 。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)如何選擇調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律？如何選擇調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律？主要原則主要原則: :根據(jù)對象特性、負(fù)荷變化、主要擾動和系統(tǒng)根據(jù)對象特性、負(fù)荷變化、主要擾動和系統(tǒng) 控制要求等具體情況，同時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng)控制要求等具體情況，同時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)的經(jīng) 濟(jì)性以

54、及系統(tǒng)投入方便等。濟(jì)性以及系統(tǒng)投入方便等。過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)一、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇原則：一、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇原則： 根據(jù)根據(jù) 比值選擇控制規(guī)律：比值選擇控制規(guī)律：已知過程的數(shù)學(xué)模型：已知過程的數(shù)學(xué)模型： sesTKW1000l l 時(shí)，選用比例或比例積分控制規(guī)律；時(shí)，選用比例或比例積分控制規(guī)律；l l 時(shí)，選用比例積分或比例積分微分控制規(guī)律時(shí)，選用比例積分或比例積分微分控制規(guī)律；l l 時(shí)，單回路反饋控制系統(tǒng)已不能滿足控制要求時(shí)，單回路反饋控制系統(tǒng)已不能滿足控制要求，應(yīng)根據(jù)具體情況，采用其他控制

55、方式。，應(yīng)根據(jù)具體情況，采用其他控制方式。 1 衰減振蕩衰減振蕩 N=1 等幅振蕩等幅振蕩 N1 非周期非周期 工程上希望工程上希望4:1-10:1 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)超調(diào)量超調(diào)量B （最大偏差）最大偏差） 最大偏差：第一個(gè)波峰與穩(wěn)態(tài)值之差最大偏差：第一個(gè)波峰與穩(wěn)態(tài)值之差 工程意義：反應(yīng)過程穩(wěn)定性一個(gè)指標(biāo)工程意義：反應(yīng)過程穩(wěn)定性一個(gè)指標(biāo) 過渡時(shí)間（恢復(fù)時(shí)間）過渡時(shí)間（恢復(fù)時(shí)間） Ts 定義：從系統(tǒng)受擾后至受控變量又建立新的平定義：從系統(tǒng)受擾后至受控變量又建立新的平衡的最短時(shí)間，理論上是無限長，一般規(guī)定

56、進(jìn)入衡的最短時(shí)間，理論上是無限長，一般規(guī)定進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值 5%（2% )范圍內(nèi)經(jīng)歷的時(shí)間。范圍內(nèi)經(jīng)歷的時(shí)間。工程意義：反映過程快慢、長短標(biāo)志（快速性工程意義：反映過程快慢、長短標(biāo)志（快速性指標(biāo)），在指標(biāo)），在N 一定相同情況下，一定相同情況下，Ts愈短，過程愈愈短，過程愈快，適應(yīng)性愈強(qiáng)，質(zhì)量愈好?？?，適應(yīng)性愈強(qiáng)，質(zhì)量愈好。 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)（二）偏差積分性能指標(biāo)（二）偏差積分性能指標(biāo) 它是以控制系統(tǒng)瞬時(shí)誤差函數(shù)它是以控制系統(tǒng)瞬時(shí)誤差函數(shù)e(t) 為泛函數(shù)的積為泛函數(shù)的積分評價(jià)系統(tǒng)的系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)。它

57、衡量一個(gè)系統(tǒng)的分評價(jià)系統(tǒng)的系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)。它衡量一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣及是否處于最佳狀態(tài)的一種方法。優(yōu)劣及是否處于最佳狀態(tài)的一種方法。 l l 偏差絕對值積分偏差絕對值積分(IAE) l l 偏差絕對值時(shí)間積分偏差絕對值時(shí)間積分(ITAE)l l 偏差平方積分偏差平方積分(ISE) l l 偏差平方、時(shí)間積分偏差平方、時(shí)間積分(ITSE)過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 偏差絕對值積分（偏差絕對值積分（Integral of Integral of Absolute Error:Absolute Error:IAE） 適用于

58、衰減和無靜差系統(tǒng)適用于衰減和無靜差系統(tǒng)min)(0dtteJ過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 偏差絕對值與時(shí)間乘積的積分（偏差絕對值與時(shí)間乘積的積分（ITAE） 用以降低初始大誤差對性能指標(biāo)的影響；用以降低初始大誤差對性能指標(biāo)的影響；同時(shí)強(qiáng)調(diào)了過渡過程后期的誤差對指標(biāo)的同時(shí)強(qiáng)調(diào)了過渡過程后期的誤差對指標(biāo)的影響。影響。min)(0dttetJ過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 偏差平方值積分（偏差平方值積分（ Integral of Int

59、egral of Squared Error: Squared Error: ISE）同同IAE min)(02dtteJ過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 時(shí)間乘偏差平方積分（時(shí)間乘偏差平方積分（ITSE）同同ITAE min)(02dttteJ注：注：ISE著重于抑制過渡過程中的大偏差，而著重于抑制過渡過程中的大偏差，而ITAE和和ITSE則著重懲罰過渡過程拖得太長，則著重懲罰過渡過程拖得太長，ITSE兼顧抑制過程中的大誤差。兼顧抑制過程中的大誤差。 過程控制過程控制第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)簡單過程控制系統(tǒng)

60、-單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)l l 選擇合適的調(diào)節(jié)工作區(qū)間選擇合適的調(diào)節(jié)工作區(qū)間 在正常工況下要求調(diào)節(jié)閥開度處于在正常工況下要求調(diào)節(jié)閥開度處于15%85%之間。之間。l l 選擇合適的流量特性選擇合適的流量特性選擇合適的調(diào)節(jié)閥開關(guān)形式選擇合適的調(diào)節(jié)閥開關(guān)形式氣開（在有信號壓力輸入時(shí)閥開，無信號壓力時(shí)閥關(guān)）或氣關(guān)氣開（在有信號壓力輸入時(shí)閥開，無信號壓力時(shí)閥關(guān)）或氣關(guān)（在有信號壓力時(shí)閥關(guān)，無信號壓力時(shí)閥開）。（在有信號壓力時(shí)閥關(guān)，無信號壓力時(shí)閥開）。確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工確定調(diào)節(jié)閥開關(guān)方式的原則是：當(dāng)信號壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)