第4章 單回路控制系統(tǒng)設計-zhm

§4.1簡單控制系統(tǒng)的組成、各部分功能及方框圖:

單參數(shù)單回路第4章單回路控制系統(tǒng)設計單回路控制系統(tǒng)特點：約占85％以上最簡單、最基本；應用最廣泛、最成熟。是各種復雜控制系統(tǒng)設計和參數(shù)整定的基礎。適用場合：被控對象滯后時間較??；負載和干擾不大；控制質(zhì)量要求不很高的場合/v_show/id_XMzU5MjUzMDQw.html§4.2.1過程控制系統(tǒng)設計—基本內(nèi)容①確定控制方案調(diào)研，論證包括被控變量的選擇與確認﹑操縱變量的選擇與確認﹑檢測點的初步選擇、繪制出帶控制點的工藝流程圖和編寫初步控制方案設計說明書等等。②儀表及裝置的選型要考慮到供貨方的信譽﹑產(chǎn)品的質(zhì)量﹑價格﹑可靠性﹑精度﹑供貨方便程度﹑技術支持﹑維護等因素。③相關工程內(nèi)容的設計包括控制室設計﹑供電和供氣系統(tǒng)設計﹑儀表配管和配線設計和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設計等等，提供相關的圖表。§4.2簡單控制系統(tǒng)設計§4.2.1過程控制系統(tǒng)設計——步驟1.熟悉系統(tǒng)的技術要求或性能指標2.建立被控過程的數(shù)學模型

3.確定控制方案

4.根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進行理論分析與綜合5.實驗驗證

6.工程設計7.工程安裝

8.控制器的參數(shù)整定

§4.2.2被控變量(y)的選擇y選擇：希望通過自動控制系統(tǒng)保持恒定（或按一定規(guī)律變化）的變量，決定了控制系統(tǒng)是否有價值的關鍵。一、選擇基準：影響生產(chǎn)的關鍵變量二、直接指標控制與間接指標控制1、直接指標控制2、間接指標控制y本身就需要控制的工藝指標，y可測且測量變送環(huán)節(jié)的滯后也要比較小。如：液位控制系統(tǒng)中選y=L

占比例較大當直接指標缺乏合適的檢測手段，或可檢測到，但信號很弱或滯后很大，則選擇與直接質(zhì)量指標有單值對應關系而反應又快的另一變量作為間接控制指標（如：奶粉的產(chǎn)品質(zhì)量）或測出與y有函數(shù)關系的間接變量，然后利用函數(shù)關系計算出該變量的值作為間接控制指標（如：軟測量技術）例：精餾塔控制系統(tǒng)關鍵變量：對生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量和安全具有決定性的作用，而人工操作難以滿足要求，或人工操作雖可滿足要求但這種操作即緊張又頻繁的變量控制目標：保證塔頂產(chǎn)品純度但純度難以檢測,塔頂產(chǎn)品純度→塔頂溫度T→塔壓P具有一定關系當P(T)一定時，T(P)與純度成一一對應關系y選P還是T？？考慮工藝合理性—選擇y=T◆塔壓波動則破壞氣液平衡，影響相對揮發(fā)度，并且會影響進料（P↑Q進料↓）故：P恒定選y=T◆所選y要有足夠的靈敏度；（塔體積大，選擇靈敏板的溫度作為y）◆各被控變量之間的獨立性（各y之間的耦合盡量?。┤纾涸O計T塔頂和T塔底的兩個單回路控制系統(tǒng)∵T塔頂↑回流量↑間接影響T塔低↑

兩個變量之間存在耦合∴單回路不能滿足要求，需要復雜控制，如解耦控制操作目的：通過反復的部分汽化與部分冷凝，將混合液中沸點不同的各組分分離成產(chǎn)品。操作代價：消耗能量，塔底需要加熱使塔底液部分汽化；塔頂需要冷卻使塔頂組分冷凝。例：精餾塔控制中y的選擇三、被控變量選擇的基本原則簡單題1、代表一定工藝操作指標或反應工藝操作狀態(tài)，是重要的變量2、經(jīng)常受到一些干擾的影響，需要頻繁的調(diào)節(jié)3、盡量采用直接指標作為y（不可測時，采用間接指標）4、被控變量可測，并有足夠的靈敏度5、考慮工藝合理性6、各被控變量之間應該是獨立可控的常見的q有：介質(zhì)流量Q、轉(zhuǎn)速n/變頻器、電壓U等§4.2.2操縱變量（q）的選擇

稱：控制參數(shù)/調(diào)節(jié)參數(shù)/控制量一、操縱變量：用來克服f對y的影響，實現(xiàn)控制作用的變量對象輸入輸出？在控制系統(tǒng)中,正是由于控制器的正確控制改變q的大小和變化的方向,使q對y的影響正好與f對y的影響的方向相反,從而,當f使y發(fā)生變化而偏離x時,控制作用就可抑制干擾的影響,把已經(jīng)變化的y拉回到x上來.例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)所有影響y的因素有：n個輸入

選其中一個可調(diào)量且對y影響最大的量作為操縱變量（q）則其它輸入即為對象的干擾信號（f）可見:f與q同時影響y，如圖所示：多輸入單輸出例1：換熱器物料出口溫度控制

Q物料、Q載熱體均可改變T

∵Q物料可能是上一道工序留下來根據(jù)工藝合理性選擇q=Q載熱體例2：Q物料Q水原則1：q應可控，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量如溫度/液位控制系統(tǒng)原則2：考慮工藝的合理性如：生產(chǎn)負荷不宜選作q∵生產(chǎn)上負荷一般不要求隨便改變，否則影響產(chǎn)量多種因素會對y產(chǎn)生影響，有些可控，有些不可控，選擇對y影響顯著且可控的變量作為q.原則有：1～3二、q選擇的原則簡單題原則3：考慮被控對象的特性若有多個可控變量時，應考慮對象靜動態(tài)特性，選擇合適q：q選擇應使控制通道的Ko、To適中，純滯后越小越好q選擇應使擾動通道的Kf盡可能小，Tf越大越好例：精餾塔提留段靈敏板溫度控制系統(tǒng)將所有影響y的因素找出來？？物料水例2：濃度控制系統(tǒng)Q物料、Q水改變均影響濃度根據(jù)工藝合理性，物料經(jīng)濟價格比較高，且物料也可能來自上一道工序；水價格低廉，加多加少影響不大，故選q=Q水影響T因素可控性進料流量Q入不好控進料成分X入

不可控進料溫度T入

不可控回流流量Q回

可控

回流溫度TH

不可控加熱蒸汽流量Q蒸汽

可控

冷凝器冷卻溫度不可控塔壓P/TD不可控其它：T環(huán)境等不可控可能是上一道工序留下來的，故不好調(diào)（雖然可控但工藝上一般不允許，因Q進的波動意味著生產(chǎn)負荷的波動）Q回和Q蒸汽均可控，且都是工藝上允許變化的量均可選作q。因Q蒸汽對T的影響比Q回對T的影響來說更及時、更顯著，故選擇q=Q蒸汽。因提留段在塔下半部而回流量在塔頂，意味著：Q回變化到影響塔底提留段溫度變化需經(jīng)多層塔板，每層塔板都有氣液平衡、熱量交換過程，塔板數(shù)越多該通道時間常數(shù)就越大，滯后就越大（不利于控制）；而Q蒸汽直接進塔底提留段，它對提餾段溫度影響的通道短，時間常數(shù)小。同時從節(jié)能角度，控制蒸汽流量比控制回流量消耗的能量要小T回Q回Q入、T入、x入Q蒸汽T、PT、P§4.2.3檢測變送環(huán)節(jié)的選擇（性能、信號處理）一、檢測變送環(huán)節(jié)的性能

1.檢測元件和變送器的作用：2.對檢測變送單元的基本要求：及時、準確、可靠數(shù)字信號T、P、F、L、A等物理量→模擬信號DDZⅢ:4～20mA、1～5VQDZⅢ:0.02～0.1MPaDDZⅡ:0～10mA智能變送器及時體現(xiàn)在：能迅速地反應y的變化（快速性，動態(tài)特性）準確體現(xiàn)在：要能正確地反應y，且誤差小（精度高）可靠體現(xiàn)在：（基本要求）應能在環(huán)境工況下長期安全穩(wěn)定運行儀表量程越大Km越小量程越小Km越大3.選用時的基本考慮：（1）～（4）（1）能否適應工業(yè)生產(chǎn)過程的環(huán)境，能否長期穩(wěn)定運行（可靠性）對高溫、高壓、低溫、易腐蝕、易燃易爆、粉塵等環(huán)境狀況下，主要從材料和防腐上考慮如：沖刷嚴重考慮耐磨性耐高溫性彈簧管壓力表(氨氣對銅有腐蝕性)等（2）降低測量誤差測量誤差產(chǎn)生原因：儀表自身的誤差：精度、量程（精度決定準確性，量程應滿足讀數(shù)誤差的精度要求）儀表量程大Km小，而量程小則Km大環(huán)境條件引起誤差：熱電偶冷端補償不合理、電源電壓波動、環(huán)境溫度波動、流體密度的變化安裝不當引起的誤差：孔板安裝不當、熱電偶連接方式不當測量中的動態(tài)誤差：不可避免如何降低測量誤差：正確選型、精心安裝維護、排除干擾防爆的要求：本安防爆或隔爆，達到要求的等級（3）測量元件的動態(tài)特性Tm、都會引起測量的動態(tài)誤差，分別討論：①測量元件的時間常數(shù)任何測量元件均具有時間常數(shù)，相對于對象的T0來說，多數(shù)檢測變送環(huán)節(jié)的Tm較小，但測溫元件的Tm較大（熱阻、熱容、保護裝置）、氣動儀表的Tm較大、成分分析儀表Tm和滯后都很大，從而造成測量滯后，選型時應注意：◆Tm不要太大，否則應采取必要的措施即：選用小慣性檢測元件、具有快速響應特性的儀表

縮短氣動管線長度克服傳輸滯后、引入微分單元來克服容積滯后等◆

Tm<1/10T0（對象時間常數(shù)T0）時，對控制品質(zhì)影響不大；圖

pH值控制系統(tǒng)圖pHTLTLC

pHC中和槽貯酸槽l0②測量元件的純滯后對測量元件動態(tài)特性的影響◆測量元件自身的原因：如成分分析儀表（測量原理導致）◆測量元件的安裝位置和被控變量之間有一定的距離、傳輸速度都會引起滯后存在例：PH值控制系統(tǒng)措施：合理選擇檢測點減少傳輸距離、提高傳輸速度◆克服測量信號傳輸滯后方法：縮短氣動管線長度，減小管徑（管路不能超過300mm,直徑不能小6mm）；用閥門定位器或氣動繼動器來增大輸出功率，以減少傳送滯后；在現(xiàn)場與控制室之間，盡量采用電信號傳送，必要時可用氣-電轉(zhuǎn)換器將氣信號轉(zhuǎn)換為電信號；◆克服容積滯后方法：串接微分環(huán)節(jié)（可在測量之后，可在控制器與執(zhí)行器之間）測量信號控制室生產(chǎn)現(xiàn)場控制信號u測量信號傳輸滯后：

控制信號傳輸滯后：③信號的傳遞滯后對氣動薄膜控制閥來說：∵膜頭空間具有較大的容量，故u變化到引起閥開度變化往往具有較大的容量滯后，會使控制不及時，控制效果差電信號：傳輸快可忽略不計氣信號：氣阻氣容存在（不可忽視）（4）檢測變送環(huán)節(jié)增益Km的線性特性結(jié)論：變送器Km的線性度與整個閉環(huán)控制系統(tǒng)輸入/出增益K的線性度有關例如，采用孔板和差壓變送器檢測變送流體的流量時，由于差壓與流量之間的非線性，造成流量控制回路呈現(xiàn)非線性，并使整個控制系統(tǒng)開環(huán)增益非線性。∵當控制回路的前向通達增益K前足夠大時即：K=1/Km①信號補償：二、對檢測變送信號的處理測量信號的補償、線性化處理、噪聲抑制、數(shù)學運算、信號報警和數(shù)學變換等例如：熱電偶測T時，需冷端溫度補償熱電阻到檢測變送儀表之間的距離不同，所用連接導線的類型和規(guī)格不同，線路電阻不同，因此需要進行線路電阻補償氣體流量檢測時，若檢測點溫度、壓力與設計值不一致，因此需要進行溫度和壓力的補償；②線性化：例如：熱電勢與溫度、差壓與流量等，故需對其進行線性化處理?？梢圆捎糜布M成非線性環(huán)節(jié)實現(xiàn)，例如:采用開方器對差壓進行開方運算也可用軟件實現(xiàn)線性化處理③

信號濾波有時檢測變送環(huán)節(jié)的輸出中伴有噪聲，若將噪聲引入控制器會影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，故在引入控制器之間必須對信號進行濾波處理如：泵出口壓力的脈動、差壓式流量儀表測差壓、儲罐液位的波動等信號濾波：有硬件濾波和軟件濾波硬件濾波/模擬濾波：通常采用阻容濾波環(huán)節(jié),可用電阻電容組成低通濾波，如下圖：也可用氣阻和氣容組成濾波環(huán)節(jié)。一階低通濾波電路：一階高通濾波電路：軟件濾波/數(shù)字濾波：計算機編程實現(xiàn)采用計算方法，用程序編制各種數(shù)字濾波器實現(xiàn)信號濾波，具有投資少，應用靈活等特點。在智能儀表、DCS等裝置中通常采用軟件濾波。一階低通濾波：

一階高通濾波：刪除跳變信號：y(k)：測量值：濾波值：加權值其中：④數(shù)學運算、信號報警和數(shù)學變換例如：節(jié)流裝置測得的差壓數(shù)據(jù)應進行開方運算；根據(jù)測得的瞬時流量應進行積分運算獲得累積流量等。對檢測的信號要進行一些復合的數(shù)學運算，如：

對氣體流量的溫度和壓力補償運算就包含加、乘和除的運算信號的數(shù)字變換也常常被應用于檢測變送信號的處理?？焖俑焕锇Ｗ儞Q、小波變換等。在計算機控制系統(tǒng)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。如果檢測變送信號超出工藝過程的允許范圍，就要進行信號報警和聯(lián)鎖處理。同樣，在計算機控制系統(tǒng)中如果檢測到檢測元件處于異常狀態(tài)時，也需要為操作人員提供相關報警信息。當檢測信號與被控變量之間有一定的函數(shù)關系時，需要進行數(shù)學運算獲得實際的被控變量數(shù)值。氣動薄膜直通單座閥氣動薄膜直通雙座閥氣動蝶閥氣動球閥氣動切斷閥電動直通單座閥電動隔膜閥電動三通閥氣動薄膜角形閥電磁閥手動截止閥§4.2.4執(zhí)行器(氣動薄膜控制閥)的選擇§4.2.4執(zhí)行器(氣動薄膜控制閥)的選擇執(zhí)行器是控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)，它接受控制器信號通過改變閥的開度來改變操作變量，最常見的：調(diào)節(jié)閥特點：直接與介質(zhì)接觸

調(diào)節(jié)閥、包括手動閥比較容易發(fā)生故障，是控制系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)，因工作條件惡劣，如：(強)腐蝕性、(高)粘度、(易)結(jié)晶、高溫/壓、深冷等作用：在一個過程控制系統(tǒng)中，它接受控制器輸出的控制信號并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來改變閥芯與閥座間的流通截面積以控制流入或流出被控過程的流體介質(zhì)的流量，從而實現(xiàn)對y的控制。以加熱爐控制系統(tǒng)為例說明執(zhí)行器作用一、執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥/控制閥)-概述組成：執(zhí)行機構(gòu)

+調(diào)節(jié)機構(gòu)（閥）

如：動畫演示（動力部件）(控制部分)執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)POIOF→LM→θ流通截面積操縱變量的流量執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)★氣動執(zhí)行器：★電動執(zhí)行器：

★液動執(zhí)行器：二、分類(按使用的能源分)輸入0.02～0.1MPa氣動信號特點：結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、性能穩(wěn)定、輸出推理較大、價格便宜、維修方便、防火防爆等優(yōu)點，廣泛應用于化工、煉油等生產(chǎn)過程(易燃易爆)特點：動作迅速、能源取用方便、信號傳遞迅速且信號便于遠傳、并便于與計算機配合使用動力機構(gòu)—電機缺點：結(jié)構(gòu)復雜、價格高、防爆性能差輸入4～20mA電信號特點：推力最大、調(diào)節(jié)精度高、響應速度快、能實現(xiàn)較高控制精度適用于對傳動要求較高的工作環(huán)境，比如大型電廠、石化廠等在過程控制系統(tǒng)設計中，調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式及材質(zhì)、口徑大小必須很好地選擇，其口徑要求：在正常工況下要求調(diào)節(jié)閥開度處于15％－85%之間。選擇合適的的調(diào)節(jié)工作區(qū)間選擇合適的流量特性選擇合適的調(diào)節(jié)閥開、關形式分別說明之執(zhí)行器的選擇應從以下三個方面考慮：三、執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥/控制閥）的選擇1、控制閥材質(zhì)及結(jié)構(gòu)形式的選擇

--根據(jù)工藝要求、介質(zhì)情況、工作環(huán)境等來選擇直通閥（雙座式和單座式）、角閥、三通閥、球形閥、閥體分離閥、隔膜閥、蝶閥、高壓閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥和套筒閥等各閥使用場合如下表所示：材質(zhì):

碳鋼、鑄鋼、不銹鋼、特殊合金或金屬、高分子材料、無機材料等。如：腐蝕性介質(zhì)需選耐腐蝕材質(zhì)或在閥體內(nèi)部渡一層防腐材料或選擇不銹鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)形式：執(zhí)行機構(gòu)有三種：調(diào)節(jié)機構(gòu)的類型有：薄膜式：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用最為廣泛活塞式：輸出推力大、適用于高靜壓、高差壓、需要較大推力的場合長行程式：角位移輸出行程長、轉(zhuǎn)矩大，適用于轉(zhuǎn)角的蝶閥、風門等此外,還應根據(jù)操縱介質(zhì)的工藝條件和特性選擇合適的材質(zhì)。閥結(jié)構(gòu)形式特點及適用場合直通單座閥只有一個閥芯,閥前后壓差小、泄漏量小,差壓大時流體對閥芯上下作用力不平衡影響閥芯移動，適用于小口徑、低壓差場合直通雙座閥有兩個閥芯,閥前后壓差大,適用于允許有較大泄漏量的場合角閥閥體呈直角,適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質(zhì)的場合隔膜閥適用于強酸/堿/腐蝕性介質(zhì)的場合無泄漏蝶閥適用于有懸浮物的介質(zhì)、大流量、壓差小、允許大泄漏量的場合三通閥適用于分流或合流控制的場合，其效果比兩個直通閥要好；高壓閥適用于高壓控制的特殊場合表4-1不同結(jié)構(gòu)形式控制閥特點及適用場合2、執(zhí)行器的正/反作用及其選擇：★氣開式調(diào)節(jié)閥:無壓力信號時閥全關，有信號時閥開即:隨壓力信號

時閥開度逐漸開大；失信號（無壓力信號）時閥全關；氣關式調(diào)節(jié)閥:無壓力信號時閥全開，有信號時閥關即：隨壓力信號

時閥開度逐漸關??；失信號（無壓力信號）時閥全開；氣開式：氣關式：(正作用)(反作用)執(zhí)行機構(gòu)（正/反）+調(diào)節(jié)機構(gòu)（正/反裝）→4種組合執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)閥正作用正裝氣開（正作用）正作用反裝氣關（反作用）反作用正裝氣關（反作用）反作用反裝氣開（正作用）針對具體的控制系統(tǒng)來說，究竟選氣開閥還是氣關閥，要由具體的生產(chǎn)工藝來決定。也即是說：在閥的氣源信號發(fā)生故障或控制系統(tǒng)某環(huán)節(jié)失靈時，閥是處于全開的位置安全，還是處于全關的位置安全。具體原則如下：控制閥氣開、氣關形式的選擇原則：

僅指氣動閥（電動閥出廠時已設置好，一般正特性）①從工藝生產(chǎn)的安全角度出發(fā),當信號壓力中斷時閥門能自動歸位到工藝安全的位置，以保證設備和操作人員的安全，不致發(fā)生事故。即：若閥開位置危險性小，則應選擇氣關式；若閥關位置危險性小，則應選擇氣開式當氣源供氣中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制閥膜片破裂而漏氣等而使控制閥無法正常工作以致閥芯回復到無能源的初始狀態(tài)（氣開閥回復到全關，氣關閥回復到全開）時，能保證設備和人身安全。例：鍋爐汽包的進水閥，應采用氣關式

信號突然中斷時，若氣開閥就全關，導致進水量為零，鍋爐在加熱汽包內(nèi)水分蒸發(fā)完而燒干，鍋爐干燒會發(fā)生爆炸。又如：原料TTTC管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)要求：爐溫不能過高例：選擇調(diào)節(jié)閥的正反作用形式液位控制系統(tǒng)要求：液體不能被抽干以免物料流失氣開式（正作用）氣關式（反）氣開式（正）H如果介質(zhì)是由強腐蝕性的，再生產(chǎn)過程中不允許溢出，調(diào)節(jié)閥的作用形式？如果后面的環(huán)節(jié)不允許沒有物料，調(diào)節(jié)閥的作用形式？氣開式（正）氣關式（反）u=0閥全關/開？u=0閥全關/開？u=0閥全關/開？②從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)，當發(fā)生控制閥處于無能源狀態(tài)而回復到初始位置時，不應降低產(chǎn)品的質(zhì)量，如精餾塔回流量控制閥常采用氣關式，一旦發(fā)生事故，控制閥全開，使生產(chǎn)處于全回流狀態(tài),防止不合格產(chǎn)品的蒸出，從而保證塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量。③從降低原料、成品、動力損耗來考慮。如控制精餾塔進料的控制閥就常采用氣開式,一旦控制閥失去能源即處于氣關狀態(tài)，不再給塔進料，以免造成浪費。④從介質(zhì)的特點考慮。精餾塔塔釜加熱蒸汽控制閥一般選氣開式，以保證在控制閥失去能源時能處于全關狀態(tài)避免蒸汽的浪費，但是如果釜液是易凝、易結(jié)晶、易聚合的物料時，控制閥則應選氣關式以防調(diào)節(jié)閥失去能源時閥門關閉，停止蒸汽進入而導致釜內(nèi)液體的結(jié)晶和凝聚。3、控制閥流量特性

——取決于閥芯的形狀（1）理想流量特性：(ΔP一定)

（閥門制造廠提供）又稱固有流量特性，它的固有特性取決于閥芯的形狀。分類：線性、等百分比和快開流量特性：指介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥桿相對行程之間的關系改變閥芯與閥座件的流通面積可控制流量，但流量不僅與閥的開度有關同時還與閥前后的壓差有關，執(zhí)行器接在管路中工作時，閥開度一變，隨著流量的變化，閥前后壓差也發(fā)生變化。為了便于分析比較，先假定閥前后壓差為一定值，然后再引伸到真實情況。所以流量特性有理想流量特性和工作流量特性兩個概念。①線性流量特性注釋指控制閥的相對流量與相對開度成線性關系即閥桿單位行程變化引起的流量變化是常數(shù)R:可調(diào)比或可調(diào)范圍，R=Qmax/Qmin

國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥R=30注意：泄漏量并不是閥的最小流量（泄漏量：0.1～0.01%Qmax）討論：流量相對變化量定義：指單位位移的變化所引起的流量變化與起始流量之比∵閥的放大倍數(shù)(增益)Kv是常數(shù)，不論閥桿原來位置在何處，只要閥桿做相同的變化，流量的數(shù)值也做相同的變化。增益：輸出變化量與輸入變化量之比快開直線對數(shù)100(%)100(%)K常數(shù)，∴相對流量的增量相同，但相對流量的變化量不同特點：當小開度時，流量的相對變化量大，控制作用強，易引起震蕩；當大開度時，流量的相對變化量小，控制作用緩慢（不利于控制）對過程控制系統(tǒng)來說,希望：系統(tǒng)處于小負荷時，為克服f，要求控制作用小一些，閥動作引起的流量變化不要太大，以免控制作用太強產(chǎn)生超調(diào)；系統(tǒng)處于大負荷時，為克服f，要求控制作用加強一點，閥動作引起的流量變化大一些，以免控制作用微弱而使控制不夠靈敏指單位行程變化引起的流量變化與此點的相對流量成正比關系即控制閥的放大系數(shù)是變化的，隨相對流量的增加而增大。②對數(shù)(等百分比)流量特性閥的相對行程與相對流量呈對數(shù)關系，當L增加相同的行程時，Q卻增加相同的百分比，故又稱等百分比流量特性特點：∵調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)Kv

是變化的，它是隨相對開度的增大而遞增在行程變化值相同的情況下，當流量小時，則流量變化亦小，控制平穩(wěn)緩和；當流量大時，則流量變化亦大，控制靈敏有效。從過程控制工程來看，利用對數(shù)(等百分比)流量特性是有利的；調(diào)節(jié)閥在小開度時，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)小，控制平穩(wěn)緩和；調(diào)節(jié)閥在大開度時，其放大系數(shù)大，控制作用靈敏有效?？扉_直線對數(shù)11定義：指單位行程變化引起的流量變化與此點的流量成反比關系③快開流量特性快開直線對數(shù)特點：閥門開度較小時有較大的流量，隨著開度的增大，流量很快就達到最大；此后再增加開度，流量變化很小適用于：迅速啟閉的切斷閥、雙位控制系統(tǒng)或程序控制系統(tǒng)（生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥安裝在一定管路中，隨著流過管路的流量不同，必然導致閥前后差壓變化，此時流量特性稱工作流量特性）出廠時所提供的流量特性指理想流量特性，廠家通過實驗得到。分類：串聯(lián)管道的工作流量特性和并聯(lián)管道的工作流量特性（2）工作流量特性:閥兩端壓降變化1、串聯(lián)管道的工作流量特性Pv：控制閥兩端的壓降PP：與閥串聯(lián)的其他管路的阻力（如：變徑、三通、彎頭等）其大小與Q2成正比（包括靜壓頭、管路阻力等）PT：管路阻力引起的總壓降，恒定（不包括靜壓差和位差）PT=Pv+PpQ上升，Pp上升，PV下降，產(chǎn)生畸變（理想流量特性是PV恒定時測出的，一旦

PV變化，閥的理想流量特性就會發(fā)生畸變，即流量特性曲線發(fā)生變形）畸變與閥兩端壓差有關，且畸變是有規(guī)律畸變程度與PV占PT的比重有關，用s表示s=閥全開時兩端壓降占系統(tǒng)總壓降的比值即壓降比s=PV/PT=PVmin/(PVmin+PP)畸變規(guī)律：◆直線特性趨近于快開特性，而等百分比特性趨近于直線特性；◆

S越小，畸變越嚴重，實際使用時，希望s值在0.3～0.5之間；（s太大也不好，太大則閥壓降PV就大，則PV/PT比重就大，意味著管路上很大一部分能量都消耗在閥兩端差壓上，從能量消耗角度來說是不合適的；）◆畸變后，實際Qmax下降，實際可調(diào)比R下降（s小，畸變嚴重，R下降，R可能就不能滿足要求，對控制不利；

s太小，不允許的）并聯(lián)管道的工作流量特性：

作用：手動操作，維護—旁路閥注◆當旁路閥打開時，控制閥的理想流量特性就變成工作特性；◆管路總流量Q=控制閥流量Q1+旁路流量Q2,即：Q=Q1+Q2;◆畸變程度與Q1占Q比重有關：用x表示并聯(lián)管道控制閥全開時的控制閥流量Q1max與總管路最大流量Qmax之比,即：x=Q1max/Qmax但隨著旁路閥的打開，雖然調(diào)節(jié)閥本身流量特性無變化，但系統(tǒng)可調(diào)范圍大大下降，泄露量也很大，故此法不可取，旁路只能是總流量的百分之十幾%，S值不能低于0.8結(jié)論：◆串并聯(lián)管道都會時調(diào)節(jié)閥理想流量特性發(fā)生畸變，而串聯(lián)管道尤為嚴重◆串并聯(lián)管道都會使控制閥的可調(diào)比降低，而并聯(lián)管道尤為嚴重；◆串聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量減少，并聯(lián)管道使系統(tǒng)總流量增加?；円?guī)律：◆x=1,即旁路閥關閉，Q2=0，閥的工作流量特性與其理想流量特性相同；◆x↓，控制閥流量特性變化不大(如圖)，可調(diào)范圍卻大大降低了；（在R分析中知，調(diào)節(jié)閥的Qmin為旁通閥流量Q旁，故當Q旁越大，

Qmin越大，Qmin上移，使整個曲線上移，畸變成如圖所示的情況）◆實際使用時，一般希望x值最小不低于0.8。（即通過旁路的流量不應該太大，若管路系統(tǒng)的流量都從旁路流走的話，調(diào)節(jié)閥所起的控制作用就非常小，則對整個流量的控制時不利的）x=Q1max/Qmax4、控制閥流量特性的選擇流量特性選擇就是要選擇合適的閥的流量特性以補償廣義對象中其它環(huán)節(jié)的非線性控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行準則：(當f或x變化時)靜態(tài)穩(wěn)定運行的條件：控制系統(tǒng)各開環(huán)增益之積基本恒定動態(tài)穩(wěn)定運行的條件：控制系統(tǒng)總開環(huán)傳遞函數(shù)的?；竞愣康模和ㄟ^控制閥調(diào)節(jié)機構(gòu)的增益(Kv)來補償因?qū)ο笤鲆?Ko)變化而造成開環(huán)總增益變化的影響。即用Kv的變化補償Ko的變化，使K開=KcKvKmKo基本恒定。意義：通過閥門非線性來彌補廣義對象上其它環(huán)節(jié)的非線性選擇控制閥工作流量特性的目的及意義：討論時：假設Kc（或）、Kv及Km不隨負荷或設定而變化當對象增益Kp隨負荷或設定變化時，通過選擇合適的控制閥流量特性，使控制閥增益Kv與Kp之積保持基本不變?？刂崎y工作特性的選擇原則及注意事項：注意事項：(1)系統(tǒng)常受到多種f的影響，故應抓住主要矛盾，即對系統(tǒng)有主要影響的f，并據(jù)此選擇控制閥工作流量特性。(2)考慮對象特性時，應從整個工作范圍考慮，而不能僅局限在工作點附近，因在工作點附近的特性通常可近似為線性，從而不能獲得正確的分析結(jié)果。(3)流量特性的選擇是用于補償廣義被控對象的非線性特性，但有時對象的非線性并不能夠用閥的流量特性來補償。例如，pH控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)閥流量特性選擇的原則：保證廣義對象是線性的意義：通過閥門非線性來彌補廣義對象上其它環(huán)節(jié)的非線性廣義對象線性化：廣義對象的特性曲線對象（包括變送器）的特性曲線執(zhí)行器的特性曲線當工況變化，如：負荷變化、閥前后壓力變化或x變化時，廣義對象的特性基本不變，整定后的PID參數(shù)在經(jīng)常遇到的工作區(qū)域內(nèi)都適應，以保證控制品質(zhì)從控制閥的工作特性選擇控制閥的理想特性：壓降比SS>0.60.3<S<0.6S<0.3所需工作流量特性線性等百分比快開線性等百分比快開宜用低S控制閥應選理想流量特性線性等百分比快開等百分比等百分比線性∵調(diào)節(jié)閥在出廠時其流量特性都是理想流量特性，故選擇閥工作流體特性后應依據(jù)y類型、對象特性、壓降比S的影響等來確定閥的理想流量特性，如下表所示：4、流量特性的選擇：調(diào)節(jié)閥流量特性選擇就是要選擇合適的閥的流量特性來補償廣義對象中其它環(huán)節(jié)的非線性即：由對象特性選工作特性推理想特性查廠家手冊例：簡單控制系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程：該系統(tǒng)的幅值裕度：穩(wěn)定性指標系統(tǒng)存在非線性希望kg不變注而我們希望當工作點改變時Kc不變，則需保證：從上式可知：Kv可補償Kp、Km、Gp(jw)、Gm(jw)的變化（1）工作流量特性的選擇增益KpKm=dY/dQ

即不同點曲線斜率由前面分析知，調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇就是要保證KpKmKv恒定若工作點變化則KpKm變，也即斜率變化（KpKm增/減Kv降/增，以保證三者乘積恒定），分幾種情況說明：例1：換熱器穩(wěn)態(tài)特性：G生產(chǎn)負荷出口溫度y=T與操縱變量Q之間關系曲線◆當小擾動情況下，始終在A點附近，KpKm=dY/dQ基本不變，選線性閥；◆設定值變動時，工作點由A變?yōu)锽或C，KpKm隨Q增加而減少，選對數(shù)閥；◆定值系統(tǒng)，負荷G發(fā)生變化，工作點由A移向D，此時Q↑，dY/dQ↓，應采用對數(shù)閥◆定值系統(tǒng)，閥前后壓力變化時，影響閥的Qmax，從而影響Q-T曲線

對線性閥與Qmax有關對對數(shù)閥與Qmax無關例2流量調(diào)節(jié)回路中調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇（2）理想流量特性

注根據(jù)工作流量特性來選擇合適的理想流量特性，選擇原則是：◆S>0.6特性曲線畸變不嚴重，工作特性是什么，理想特性就選什么◆S<0.6特性曲線畸變嚴重，選擇如下：◆加開方器:測量變送環(huán)節(jié)就是線性的選線性閥◆不加開方器：Y=P1-P2

顯然，Km隨Q增加而增大，希望選一個調(diào)節(jié)閥其增益應隨Q增大而減小故選快開閥壓降比SS>0.60.3<S<0.6S<0.3所需工作流量特性線性等百分比快開線性等百分比快開宜用低S控制閥應選理想流量特性線性等百分比快開等百分比等百分比線性（3）S值的選擇S越小則流量特性畸變越嚴重，故希望S盡量大，但某些情況下S必須很低，如何消除低S值對流量特性的影響：工藝情況決定的，工藝能夠分給該閥門的壓降就這么大，不能在高了，故S必須很低或其它情況導致的S值必須很低◆改變閥芯的型面，即改變閥的理想流量特性；◆采用串級控制系統(tǒng)的形式；（即再構(gòu)成一個流量副回路，將調(diào)節(jié)閥包含在副回路中，從而減少閥門流量特性畸變對整個控制系統(tǒng)的影響，從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上）◆分析工作點的變動情況（隨工作點改變，對象非線性并不明顯的話，即使閥流量特性畸變嚴重，對整個控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)的影響較也是可以忽略的）（4）調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性尤其氣動閥動態(tài)響應比較長控制閥+氣動管線=一階純滯后來近似5、控制閥口徑大小的選擇

內(nèi)容多(控制裝置中詳細介紹)從控制角度看：口徑過大：口徑過?。嚎刂崎y口徑大小直接決定控制介質(zhì)流過它的能力.選擇是否合適將直接影響控制效果調(diào)節(jié)閥選擇是否要求必須管徑一致？？控制閥將經(jīng)常處于小開度工作,流體對閥芯、閥座的沖擊力大，也會引起閥的流量特性發(fā)生畸變,控制性能也會變差，甚至引起控制閥失靈，而且浪費設備投資（一般來說，價格與口徑成正比，口徑過大造成浪費）。流過控制閥的介質(zhì)達不到所需最大流量，在大的干擾下，閥全開仍不能滿足要求，系統(tǒng)會因介質(zhì)流量不足而失控。另外，在正常情況下都在大開度下工作,閥的特性也不好；控制閥口徑選得過小也不適應生產(chǎn)發(fā)展的需要,一旦需要設備增加負荷時,控制閥原有口徑太小就不夠用,因此,控制閥口徑的選擇應留有一定的余量.控制閥口徑的大小,通過計算控制閥流通能力Kv的大小來決定正常工況下要求控制閥開度處于15～85%之間（1）流量系數(shù)：Kv閥前后差壓為100kPa,流體密度為1g/cm3(5～40℃的水)的條件下，調(diào)節(jié)閥全開時，每小時通過閥門的流體量（m3）如：Kv=32的調(diào)節(jié)閥,表示當閥全開、閥前后差壓為100kPa時,5～40℃的水流過閥的流量為32m3/h

Kv值的大小表示調(diào)節(jié)閥的流通能力,也就是調(diào)節(jié)閥的容量根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv的計算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟：（2）選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟：①確定計算流量

依據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設備負荷即介質(zhì)狀況決定最大計算流量Qmax②確定計算差壓依據(jù)所選擇的流量特性及系統(tǒng)特性選定S值，再計算差壓③計算流量系數(shù)依據(jù)流量系數(shù)計算公式求取最大流量系數(shù)Kvmax④選取流量系數(shù)

在所選產(chǎn)品型號的標準系列中，選取大于或最接近Kvmax值的那一檔⑤驗算調(diào)節(jié)閥開度一般要求：Qmax時的開度≤90%，Qmin≥10%⑥驗算調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比⑦確定調(diào)節(jié)閥口徑依據(jù)Kv確定閥的公稱直徑和閥座直徑說明：當閥門口徑與管道口徑不一致時，要加變徑（此時需要對流量系數(shù)進行修正，有相應的公式，自行查閱）/Article/view.asp?id=639

調(diào)節(jié)閥信息網(wǎng)參考書：調(diào)節(jié)閥計算選型使用明賜東編著（公共郵箱有掃描版）調(diào)節(jié)閥選型軟件解：①確定計算流量②確定計算壓差③計算流量系數(shù)Kmax④選取流量系數(shù)KV例：在某系統(tǒng)中，擬選擇一臺直線流量特性的直通雙座閥，根據(jù)工藝要求，最大流量為Qmax=100m3/h,最小流量為Qmin=30m3/h,閥前壓力P1=800kPa,最小壓差為△Pmin=60kPa,最大壓差△Pmax=500kPa.被調(diào)介質(zhì)是水，水溫為18℃，安裝時初定管道直徑為125mm，閥阻比S=0.5，問應選擇多大的閥門口徑？本題已給出最大流量為Qmax=100m3/h和最小流量為Qmin=30m3/h,按計算流量的，確定原則就選這兩個值。題設已給出最小壓差為△Pmin=60kPa依據(jù)Kv=129,查直通雙座閥產(chǎn)品得相應的流量系數(shù)為：

Kv=160(圓整值)，初選DN=100mm⑤驗算調(diào)節(jié)閥開度⑥驗算調(diào)節(jié)閥實際可調(diào)比又工藝要求的可調(diào)比為：結(jié)論：所選擇的VN雙座閥DN100(Kv=160)是適用的6、閥門定位器選擇

(閥前后△P實現(xiàn)執(zhí)行器的準確定位)

意義：用來消除閥門的滯環(huán)非線性如圖“回差”注意：閥門定位器并不是在所有的控制系統(tǒng)中都適用，應根據(jù)情況而定，若對象的時間常數(shù)很小，閥的時間常數(shù)有可能成為最大時間常數(shù)時，這樣的系統(tǒng)就不宜安裝定位器閥門定位器有氣動閥門定位器和電—氣閥門定位器兩種，后者還兼有電—氣轉(zhuǎn)換功能。其工作原理：參考“控制裝置”閥門定位器的功能：定位功能：在干摩擦較大的情況下，大大減小回差；在高壓差下，減少不平衡力對閥桿位移的影響；在閥桿移動具有較大阻力時，時閥門良好工作；利用不同的反饋凸輪來產(chǎn)生不同的非線性來改變閥原有流量特性；改變啟動作用范圍，可用于分程控制；改變啟動傳輸管線與閥的動態(tài)特性。7、執(zhí)行器的安裝與維護★最好正立垂直安裝于水平管道上，且在前后有不小于10D（D為管道直徑）的直管段；★盡量靠近地面或樓板的地方，在其上、下方應留有足夠的間隙★閥體上的箭頭方向與管道流體流動方向應相同，若閥的口徑與管道的管徑不同時，應加漸縮管或擴大管來連接；為防止執(zhí)行機構(gòu)的薄膜老化，盡量遠離高溫、振動、有毒、及腐蝕嚴重的場地；★當生產(chǎn)現(xiàn)場有檢測儀表時，應盡量與其靠近，以利于調(diào)整；另外要注意工藝過程對控制閥位置的要求。為了安全起見，控制閥應加旁通管路，并裝有切斷閥及旁路閥。以便在控制閥發(fā)生故障或維修時，通過旁路使生產(chǎn)過程繼續(xù)進行。旁路閥安裝有如下幾種形式：執(zhí)行器應安裝在便于調(diào)整、檢查和拆卸的地方。在保證安全生產(chǎn)的同時也應該考慮節(jié)約投資、整齊美觀。介紹一些安裝的原則:a、執(zhí)行器的安裝★旁路組合的形式較多，現(xiàn)舉常用的四種方案如圖所示:(a)是過去習慣采用的方案，旁路可以自動放空，但由于兩個切斷閥與控制閥在一根管線上，難于拆卸、安裝，且所占空間大。(b)這種方案比較好，布置緊湊，占地面積小，便于拆卸。(c)這種形式也比較好，便于拆卸，但占地面積比(b)大一些。(d)這種方案只適用于小口徑控制閥，否則執(zhí)行器安裝位置高，拆裝不便。為何要安裝截止閥和旁路閥？b、執(zhí)行器的維護

執(zhí)行器的正常工作與維護檢修有很大關系。日常維護工作主要是觀察閥的工作狀態(tài)，使填料密封部分保持良好的潤滑狀態(tài)。定期檢修能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并更換零件。維護檢修時重點檢查的部位是：（1）閥體內(nèi)壁：對于控制閥使用在高壓差和腐蝕性的場合，閥體內(nèi)壁、隔膜閥的隔膜經(jīng)常受到介質(zhì)的沖擊和腐蝕，必須重點檢查耐壓、耐腐蝕的情況。

（2）閥座：控制閥在工作時，因介質(zhì)滲入，固定閥座用的螺絲內(nèi)表面易受腐蝕而使閥座松弛，檢查時應予以注意。

（3）閥芯：閥芯是控制閥工作時的活動部分，受介質(zhì)的沖擊最為嚴重。檢查時要認真檢查閥芯各部分是否腐蝕、磨損，特別是在高差壓的情況下閥芯因汽蝕現(xiàn)象而磨損，更應予以注意。閥芯損壞嚴重時應進行更換，另外還應注意閥桿是否有類似現(xiàn)象，或與閥芯連接松動等。

（4）膜片和“O”型密封圈：檢查執(zhí)行機構(gòu)的膜片和“O”型密封圈是否有老化或斷裂損壞情況。

（5）密封填料：檢查聚四氟乙烯填料是否老化，檢查配合面是否損壞

§4.2.5控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇測量變送：y一定變送器就選定了，其特性比較簡單，一般也是不可以改變的對象：控制系統(tǒng)中儀表選型確定后，對象特性是固定的不好改變執(zhí)行器及閥門定位器：有一定程度的調(diào)整，但靈活性不大控制器：P、I、D參數(shù)及組合是可以調(diào)整的實質(zhì)上正是利用控制器中不同的P、I、D參數(shù)值來使得整個系統(tǒng)的性能能夠達到我們的最終要求。系統(tǒng)設置控制器的目的也是通過控制器改變整個控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，以達到控制的目的。取決于u大小和方向如何？1、控制規(guī)律選擇的原則1）廣義對象控制通道T或容量滯后較大，引入D調(diào)節(jié)；工藝容許有靜差時，選用PD調(diào)節(jié)；工藝要求無靜差時，選用PID調(diào)節(jié)2）控制通道T小、負荷變化不大且要求允許有靜差，選用P調(diào)節(jié)控制通道T較小、負荷變化不大，工藝要求無靜差，選PI調(diào)節(jié)3）控制通道T很大且純較大、負荷變化劇烈，簡單控制系統(tǒng)難以滿足工藝要求，應采用復雜控制系統(tǒng)或其他控制方案。4）若廣義過程的傳遞函數(shù)具有以下形式：①τo/To<0.2，選用P或PI調(diào)節(jié)規(guī)律；②0.2<τo/To<1.0，選用PD或PID調(diào)節(jié)規(guī)律；③τo/To>1.0，簡單控制系統(tǒng)一般難以滿足要求，需要采用他控制方式。各環(huán)節(jié)增益(K)的正負：可由穩(wěn)態(tài)條件下該環(huán)節(jié)的輸出增量與輸入增量之比（△y/△x）來確定即：若環(huán)節(jié)的輸入增加，輸出增加則該環(huán)節(jié)的增益為正（K>0）若環(huán)節(jié)的輸入增加，輸出減小則該環(huán)節(jié)的增益為負（K<0）控制器的正反作用和增益：注意正作用調(diào)節(jié)器的增益：負（kc<0）反作用調(diào)節(jié)器的增益：正（kc>0）例：測量變送環(huán)節(jié)的增益：一般是正(km>0),不予考慮對象正/反作用及增益：正作用(ko>0)，反作用(ko<0)，執(zhí)行器正/反作用及增益：氣開式（正）kv>0

氣關式（反）kv<02、控制器正、反作用的選擇控制器正/反作用選擇的基本原則：

保證整個控制系統(tǒng)形成負反饋其準則是：系統(tǒng)的開環(huán)總增益（各組成環(huán)節(jié)的增益之積）為正控制器正反作用判斷方法有兩種：邏輯推理法和直接判斷法方法一、邏輯推理方法

假定y增大，依據(jù)對象、閥特性反向推理來確定控制器輸出上圖表示了單回路控制中正反作用選擇的推理過程前提：安全角度確定閥的正反作用形式，以便確定走哪條路徑說明：Ⅰ-Ⅱ取決于對象的靜態(tài)特性

Ⅱ-Ⅲ取決于閥的靜態(tài)特性例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)假定測量信號y增大要求操作變量增大要求操作變量減小要求閥上信號增大要求閥上信號減小要求控制器輸出增大要求控制器輸出減?、瘼颌螈粽饔梅醋饔芒冖佗邰芾杭訜釥t溫度控制系統(tǒng)

——邏輯推理判別燃料氣TCA、加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求：爐溫不能太高TT物料x②僅看控制器的輸入（y）和輸出（u）：Ⅰ假定y=T↑

→

Ⅱ要求q=Q燃料↓即閥開度減小→

Ⅲ∵閥正作用，若使開度減小，則要求閥的輸入信號也↓→

Ⅳ

閥的輸入信號就是控制器的輸出信號u，∴控制器輸出u↓對控制器而言：

輸入y=T↑而輸出u

↓,故反作用（Kc:+

）①先看執(zhí)行器正反作用：

工藝安全角度考慮當信號中斷時閥應全關，故選

氣開閥

（正作用）Kv:+驗證：滿足KcKvKoKm>0條件正作用

Kv>0正作用

Kp>0反作用

Kc>0①根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的開、關形式②按被控過程特性，確定其正、反作用③根據(jù)原理或負反饋原則來確定調(diào)節(jié)器的正、反作用形式記作：正作用：+反作用：-運算規(guī)律：

正作用×反作用=反作用正/反作用×正/反作用=正作用(同號)為構(gòu)成負反饋系統(tǒng)（要求閉環(huán)回路上各環(huán)節(jié)的增益乘積>0）必須有奇數(shù)個反作用，即奇數(shù)個“-”例：方法二:直接判斷法例：加熱爐溫度控制系統(tǒng)——直接判斷法

B、液位控制系統(tǒng)工藝要求：不能被抽干以防物料流失燃料氣TCA、加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求：爐溫不能太高TT物料x①先看執(zhí)行器正反作用：工藝安全角度考慮圖A當信號中斷時閥應全關，故選氣開閥（正作用）Kv:+③依據(jù)“奇數(shù)個反作用”原則②再看對象正反作用：q=Q燃時，y=T也,故對象正作用Ko:+控制器：

反作用（Kc:+

）顯然，滿足KcKvKoKm>0的要求§4.3控制器參數(shù)整定概念：確定調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時間TI和微分時間TD其實質(zhì)是通過改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以改變系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)指標，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求，爭取最佳控制效果?？刂破鞯膮?shù)整定的若干原則：控制器的參數(shù)整定的若干原則：Ko大則Kc??；

Ko小，則Kc大，為保持閉環(huán)穩(wěn)定性則開環(huán)增益KoKc不變2、若已知滯后時間，則Ti取2,Td取0.53、在P、I、D中，P為最基本的，先P，后Ti,再Td作用4、I作用消除誤差，但響應速度變慢，穩(wěn)定性變差，引入I之后，

Kc應適當減小，Ti=2或Ti=（0.5～1）Tp（Tp:工作周期）5、D作用主要用在y=T或成分A的控制系統(tǒng)中(存在較大容量滯后，系統(tǒng)響應速度較慢，而D作用具有“超前”作用提高系統(tǒng)性能)，一般取Td=(0.25—0.5)Ti.引入D后穩(wěn)定性↑，故Kc可適當增加6、在含有高頻噪音時，不宜用D作用（D作用對高頻噪聲有放大作用）7、隨動系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為10：1

定值系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為4：1（工程上常作為一個衡量標準來定性地考慮控制系統(tǒng)能否達到控制要求）1、在廣義對象傳函：對數(shù)頻率特性法

根軌跡法理論計算整定方法經(jīng)驗法

衰減曲線法

臨界比例度法響應曲線法工程整定法需要知道數(shù)學模型不需要事先知道過程的數(shù)學模型，可直接在系統(tǒng)中進行現(xiàn)場整定，比較簡單（廣泛使用）自整定法：對運行中的系統(tǒng)進行整定方法有：控制器參數(shù)整定方法有：1、經(jīng)驗整定法（經(jīng)驗試湊法）按照工程人員長期從事過程控制的經(jīng)驗來調(diào)整控制器參數(shù)按典型的受控對象類型來進行整定的(針對典型的過程特性而言)不需計算和實驗，根據(jù)經(jīng)驗,（如表1）先確定一組控制器參數(shù)并將系統(tǒng)投運，然后人為加入干擾（改變x）觀察過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應的控制參數(shù)值，進行反復湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。按表1參數(shù)來整定會提高參數(shù)整定的速度和效果20～80純P控制一般允許上下波動比例度要大液位0.4～330～70液體壓力：調(diào)節(jié)近似流量調(diào)節(jié)蒸汽壓力：調(diào)節(jié)近似溫度調(diào)節(jié)對象容量滯后不算大,一般不加D壓力0.5～33～1020～60PID存在傳遞滯后和較大T

故需加D作用Ti要長溫度0.3～140～100PI往往需精確控制Ti要短流量TD（min）TI（min）(%)規(guī)律的選擇被控變量表1控制器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)d整定步驟：①純P調(diào)節(jié)（令Ti=，Td＝0）下調(diào)出4：1衰減振蕩②若需消除余差，引入I作用，則Kp適當減少（約減少10%左右）

或增大純比例時的1.2倍③若需加入D作用：允許適當減少和Ti經(jīng)驗法整定時，如何確定整定的參數(shù)是否合適？？如何調(diào)整當前參數(shù)使得它接近我所期望的控制系統(tǒng)的性能？？這就需對不同參數(shù)Kp、Ti及Td對控制系統(tǒng)品質(zhì)影響要清楚了解不同參數(shù)對過渡過程曲線的影響：（1）比例度過小、Ti過小及Td過大所引起的振蕩的區(qū)別a積分時間過?。ㄖ芷谳^長）b比例度過小（周期較短）c微分時間過大（周期最短）經(jīng)驗整定法適用于各種控制系統(tǒng)，特別適用對象干擾頻繁、過渡過程曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)。但是，使用此法主要憑經(jīng)驗，對于缺乏經(jīng)驗的操作人員來說，整定所花費的時間較多（2）比例度過大、Ti過大都會引起y偏離給定值x，二者區(qū)別：首先根據(jù)表1固定Ti和Td，通常取Td=(1/3～1/4)Ti

，再反復湊試若開始時和設置得不合適，則有可能得不到要求的理想曲線。這時應適當調(diào)整和再重新湊試，使曲線最終符合控制要求。經(jīng)驗整定法二：a:比例度過大（曲線波動較劇烈、不規(guī)則地較大地偏離給定值，波浪式起伏）b:積分時間過大（曲線通過非周期的不正常路徑，慢慢低回復到給定值）2、臨界比例度法--閉環(huán)整定方法將PID置純P作用（即TI=∞，TD=0）置為較大數(shù)值,系統(tǒng)投閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定后，施加一階躍輸入；減小，直到出現(xiàn)等幅振蕩為止

記錄臨界比例帶K和等幅振蕩周期TK。采用下表的經(jīng)驗公式計算控制器各參數(shù)③按先P，后I，最后D的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)到計算值上；觀察其運行曲線，作進一步做微調(diào)。采用這種方法注意：受限制（1）工藝上允許y承受等幅震蕩的波動，系統(tǒng)要能夠產(chǎn)生等幅震蕩（否則等幅震蕩對正常工作影響較大時，此法不能使用）（2）當<k時，發(fā)散震蕩，但由于此時閥卡能全開或全關，故y的振幅仍時有限的，與等幅震蕩不好區(qū)分（閥本身就有限幅能力）（3）D作用對純滯后不起作用，大純滯后時，Td小寫，比例度大些3、衰減曲線法--閉環(huán)整定方法

純P控制下（投閉環(huán)）↓，直到系統(tǒng)出現(xiàn)衰減振蕩為止對定值系統(tǒng)，取4:1，記錄比例度s，衰減振蕩周期Ts

對隨動系統(tǒng)，取10:1，測出比例度s

，上升時間Tr。

Tr：響應從終值的10%上升到90%所需的時間根據(jù)s,TS

,Tr，采用下表中的經(jīng)驗公式，計算控制器各參數(shù)。步驟如下：①～④n=4:1n=10:1按先P，后I，最后D的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)到計算值上；觀察其運行曲線，作進一步微調(diào)。注意：總原則是：所加f不能對生產(chǎn)工況產(chǎn)生過大的影響(1)所加干擾不能太大，一般取額定值的5%-10%，也有例外情況；(2)必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下（y穩(wěn)定一段時間后)才能施加干擾，否則得不到正確的比例度、Ti、Td；(3)對反應快的系統(tǒng)，較難得到4:l衰減振蕩曲線，工程上，常認為曲線來回波動兩次達到穩(wěn)態(tài)值，就近似認為達到了4:1衰減振蕩4、反應/響應曲線法--開環(huán)整定方法按廣義對象的時間特性來整定參數(shù)（此法整定參數(shù)將更準確些）齊格勒（Ziegler）-尼科爾斯（Nichols）在1942年提出的操縱變量作階躍變化步驟如下：在系統(tǒng)開環(huán)且穩(wěn)態(tài)下，瞬間改變控制器的手操器，使其輸出（i或u）產(chǎn)生階躍變化△p（即在調(diào)節(jié)閥Gv(s)的輸入端施加一個階躍信號），記錄下測量變送環(huán)節(jié)Gm(s)的輸出響應曲線y(t)。

若二階以上系統(tǒng)其反應曲線如圖：③根據(jù)近似右表所示的經(jīng)驗公式計算控制器參數(shù)②根據(jù)階躍響應曲線，得到廣義對象的傳遞函數(shù)：0.5PIDPI--PTD/minTi/min

/%控制器參數(shù)控制器類型共性特性使用場合臨界比例度法屬于工程整定方法是通過試驗獲取某些特征參數(shù)，然后再按照工程經(jīng)驗公式計算控制器的整定參數(shù)都是閉環(huán)整定方法依賴系統(tǒng)在某種運行狀況下的特征參數(shù)都控制器參數(shù)進行整定，不需要掌握被控過程的數(shù)學模不適用于生產(chǎn)過程中不能反復振蕩試驗、對比例調(diào)節(jié)是本質(zhì)穩(wěn)定的被控系統(tǒng)衰減曲線法做衰減比較大的試驗時，衰減曲線法觀測數(shù)據(jù)很難準確確定，不適用于過程變化快的系統(tǒng)反應曲線法開環(huán)整定方法，即通過系統(tǒng)開環(huán)試驗得到被控過程的特征參數(shù)后，再對控制器參數(shù)進行整定所受試驗條件的限制比較少，通用性強，適用性較廣；抗干擾能力比前兩種弱（∵閉環(huán)試驗對干擾有較好的抑制作用，而開環(huán)試驗對外界干擾的抑制能力較差）三種常用工程整定方法的比較：PID控制器的參數(shù)自整定(補充)上面幾節(jié),討論了控制器參數(shù)的理論計算法及PID控制器參數(shù)的人工整定法.它們的共同特點是參數(shù)一旦確定在投入運行的過程中,參數(shù)就不可改變,要改變就得重新設定.目前,在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中,90%以上的控制回路采用PID控制.∵PID控制規(guī)律接近于人工控制的經(jīng)驗方法,且整定參數(shù)時以時域指標為依據(jù),較為直觀.而對于使用PID控制的系統(tǒng),PID參數(shù)整定的優(yōu)劣對控制效果至關重要.但在實際應用中,由于對象的非線性和系統(tǒng)工作點的變化或?qū)ο蟊旧硖匦园l(fā)生變化，原整定好的參數(shù)也會起不到應有的效果,而需重新整定.因此,參數(shù)整定方法的研究是PID控制中重要的內(nèi)容之一.理想方法：使PID參數(shù)自動隨運行工況的變化而自行調(diào)整到最佳值使控制效果始終良好.對于一般常見的過程，只要選好控制規(guī)律，將自整定控制器投入運行，則該控制器就會根據(jù)實際情況自動整定參數(shù)整定過程即迅速又較平穩(wěn)，能保證過程控制質(zhì)量。PID參數(shù)自整定的方法多種,如：自學改進型臨界比例度法(繼電限幅自整定法)、迭代自整定控制算法等§4.4控制系統(tǒng)的投運和維護控制系統(tǒng)投運：是指當控制系統(tǒng)在設計施工完成之后，將控制系統(tǒng)從手動狀態(tài)調(diào)到自動狀態(tài)的過程。它是生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制的最后一個環(huán)節(jié)，自動裝置建成或改建完成，或完成全面檢修，都是要進行控制系統(tǒng)的投運。1、投運步驟：①詳細理解工藝，對投運過程中能出現(xiàn)的問題應有相應的解決措施（工藝流程、設備功能、控制要求、各工藝參數(shù)間的關系、工藝介質(zhì)性質(zhì)等）

②投運前檢測元件/變送器、控制器、顯示儀表、控制閥必須作全面細致的檢查和校驗，以保證精度及安全可靠；◆各種儀表的接線管、引壓導管及隔離液等的檢查；◆控制器正反作用設定、內(nèi)外給定值設定等；◆控制閥能否正確工作、旁路閥及上下游截止閥等2、系統(tǒng)的維護系統(tǒng)投運后，日常維護極為重要◆定期檢查自控設備，特別時閥門、測量變送環(huán)節(jié)，應經(jīng)常檢查調(diào)校，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，避免控制失靈；◆發(fā)生故障后的檢查處理。當檢測系統(tǒng)發(fā)生越線報警信號時

（何種原因引起？如熱電偶斷線）當儀表顯示值時常時當控制器輸出失常時儀表維護有相關規(guī)范，自行查閱③聯(lián)動實驗（對整個控制系統(tǒng)，在測量端加信號看閥能否動作）；④檢測系統(tǒng)首先投入運行；（較簡單，送電即可）⑤閥門手動遙控，以達到正常工作下的開度；⑥檢測控制器的正反作用及設定PID參數(shù)，按無擾動切換的原則將控制器由手動切換到自動。手動切換自動時，閥上信號不會突變§4.5單回路控制系統(tǒng)工程設計實例

課前思考并設計：例2、噴霧式干燥設備控制系統(tǒng)設計作為作業(yè)上交工藝過程：q1q儲槽例1、儲槽液位控制系統(tǒng)設計§4.5單回路控制系統(tǒng)工程設計實例

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，如圖所示的液體儲槽，如進料罐，成品罐，中間緩沖容器，水箱等設備應用十分普遍，為了保證生產(chǎn)正常進行，物料進出均需平衡，以保證過程的物料平衡。因此，工藝要求儲槽內(nèi)的液位需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化，并保證物料不產(chǎn)生溢出。根據(jù)工藝可知，儲槽的液位要求維持在某給定值上下，故可直接選取液位為被控參數(shù)（直接參數(shù)）即：y=L儲槽液位控制系統(tǒng)設計——選擇被控參數(shù)yqoqi選q=qiLTLC影響y=L因素有：LCqoqi選q=qoLT儲槽液位控制系統(tǒng)設計——選擇控制參數(shù)qqi

、qo、Pi

、Po、大氣壓等等其中：qi

和qo對L影響都較大選用儀表：常選用DDZ-III型差壓變送器測液位、氣動薄膜控制閥工藝要求：保證物料量不溢出，調(diào)節(jié)閥應選擇何種形式：流量特性選擇：依據(jù)對象及測量環(huán)節(jié)特性來選擇對數(shù)流量特性儲槽液位控制系統(tǒng)設計——

選擇調(diào)節(jié)閥（正/反作用、流量特性）qoqi調(diào)流入量qiLTLC氣開式LCqoqi調(diào)流出量qoLT氣關式控制規(guī)律選擇：若儲槽是為了起緩沖作用而控制液位的，則對液位控制要求不太高，調(diào)節(jié)器采