化工自動化及儀表電子教案簡單控制系統(tǒng)

第五章簡單控制系統(tǒng)教學(xué)要求：掌握簡單控制系統(tǒng)的組成掌握被控變量的選擇方法及原則影響。了解系統(tǒng)設(shè)計中的測量變送問題掌握控制器控制規(guī)律的選擇及控制器正反作用選擇了解簡單控制系統(tǒng)的投運過程及參數(shù)整定方法通過單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計實例講解，掌握單回路控制系統(tǒng)的設(shè)重 點：被控變量、操縱變量的選擇控制器正反作用選難 點：操縱變量的選擇控制器正反作用選擇§5.1簡單控制系統(tǒng)設(shè)計原則簡單控制系統(tǒng)（單回路控制系統(tǒng)）和一個執(zhí)行機構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。給定值偏差

控制器 執(zhí)行

干擾被控變量對象測量變送裝置一、被控變量的選擇被控變量選擇方法方法一：選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又易于測量的參數(shù)作為被控變量，稱為直接參數(shù)法。的參數(shù)作為被控變量，稱為間接參數(shù)法。選擇被控變量的原則直接測量的工藝參數(shù)為被控變量。如下條件的間接參數(shù)為被控變量。⑴滿足工藝的合理性⑵具有盡可能大的靈敏度且線形好⑶測量變送裝置的滯后小。二、操縱變量的選擇對象靜態(tài)特性對控制質(zhì)量的影響Ｋ應(yīng)適當(dāng)大些。Ｏf擾動通道放大倍數(shù)Kf

越小越好。Ｋf

小表示擾動對被控變量的影響小，系統(tǒng)可控性好。小結(jié)：選擇操縱變量構(gòu)成控制系統(tǒng)時，從靜態(tài)角度考慮，在工藝合理性的前提下，擾動通道的放大倍數(shù)Ｋf越小越好，控制通道放大倍數(shù)Ｋ希望適當(dāng)大些，以使控制通道靈敏些。Ｏ對象動態(tài)特性的影響對象的動態(tài)特性一般可由時間常數(shù)Ｔ和純滯后τ來描述。設(shè)擾動通道時間常數(shù)為Ｔf，純滯后為τf；控制通道的時間常數(shù)為Ｔo，純滯后為τo。下面我們分別進行討論。⑴對擾動通道特性的影Ｔf 對控制質(zhì)量的影響純滯后τf對控制質(zhì)量的影響⑵對控制通道的影響在選擇操縱變量構(gòu)成控制系統(tǒng)時，應(yīng)使對象控制通道中τ0適當(dāng)小些，設(shè)法減小τ0。操縱變量的選擇原則⑴要構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其控制通道特性應(yīng)具有足夠大的放大系數(shù)，比較小的時間常數(shù)及盡可能小的純滯后時間。⑵系統(tǒng)主要擾動通道特性應(yīng)該具有盡可能大的時間常數(shù)和盡可能小的放大系數(shù)。⑶考慮工藝上的合理性。如生產(chǎn)負荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，就不宜選為操縱變量。例：乳化物干燥塔操縱變量的選擇三、系統(tǒng)設(shè)計中的測量變送問題純滯后測量滯后傳送滯后傳送滯后 信號傳送過程中引起的滯后主要指的是氣信號的傳送對于電信號這種傳送滯后可以忽略不計。四、控制器對控制規(guī)律及正反作用的選擇1.控制器對控制規(guī)律的選擇復(fù)習(xí)基本控制規(guī)律對過渡過程的影響?？刂埔?guī)律選擇的原則是：可選用比例控制器。象貯罐的液面，以及不太重要的蒸汽壓力等控制系統(tǒng)。控制器。例如流量、管道壓力等控制系統(tǒng)往往采用ＰＩ控制器。當(dāng)對象滯后較大，如溫度、ＰＨ值等控制系統(tǒng)則需引入微分作用。一般在對象滯后較大，負荷變化也較大，控制質(zhì)量又要求較高時，可選用比例積分微分制器。當(dāng)對象控制通道的滯后很小，采用反微分作用可以收到良好的效果。當(dāng)對象滯后很大，負荷又變化很大時，PID計某些復(fù)雜控制系統(tǒng)。2.控制器正反作用的選擇控制器正反作用的確定有兩種方法：邏輯推理方法：方塊圖法（符號法反作用定義環(huán)節(jié)正、負符號的定義：凡是輸入增大導(dǎo)致輸出也增大的為“＋控制閥環(huán)節(jié)：氣開式，輸入增大輸出也增大，定義為“＋受控對象環(huán)節(jié)：只需考慮控制通道輸出與輸入信號的關(guān)系。當(dāng)操縱變量增加時，被控變量也增加的對象定義為“＋控制器環(huán)節(jié)：將其看成僅以測量值為輸入（設(shè)定值不變）的環(huán)節(jié)，即輸入（測量信號（正作用（反作用確定控制器正、反作用次序一般為：首先根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定控制閥的作用方（號）相乘必須為負的原則來確定控制器的正、反作用方式。下面通過一個例子加以說明。§5.2 一、簡單控制系統(tǒng)的投運產(chǎn)從手操狀態(tài)切入自動控制狀態(tài)。控制系統(tǒng)投運前應(yīng)作好如下的準(zhǔn)備工作：詳細了解工藝，對投運中可能出現(xiàn)的問題有所估計。吃透控制系統(tǒng)的設(shè)計意圖。在現(xiàn)場，通過簡單的操作對有關(guān)儀表（包括控制閥）否基本良好的判斷。設(shè)置好控制器正反作用和Ｐ、Ｉ、Ｄ參數(shù)。按無擾動切換（指手、自動切換時閥上信號基本不變）的要求將控制器切入自動。二、控制器參數(shù)的工程整定控制器參數(shù)整定的任務(wù)，是對已定的控制系統(tǒng)求取保證控制過程質(zhì)量為最好的參數(shù)。目前整定參數(shù)的方法有兩大類。象的動態(tài)特性，而且比較費時，因而在工程上多不采用。一類是工程整定的方法，如經(jīng)驗法、臨界比例度法和衰減曲線法等，它們都不需要上實際應(yīng)用。經(jīng)驗法它是根據(jù)經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在某些數(shù)值上，直接在閉合的控制系統(tǒng)中通過改變給定I%TI

D，對控制過程的規(guī)律為指導(dǎo)，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)進行湊試，直到合適為止。臨界比例度法％例度

，振蕩的兩個波峰之間的時間即為臨界振蕩周期k

。然后可按表中所列經(jīng)驗算式，TkT參數(shù)值。衰減曲線法這種方法是以得到具有通常所希望的衰減比（4:1）的過渡過程為整定要求。其方法是：在純比例作用下，由大到小調(diào)整比例度以得到具有衰減比的過渡過程，記下T此時的比例度T

S及振蕩周期T

，根據(jù)經(jīng)驗公式表，求出相應(yīng)的積分時間S

I和微分時間TD。響應(yīng)曲線法這是一種根據(jù)廣義對象的時間特性來整定參數(shù)的方法。單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計實例被控變量與操縱變量的選擇⑴被控變量的選擇2～5塔出口溫度為被控參數(shù)（間接參數(shù)。⑵操縱變量的選擇f1(t)、漿液流量f2(t)、旁路空氣流f3(t)、煙道氣流量f4(t)，因而有4個變量可作為操縱變量，在圖中用控制閥12344種控制方案。比較4種控制方案。的影響，溫度控制系統(tǒng)，取塔出口溫度為被控制變量，旁路空氣為操縱變量。過程檢測、控制設(shè)備的選用根據(jù)生產(chǎn)工藝和用戶要求，選用電動單元組合（DDZ）儀表。溫度控制系統(tǒng)⑴測溫元件及變送器被控溫度在100℃以下，選用熱電阻溫度計。為提高檢測精度，應(yīng)用三線制接法，并配用溫