第3章單回路控制系統(tǒng)

第3章單回路控制系統(tǒng)4單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例1單回路控制系統(tǒng)介紹2單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)簡(jiǎn)介單回路反饋控制系統(tǒng)---又稱簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)被控過程、一個(gè)檢測(cè)變送器、一個(gè)控制器一個(gè)執(zhí)行器所組成的．生產(chǎn)過程自動(dòng)化的基本單元、其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求，應(yīng)用十分廣泛。對(duì)一個(gè)被控變量進(jìn)行控制的單回路反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)從框圖上看只有一個(gè)閉環(huán)回路?？刂破鲌?zhí)行器被控過程測(cè)量變送給定值+-偏差e閥門開度信號(hào)調(diào)節(jié)量被控參數(shù)參數(shù)測(cè)量值擾動(dòng)WC（S）WV（S）WO（S）Wm(S)X（S）+-E（S）Y（S）Z（S）單回路控制系統(tǒng)框圖F（S）液位控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)控制部分廣義對(duì)象主要組成部分(1)、被控對(duì)象：生產(chǎn)過程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。(2)、檢測(cè)變送單元：檢測(cè)量轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。(3)、控制器：實(shí)時(shí)地對(duì)被控系統(tǒng)施加控制作用。(4)、執(zhí)行器：將控制信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)控制閥。常見的有氣動(dòng)和電動(dòng)兩種。(5)、控制閥：控制進(jìn)料量。有氣開式和氣關(guān)式之別。氣壓信號(hào)中斷，閥門完全關(guān)閉氣壓信號(hào)中斷，閥門完全打開單回路控制系統(tǒng)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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；占控制回路的85%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)荷與干擾變化比較平穩(wěn)或者工藝要求不太高的場(chǎng)合。2單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、被控變量和控制變量的選擇二、控制閥的選擇三、測(cè)量變送環(huán)節(jié)的選擇四、控制規(guī)律的選擇五、系統(tǒng)的投運(yùn)及控制器參數(shù)整定過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.單項(xiàng)性能指標(biāo)2.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)e(t)為泛函數(shù)的積分評(píng)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。誤差積分(IE)絕對(duì)誤差積分(IAE)平方誤差積分(ISE)時(shí)間與絕對(duì)誤差乘積積分(ITAE)采用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)的側(cè)重點(diǎn)不同。例如ISE著重于抑制過渡過程中的大誤差，而ITAE則著重懲罰過程拖得過長(zhǎng)。

誤差積分指標(biāo)有一個(gè)缺點(diǎn)，它們并不能都保證控制系統(tǒng)具有合適的衰減率（人們關(guān)注）；等幅震蕩過程是不能接受的，而它的IE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，再考慮使誤差積分為最小。一.被控變量的選擇

二.控制變量的選擇被控變量和操縱變量的選擇被制參數(shù)選擇1、選擇的意義是控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的一個(gè)至關(guān)重要的問題。恰當(dāng)?shù)倪x擇對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件有很大的作用。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(cè)控制儀表，都不能達(dá)到良好的控制效果。

t

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，以及安全運(yùn)行的參數(shù)。（如鍋爐的水位控制)。t

選間接參數(shù)（1）當(dāng)選直接參數(shù)有困難時(shí)采用。(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。)（2）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(duì)應(yīng)關(guān)系、易于測(cè)量的參數(shù)作為被控參數(shù)。

2、

選擇方法3.被制參數(shù)選擇的原則

(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),一般都是工藝過程中比較重要的變量。(2)當(dāng)無法獲得直接指標(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。

(3)被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來,并具有足夠大的靈敏度。(4)必須考慮工藝合理性和國內(nèi)外儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。

(5)被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。被控變量的選擇原則控制變量的選擇當(dāng)生產(chǎn)過程中有多個(gè)因素能影響被控參數(shù)(在生產(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(dòng)的校正能力要強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要比擾動(dòng)通道快。(一)、過程靜態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響1.系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖

WC（S）WV（S）WO（S）Wm(S)X（S）+-E（S）Y（S）Z（S）單回路控制系統(tǒng)框圖F（S）Wf（S）突出干擾的形式如下圖所示：

2、傳遞函數(shù)

設(shè)傳遞函數(shù)分別為

則在定值控制下輸出對(duì)干擾的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

由于系統(tǒng)本質(zhì)是穩(wěn)定的，則在單位階躍擾動(dòng)下的余差為

3、穩(wěn)態(tài)余差t

過程穩(wěn)態(tài)特性對(duì)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)。t

應(yīng)使Kf越小越好，以減弱擾動(dòng)對(duì)控制參數(shù)的影響。最佳控制過程中，KcKo應(yīng)為一常數(shù)，Ko大小可通過Kc來調(diào)節(jié)。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，控制通道的Ko擬適當(dāng)選大一些。

4、討論穩(wěn)態(tài)特性指過程的靜態(tài)放大系數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響擾動(dòng)通道的靜態(tài)放大系統(tǒng)Kf大對(duì)控制不利；控制通道的放大系數(shù)Ko愈大，表示控制作用愈靈敏；但Ko太大，會(huì)使控制作用對(duì)被控變量的影響過強(qiáng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；選擇控制通道的Ko適當(dāng)大一些，可由Kc來補(bǔ)償。

（二）過程動(dòng)態(tài)特性的分析擾動(dòng)通道對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響（1）時(shí)間常數(shù)的影響t

系統(tǒng)的超調(diào)量隨Tf的增大而減少，控制質(zhì)量得到提高。

t

Tf變大或個(gè)數(shù)增多，均對(duì)干擾起到了一種濾波作用。（2）

滯后時(shí)間的影響t

干擾通道的純滯后時(shí)間僅使被控參數(shù)對(duì)其反應(yīng)在時(shí)間上平移了一段時(shí)間，理論上無影響。t

干擾通道的容量滯后會(huì)使干擾信號(hào)變得緩和一些，對(duì)克服干擾有利。

（3）干擾作用位置的影響應(yīng)使擾動(dòng)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(dòng)作用點(diǎn)位置遠(yuǎn)離被控量

控制通道對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響（1）時(shí)間常數(shù)的影響l

T0過大特點(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l

T0過小特點(diǎn)：控制作用增強(qiáng)，但系統(tǒng)容易振蕩。措施：T0應(yīng)適度。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。（2）滯后時(shí)間的影響l純滯后0的影響較大,應(yīng)從工藝著手改善。l

容量滯后c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)的工作頻率，減小過渡過程時(shí)間和最大偏差，改善控制質(zhì)量。K、T、τ對(duì)控制質(zhì)量的影響：干擾通道控制通道K（放大倍數(shù)）小，越小越好盡可能大T（時(shí)間常數(shù)）大，越大越好適當(dāng)小τ（純滯后）無關(guān)小，越小越好選擇控制參數(shù)的一般原則控制通道的放大系數(shù)K0要適當(dāng)選大一些；時(shí)間常數(shù)T0要適當(dāng)小一些；純滯后時(shí)間0越小越好，0與T0之比應(yīng)小于1.

擾動(dòng)通道的放大系數(shù)Kf應(yīng)盡可能小；時(shí)間常數(shù)Tf要大；擾動(dòng)引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離控制過程(即靠近調(diào)節(jié)閥)；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。

1、

盡可能選擇測(cè)量誤差小的測(cè)量元件高質(zhì)量的控制離不開高質(zhì)量的測(cè)量。2、盡可能選擇快速響應(yīng)的測(cè)量元件與變送設(shè)備

檢測(cè)與變送器都有一定的時(shí)間常數(shù)，造成所謂的測(cè)量滯后與傳送滯后問題。盡可能選擇快速響應(yīng)的測(cè)量元件與變送設(shè)備。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的測(cè)量變送問題3正確采用微分超前補(bǔ)償

當(dāng)系統(tǒng)中存在較大的測(cè)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)。

但微分控制的使用要慎重，以免引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

4合理選擇測(cè)量點(diǎn)位置并正確安裝

測(cè)量點(diǎn)位置的選擇，應(yīng)盡可能減小參數(shù)測(cè)量滯后與傳送滯后，同時(shí)也要考慮安裝方便

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SO2

氣體從爐頂排出。在其他條件一定時(shí)，爐膛溫度與SO2濃度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)表明：在近爐膛上部的溫度檢測(cè)點(diǎn)的溫度能夠正確地反映SO2的濃度變化。

SO2爐氣二次風(fēng)礦石一次風(fēng)O5、對(duì)測(cè)量信號(hào)作必要的處理

測(cè)量信號(hào)的校正測(cè)量信號(hào)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(dòng)，流體的壓力與流量呈現(xiàn)周期性的脈動(dòng)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(hào)呈周期性的變化，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R和氣容C。對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行線性化處理在檢測(cè)某些過程參數(shù)時(shí)，測(cè)量信號(hào)與被測(cè)信號(hào)之間成某種非線性關(guān)系，一般由測(cè)量元件所致，1）如熱電偶測(cè)溫。2）如節(jié)流裝置輸出差壓與流量的平方成正比，可用開方器來校正?？朔y(cè)量傳送滯后的方法克服方法測(cè)量滯后

純滯后選擇慣性小的測(cè)量元件合理選擇測(cè)量元件的安裝位置引入微分環(huán)節(jié)選擇純滯后較小的測(cè)量變送儀表采用史密斯（smith）預(yù)估補(bǔ)償器

合理選擇測(cè)量元件的安裝位置控制閥的選擇※選用控制閥時(shí)

,一般要根據(jù)被控介質(zhì)的特點(diǎn)

(溫度、壓力、腐蝕性、粘度等

)、控制要求、安裝地點(diǎn)等因素,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)

,一般應(yīng)考慮下列幾個(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)的物理、化學(xué)特性

(如腐蝕性、粘度等

)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)形式。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)，當(dāng)儀表供氣系統(tǒng)故障或控制信號(hào)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)。

(2)氣開式與氣關(guān)式的選擇

動(dòng)執(zhí)行器有氣開式與氣關(guān)式兩種型式。有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)、無信號(hào)壓力時(shí)閥開的為氣關(guān)式。反之

,為氣開。

控制進(jìn)入設(shè)備易燃?xì)怏w的控制閥

,應(yīng)選用氣開式

,以防爆炸

,若介質(zhì)為易結(jié)晶物料

,則選用氣關(guān)式

,以防堵塞。在當(dāng)今的工業(yè)控制器中，有半數(shù)以上采用了PID或變形PID控制方案。模擬PID控制器大多數(shù)是液壓的、氣動(dòng)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，許多變成了數(shù)字型的。大多數(shù)PID控制器是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)的，某些PID控制器還具有在線自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。PID控制優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)單、使用方便

適應(yīng)性強(qiáng)

魯棒性強(qiáng)ProportionIntegralDifferentiation控制器的選擇控制器的選擇控制規(guī)律

正反作用比例(P)比例積分(PI)比例積分微分(PID)正作用反作用比例微分(PD)比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）——比例調(diào)節(jié)的動(dòng)作規(guī)律一.比例帶調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u與偏差信號(hào)e成比例：u=Kpe比例增益在過程控制中，習(xí)慣用增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器偏差信號(hào)與輸出之間的比例關(guān)系：比例帶數(shù)值上比例度等于輸入偏差變化相對(duì)值與相應(yīng)的輸出變化相對(duì)值之比的百分?jǐn)?shù)。

比例帶計(jì)算即比例帶δ越大，表示比例控制作用越弱。(δ=1/Kp）減小比例度，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能變差，但可相應(yīng)地減小余差，提高靜態(tài)精度.一臺(tái)DDZ-Ⅲ型溫度比例控制器，測(cè)溫范圍為200～1200℃,其輸出為4～20mA。當(dāng)溫度給定值由800℃變動(dòng)到850℃，其輸出由12mA變化到16mA。試求該控制器的比例帶及放大系數(shù)。e.g.由定義：二.比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)——有差調(diào)節(jié)在比例調(diào)節(jié)的作用下，在負(fù)荷擾動(dòng)下的調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)量不可能與設(shè)定值準(zhǔn)確相等，它們之間一定有殘差。自動(dòng)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。e.g.水加熱器出水溫度控制系統(tǒng)三.比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響很大意味著調(diào)節(jié)閥的動(dòng)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(zhǎng)；減小就加大了調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度，引起被調(diào)量來回波動(dòng)，殘差相應(yīng)減小。比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大。但是減小比例帶又等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，將導(dǎo)致系統(tǒng)激烈震蕩甚至不穩(wěn)定。比例帶對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響曲線圖積分調(diào)節(jié)（I調(diào)節(jié)）一.積分調(diào)節(jié)動(dòng)作規(guī)律調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的變化速度與偏差信號(hào)成正比，即或積分速度調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號(hào)的積分成正比。二.積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)1.無差調(diào)節(jié)×-從物理意義上解釋：e.g.2.穩(wěn)定性比比例調(diào)節(jié)差，且調(diào)節(jié)過程慢對(duì)同一被控對(duì)象分別采用P調(diào)節(jié)和I調(diào)節(jié)，曲線如下：P調(diào)節(jié)I調(diào)節(jié)三.積分速度對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響增大積分速度會(huì)降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度——越大，調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作愈快，振蕩頻率越來越高。比例積分調(diào)節(jié)（PI調(diào)節(jié)）一.比例積分調(diào)節(jié)的動(dòng)作規(guī)律綜合P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)：利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用I調(diào)節(jié)消除殘差。它的調(diào)節(jié)規(guī)律為：或：比例帶積分時(shí)間

在比例帶不變的情況下，減小積分時(shí)間，將使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低、振蕩加劇、調(diào)節(jié)過程加快、振蕩頻率升高。

PI調(diào)節(jié)引入積分動(dòng)作帶來消除系統(tǒng)殘差好處的同時(shí)，卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。e.g.水加熱器出水溫度控制系統(tǒng)

為消除偏差采用PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥選用氣開式，調(diào)節(jié)器為反作用方式微分調(diào)節(jié)的引入比例調(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——根據(jù)當(dāng)前及過去的偏差的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)P、I調(diào)節(jié)均不管當(dāng)時(shí)被調(diào)量的變化趨勢(shì)。這可能導(dǎo)致被調(diào)量隨即出現(xiàn)大的偏差。微分調(diào)節(jié)：在控制作用中加入被調(diào)量的變化趨勢(shì)，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)器某種程度的預(yù)見性。e.g.加熱器溫度的PI控制前提：某時(shí)刻e=Tr

–T接近0，累計(jì)也誤差接近0，此時(shí)PI調(diào)節(jié)器的輸出u為0,蒸汽閥關(guān)閉。但此時(shí)冷水仍進(jìn)入，導(dǎo)致溫度下降。需經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間才能調(diào)回到設(shè)定值。這時(shí)，可加入微分作用，對(duì)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)（PID調(diào)節(jié)）微分調(diào)節(jié)作用

調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比：注意：?jiǎn)渭兊奈⒎终{(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)器都有一定的失靈區(qū)，如果被控對(duì)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(huì)動(dòng)作，但經(jīng)過很長(zhǎng)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)只能起輔助調(diào)節(jié)的作用，它可以與其它調(diào)節(jié)動(dòng)作結(jié)合成PD和PID調(diào)節(jié)作用。二.比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律或其傳遞函數(shù)為：比例帶微分時(shí)間三.比例微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)由于穩(wěn)態(tài)下，de/dt=0，PD調(diào)節(jié)器的微分部分為零，因此PD調(diào)節(jié)也是有差調(diào)節(jié)；微分調(diào)節(jié)動(dòng)作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩，它有提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。適度引入微分動(dòng)作可以允許稍許減小比例帶，同時(shí)保持衰減率不變。微分調(diào)節(jié)須注意：微分作用太強(qiáng)容易導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開度向兩端飽和，因此在PD調(diào)節(jié)中總是以比例動(dòng)作為主。

PD調(diào)節(jié)器的抗干擾能力很差，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。

微分調(diào)節(jié)作用對(duì)于純延遲過程無效。

引入微分動(dòng)作要適度。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)PD控制系統(tǒng)隨著微分時(shí)間TD增大，其穩(wěn)定性提高，但TD過大，系統(tǒng)反而不穩(wěn)定了。四、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律或PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：PID控制器參數(shù)的影響比例控制比例積分控制比例積分微分總結(jié)比例積分微分PID控制器參數(shù)的影響P---比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，快速作用于輸出，好比“現(xiàn)在”（現(xiàn)在就起作用，快）；I---積分控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，消除過去的累積誤差，好比“過去”（清除過去積怨，回到準(zhǔn)確軌道）；D---微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超前控制作用，好比"未來"（放眼未來，未雨綢繆）。

三個(gè)參數(shù)之間需要權(quán)衡，以達(dá)到最佳控制效果，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)、快、準(zhǔn)的控制特點(diǎn)；增大比例系數(shù)P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)值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動(dòng)的影響，但有余差出現(xiàn)，過大的比例系數(shù)會(huì)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。

比例作用：積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它能對(duì)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

。

積分作用：微分具有超前作用，如果微分項(xiàng)設(shè)置得當(dāng)，對(duì)于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，有顯著效果，它可以使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，動(dòng)態(tài)誤差減小。微分作用：如何選擇調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律？主要原則:根據(jù)對(duì)象特性、負(fù)荷變化、主要擾動(dòng)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)濟(jì)性以及系統(tǒng)投入方便等。一、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇原則：

根據(jù)比值選擇控制規(guī)律：已知過程的數(shù)學(xué)模型：

l

時(shí)，選用比例或比例積分控制規(guī)律；l

時(shí)，選用比例積分或比例積分微分控制規(guī)律；l

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，采用其他控制方式。

<0.22條規(guī)律經(jīng)驗(yàn)表明根據(jù)過程特性選擇控制規(guī)律：比例控制規(guī)律(P)：特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，過渡過程時(shí)間短，但有余差。適用：控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大，允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。比例積分控制規(guī)律(PI)：特點(diǎn)：過渡過程結(jié)束時(shí)無余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。適用：滯后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng)，如流量、液位控制

l

比例微分控制規(guī)律(PD)：特點(diǎn)：對(duì)于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)、有顯著的效果。適用：控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后大，適用于溫度、成分控制

l

比例積分微分控制規(guī)律(PID)：特點(diǎn)：對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。適用：負(fù)荷變化大，容量滯后大，控制質(zhì)量要求很高的系統(tǒng)。如反應(yīng)器、聚合釜的溫度控制。回顧調(diào)節(jié)閥、被控對(duì)象和測(cè)量變送元件等調(diào)節(jié)器負(fù)反饋：緩解對(duì)象中的不平衡，達(dá)到自動(dòng)控制目的。+正反饋：加劇被控對(duì)象流入量流出量的不平衡，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。調(diào)節(jié)器正反作用選擇為了適應(yīng)不同被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制的需要，工業(yè)調(diào)節(jié)器都設(shè)置有正、方作用開關(guān)（正、反作用方式）。正作用方式：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u隨著被調(diào)量y的增大而增大，調(diào)節(jié)器的增益為“-”。反作用方式：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)u隨著被調(diào)量y的增大而減小，調(diào)節(jié)器的增益為“+”。調(diào)節(jié)器正、反作用的確定

t

控制閥：氣開式為“＋”，氣關(guān)式為“-”；t

被控對(duì)象：物料或能量增加時(shí)，被控參數(shù)隨之增加為“＋”，隨之減少為“-”；t

控制器：正作用：其靜態(tài)放大系數(shù)KC取負(fù)；反作用：其靜態(tài)放大系數(shù)KC取正；t變送器：一般為“＋”；原則：使整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)---乘積為正

根據(jù)控制系統(tǒng)方框圖確定調(diào)節(jié)器的正反作用

首先根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則①確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式；然后按②被控過程特性，確定其正、反作用；最后根據(jù)上述組成該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)極性相乘必須為正的原則來③確定調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。被控過程增益調(diào)節(jié)閥增益調(diào)節(jié)器增益測(cè)量變送裝置增益(+)確定調(diào)節(jié)器正、反作用的次序過程：作業(yè)11.某電動(dòng)比例調(diào)節(jié)器的測(cè)量范圍為，

其輸出為。當(dāng)溫度從變化到時(shí)，測(cè)得調(diào)節(jié)器的輸出從

變化到。求該調(diào)節(jié)器的比例帶。

作業(yè)23-23.作業(yè)33-24測(cè)量值↑液位↑液位↓閥門關(guān)小控制器輸出↓反作用控制系統(tǒng)投運(yùn)和參數(shù)整定投運(yùn)：在控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、儀表安裝調(diào)校就緒后，或者經(jīng)過停車檢修之后，再將系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用的過程。操作人員在系統(tǒng)投運(yùn)之前，必須對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各種儀器儀表、聯(lián)接管線、供電、供氣情況等進(jìn)行全面檢查和準(zhǔn)備。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的投運(yùn)控制系統(tǒng)投運(yùn)步驟投運(yùn)步驟：檢測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行；調(diào)節(jié)閥投運(yùn)；調(diào)節(jié)器投運(yùn)。待回路工況穩(wěn)定后，可投入自動(dòng)：把調(diào)節(jié)器PID參數(shù)值設(shè)置合適位置，當(dāng)其偏差接近零時(shí)，即將調(diào)節(jié)器由手動(dòng)切換到自動(dòng)；若還不夠理想，則繼續(xù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，直到滿意為止?？刂破鲄?shù)整定

控制系統(tǒng)整定的基本要求通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)使其特性與被控對(duì)象特性相匹配，以達(dá)到最佳的控制效果，稱作“最佳整定”，這時(shí)的調(diào)節(jié)器參數(shù)叫做“最佳整定參數(shù)”。系統(tǒng)整定實(shí)質(zhì)系統(tǒng)整定方法可歸納為兩大類：

理論計(jì)算整定法如根軌跡法、頻率特性法。這類方法基于被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型（如傳遞函數(shù)、頻率特性），通過計(jì)算方法直接求得調(diào)節(jié)器整定參數(shù)。往往比較復(fù)雜、繁瑣，使用不十分方便。

工程整定法近似的經(jīng)驗(yàn)方法，基于對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線或直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行。方法簡(jiǎn)單，易于掌握，相當(dāng)實(shí)用。工程整定方法常見的工程整定方法：動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法衰減曲線法臨界比例度法經(jīng)驗(yàn)法但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。一、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法原理：在調(diào)節(jié)閥WV(s)的輸入端加一階躍信號(hào)，記錄測(cè)量變送器Wm(s)的輸出響應(yīng)曲線，根據(jù)該曲線求出代表廣義過程的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)(過程的時(shí)延，過程的時(shí)間常數(shù))后根據(jù)這些參數(shù)的數(shù)值，分別應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。在系統(tǒng)開環(huán)并穩(wěn)定的情況下的產(chǎn)生一階躍變化記錄下被控變量y隨時(shí)間變化的曲線，如左圖過A（拐點(diǎn)）作切線，并得出τ、Τo

代入公式。ΔpyttpToτA控制器類型控制器參數(shù)

δ,%Ti,minTd,min

P(Ko

×

τ/Τo)×100%

——

——

PI(1.1Ko×

τ/Τo)×100%

3.3τ

——

PID(0.85Ko×

τ/Τo)×100%

2τ

0.5τΔpyttpToτA例題:有一個(gè)蒸氣加熱器溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)電動(dòng)Ⅱ型控制器的手動(dòng)輸出電流從6mA突然增加到7mA時(shí)，加熱器溫度從原先穩(wěn)態(tài)值85.0℃上升到新的穩(wěn)態(tài)值87.8℃。所用測(cè)溫儀的量程為50～100℃。試驗(yàn)得τ=1.2min,To=2.5min.若采用PI控制器，其參數(shù)整定應(yīng)為多少？如果改用PID控制器，其參數(shù)整定又應(yīng)為多少？解：由已知條件可得：

ΔP=7－6=1(mA)

Pmax－Pmin=10－0=10(mA)Δy=87.8－85=2.8(℃)

ymax

－ymin=100－50=50(℃)根據(jù)公式：

K0=0.56

當(dāng)采用PI控制器時(shí)：

δ%=（1.1Ko×

τ/To）×100%=(1.1×0.56×1.2/2.5)100%=29.6%Ti=3.3τ=3.3×1.2=3.96(min)

當(dāng)采用PID控制器時(shí)：

δ%=（0.85Koτ/To）×100%=(0.85×0.56×1.2/2.5)×100%=22.8%Ti=2τ=2×1.2=2.4(min)TD=0.5τ=0.5×1.2=0.6(min)二、穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）是目前工程上應(yīng)用較廣泛的一種控制器參數(shù)的整定方法。

所謂臨界比例度法，是在系統(tǒng)閉環(huán)的情況下，用純比例控制的方法獲得臨界振蕩數(shù)據(jù)，即臨界比例度K和臨界振蕩周期TK，然后利用一些經(jīng)驗(yàn)公式，求取滿足4：1衰減振蕩過渡過程的控制器參數(shù)。

(1)將控制器的積分時(shí)間放在最大（TI=），微分時(shí)間放在最小值（TD=0)，比例度放在較大值后，把系統(tǒng)投入運(yùn)行。

整定步驟：

(2)將逐漸減小得到如圖所示等幅振蕩過程，記下臨界比例度K和臨界振蕩周期TK值。(3)利用K和TK試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按表的經(jīng)驗(yàn)公式，求出控制器的各整定參數(shù)。(4)將控制器的比例度換成整定后的值，然后依次放上積分時(shí)間和微分時(shí)間的整定值，繼續(xù)適當(dāng)調(diào)整值，直到滿足要求。采用表中的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算、TI、TD的值例：用臨界比例度法整定某過程控制系統(tǒng)，所得的比例

度K=20%，臨界振蕩周期TK=1min，當(dāng)控制器

分別采用P作用、PI作用、PID作用時(shí)，求其最佳

整定參數(shù)值。解：應(yīng)用表3-1經(jīng)驗(yàn)公式，可得(1)比例控制器

=2K=2×20%=40%(2)比例積分控制器

=2.2K=2.2×20%=44%TI=TK/1.2=1/1.2=0.83min(3)比例積分微分控制器

=1.6K=1.620%=32%TI=0.5TK=0.51=0.5minTD=0.25TI=0.250.5=0.125min

三、阻尼振蕩法（衰減曲線法）是在總結(jié)臨界比例度法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)提出的整定步驟：（1）實(shí)現(xiàn)4:1衰減

先把參數(shù)置成純比例作用

(TI=,TD=0)，使系統(tǒng)投入運(yùn)行；

再把從大逐漸調(diào)小，直到出現(xiàn)圖所示的4:1衰減過程曲線；

此時(shí)的4:1衰減比例度為S，4:1衰減振蕩周期TS。（2）計(jì)算參數(shù)

根據(jù)S和TS，使用表計(jì)算出控制器的各個(gè)整定參數(shù)值

(3)進(jìn)一步調(diào)整

按“先P后I最后D”的操作程序，將求得的參數(shù)設(shè)置在控制器上；再觀察運(yùn)行曲線，若不太理想，可做適當(dāng)調(diào)整

例

某溫度控制系統(tǒng)，采用4:1衰減曲線法整定控制器參數(shù)，得S=20%，TS=10分，當(dāng)控制器分別為比例作用、比例積分作用、比例積分微分作用時(shí)，試求其整定參數(shù)值。解:應(yīng)用表3-2中的經(jīng)驗(yàn)公式，可得

(1)、比例控制器=S=20%(2)、比例積分控制器=1.2S=1.220%=24%TI=0.5TS=0.510=5min(3)、比例積分微分控制器=0.8S=0.820%=16%TI=0.3TS=0.310=3minTD=0.1TS=0.110=1min

四、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)整定法（湊試法）

表

常用的參數(shù)經(jīng)驗(yàn)范圍PID參數(shù)是根據(jù)控制對(duì)象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制,一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小慣量如：一個(gè)小電機(jī)帶一水泵進(jìn)行壓力閉環(huán)控制,一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,這些要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)進(jìn)行修正的。

主要分析調(diào)節(jié)器參數(shù)比例帶、積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間Td對(duì)控制過程的影響

控制器類型

PPIPID說明整定參數(shù)δ↑δ↑

Ti↑δ↑Ti↑

Td↑↑:表示增加↓:表示減小Td過大時(shí)，將出現(xiàn)較高頻率的振蕩而衰減率減小.主要性能衰減率↑↑略有↑↑略有↑略有↑動(dòng)態(tài)偏差↑↑略有↑↑略有↑↓振蕩頻率↓↓略有↓↓略有↓↑復(fù)原速度——↓—↓—穩(wěn)態(tài)偏差(負(fù)荷擾動(dòng)時(shí))↑Ti過大時(shí)，輸出響應(yīng)緩慢地趨向其穩(wěn)態(tài)值，對(duì)于振蕩過程輸出偏向在穩(wěn)態(tài)值之上(或下)振蕩.比例是必須的,它直接影響精度,影響控制的結(jié)果積分它相當(dāng)于力學(xué)的慣性能使震蕩趨于平緩

微分控制提前量它相當(dāng)于力學(xué)的加速度影響控制的反應(yīng)速度.太大會(huì)導(dǎo)致大的超調(diào)量使系統(tǒng)極不穩(wěn)定.太小會(huì)使反應(yīng)緩慢.

按照先比例（P）、再積分（I）、最后微分（D）的順序。

整定步驟(1)在純比例作用下(TI=、TD=0)

在比例度按表的取值下，將系統(tǒng)投入運(yùn)行；

若曲線振蕩頻繁，則加大比例度；

若超調(diào)量大，且趨于非周期，則減少，求得滿意的4:1過渡過程曲線。(2)引入積分作用(此時(shí)應(yīng)將上述加大1.2倍)

將積分時(shí)間TI由大到小進(jìn)行整定;

若曲線波動(dòng)較大，則應(yīng)增大TI;

若曲線偏離給定值后長(zhǎng)時(shí)間回不來，則需減少TI，以求得較好的過渡過程曲線。

(3)若需引入微分作用將TD按經(jīng)驗(yàn)值或按TD=(1/3～1/4)TI設(shè)置，并由小到大加入;

若曲線超調(diào)量大而衰減慢，則需增大TD;

若曲線振蕩厲害，則應(yīng)減小TD;

觀察曲線，再適當(dāng)調(diào)節(jié)和TI，反復(fù)調(diào)試直到獲得滿意的過渡過程曲線。PID調(diào)節(jié)口訣參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降

曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動(dòng)差大來波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)

理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1

一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低大多數(shù)生產(chǎn)過程是非線性的，調(diào)節(jié)器參數(shù)與系統(tǒng)所處的穩(wěn)態(tài)工況有關(guān)；生產(chǎn)中需適時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)大多數(shù)生產(chǎn)過程的特性隨時(shí)間變化，將導(dǎo)致調(diào)節(jié)性能的惡化；傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)是采用人工整定，費(fèi)時(shí)且不具有“自適應(yīng)”能力，只能依靠人工重新整定參數(shù)；調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定與系統(tǒng)控制質(zhì)量直接相關(guān)，而控制質(zhì)量意味著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。研究調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定的目的是尋找一種對(duì)象驗(yàn)前知識(shí)不需要很多，而又簡(jiǎn)單魯棒性又好的方法。控制器參數(shù)整定單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例單回路控制系統(tǒng)指由一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí)行器和一個(gè)被控對(duì)象組成的單回路閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)?；仡櫮谭凵a(chǎn)工藝流程噴霧干燥法生產(chǎn)奶粉工藝流程原材料驗(yàn)收及預(yù)處理——標(biāo)準(zhǔn)化配料——真空濃縮——噴霧干燥——流化床——振動(dòng)篩——包裝——裝箱——檢驗(yàn)——出廠每天一斤奶強(qiáng)壯中國人?!......e.g.1噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、配料

配料是生產(chǎn)的開始，是非常關(guān)鍵的工序。物料配好后，在其后的生產(chǎn)工序中除水分外，各種物質(zhì)的比例關(guān)系是不變的，故可以說配料準(zhǔn)確與否直接影響最終產(chǎn)品質(zhì)量。所以，配料工序不但是各種營(yíng)養(yǎng)成分充分混勻的過程，還涉及投料順序、原料狀態(tài)要求、投料方法等。

2、殺菌

牛乳中的細(xì)菌很多，是引起牛乳和奶粉變質(zhì)的主要原因。殺菌的目的就在于抑制細(xì)菌的繁殖和消滅致病菌?，F(xiàn)在常采用的殺菌方法是巴氏殺菌法，若使用片式或管式殺菌器，通常采用的殺菌條件為80～85℃、保持30秒鐘，或95℃，保持24秒鐘。若用超高溫瞬時(shí)殺菌裝置，則為120～150℃，保持1～2秒鐘。奶粉生產(chǎn)工藝奶粉是以鮮奶為基料，根據(jù)配方不同，添加或不添加其他原料，經(jīng)數(shù)道工序制造而成，簡(jiǎn)言之，就是把按一定配比混合好的物料中的水分除去并制成粉狀產(chǎn)品的過程。3、濃縮

濃縮的過程是除去部分水分的過程，乳品廠生產(chǎn)多采用真空濃縮，又有單效和多效之分。

真空濃縮的意義在于：

（1）可節(jié)省制粉工序的蒸氣和動(dòng)力消耗，降低成本；

（2）改善奶粉顆粒的物理性狀，增強(qiáng)分散性和溶解性；

（3）排除氧氣和空氣，改善奶粉的保藏性；

（4）增加奶粉密度，利于包裝。4、噴霧干燥（制粉）

濃奶由高壓泵壓入噴槍，經(jīng)噴嘴霧化后分散成液滴，在干燥室經(jīng)熱空氣加熱，瞬間蒸發(fā)水分成為粉狀顆粒，自由落下，經(jīng)出粉口排出。

制粉工序影響產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)主要有進(jìn)風(fēng)溫度、排風(fēng)溫度、濃奶濃度、高壓泵壓力等。5、出粉、涼粉

因干燥室溫度較高，粉溫一般在60-65℃。如果在此溫度下停留時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)增加游離脂肪量，蛋白質(zhì)變性，保存期易使脂肪氧化，影響產(chǎn)品的溶解度和色澤、風(fēng)味，因此應(yīng)及時(shí)涼粉、篩粉。

現(xiàn)在較為先進(jìn)的降溫設(shè)備是流化床6.稱量與包裝：乳粉冷卻后應(yīng)立即用馬口鐵罐、玻璃罐或塑料袋進(jìn)行包裝。根據(jù)保存期和用途的不同要求，可分為小罐密封包裝、塑料袋包裝和大包裝。三聚氰胺是個(gè)微溶于水的化學(xué)品，三聚氰胺都是呈現(xiàn)顆粒狀懸浮在液體之中，奶粉生產(chǎn)工藝的第一個(gè)環(huán)節(jié)就是“過濾”！如果是奶農(nóng)加了三聚氰胺，在第一個(gè)工藝流程里就會(huì)被層層的過濾器所攔截。在哪個(gè)環(huán)節(jié)最方便添加呢？就是在牛奶在做完殺菌環(huán)節(jié)以后的真空脫水環(huán)節(jié)！白色的三聚氰胺和白色的奶粉混合，完全無法分辯！而且總氮測(cè)試肯定過關(guān)！三鹿奶粉中三聚氰氨的含量達(dá)到了千分之2.6，即1袋奶粉中含將近1克三聚氰胺三鹿奶粉中三聚氰胺來源于生產(chǎn)過程噴霧干燥工藝惠氏嬰幼兒奶粉生產(chǎn)基地

由于乳化物屬膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，不能用泵抽出。采用高位槽的辦法。過程：1）濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過濾器A，B，除去凝結(jié)塊等雜質(zhì)，再至干燥器頂部從噴嘴噴出。2）空氣由鼓風(fēng)機(jī)送至換熱氣，熱空氣與鼓風(fēng)機(jī)直接來的空氣混合后，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，從而蒸發(fā)乳液中的水分，成為奶粉，并隨濕空氣一起送出，進(jìn)行分離。噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝要求干燥后的產(chǎn)品含水量波動(dòng)要小，即溫度要求穩(wěn)定。設(shè)計(jì)要求1.選擇被控變量與操縱變量2.過程檢測(cè)、控制設(shè)備的選用奶粉噴霧干燥塔1.選擇被控變量直接參數(shù)----濕度（測(cè)量困難）2.選擇操縱變量（控制參數(shù)）乳液流量f1(t)旁路空氣流量f2(t)蒸汽流量f3(t)間接參數(shù)----干燥塔出口溫度由于產(chǎn)品水分含量測(cè)量十分困難，根據(jù)生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量（水分含量）與干燥器里的溫度密切相關(guān)，選干燥器里的溫度為被控參數(shù)。三種控制方案：

方案一以乳液流量f1為控制參數(shù)方案二以旁路空氣量f2為控制參數(shù)方案三以熱蒸汽量f3為控制參數(shù)方案比較：方案一：采用乳液流量作控制參數(shù)，乳液直接進(jìn)入干燥器，控制通道滯后最小，對(duì)干燥溫度的校正作用最靈敏.擾動(dòng)通道不僅時(shí)延大而且位置最靠近調(diào)節(jié)閥，從控制品質(zhì)上考慮，應(yīng)該選此方案。但乳液流量是生產(chǎn)負(fù)荷，即產(chǎn)量，若作為控制參數(shù)，則他不能始終在最大的負(fù)荷點(diǎn)工作，從而限制生產(chǎn)能力。在乳液管線上裝了調(diào)節(jié)閥，容易使?jié)饪s液結(jié)塊，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

方案二、三的比較：乳液流量f1(t)作為擾動(dòng)量，其對(duì)控制系統(tǒng)的影響是相同的。由于換熱器為一雙容對(duì)象，時(shí)間常數(shù)大.方案二采用風(fēng)量作為控制參數(shù)時(shí)，控制通道時(shí)間常數(shù)小，擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)大；擾動(dòng)作用點(diǎn)位置靠近調(diào)節(jié)閥。

方案三采用蒸汽量作為控制參數(shù)時(shí)，控制通道時(shí)間常數(shù)大，擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)小.單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)例12結(jié)論：方案二選擇旁路空氣量為控制參數(shù)的方案為最佳。3.過程檢測(cè)、控制設(shè)備的選用

測(cè)溫元件及變送器被控溫度在600度，選用熱電阻溫度計(jì)，為提高檢測(cè)精度、應(yīng)用三線制接法，并配有溫度變送器。4.調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

調(diào)節(jié)閥根據(jù)生產(chǎn)工藝的安全原則及被控介質(zhì)的特點(diǎn)，選用氣關(guān)式。根據(jù)過程特性與控制要求選用對(duì)數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。

調(diào)節(jié)器根據(jù)過程特性與工藝要求，可選用PI或PID控制規(guī)律。

e.g.2貯槽液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)工藝要求

貯槽的液位要求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。設(shè)計(jì)要求1.選擇被控變量與操縱變量2.過程檢測(cè)、控制設(shè)備的選用控制系統(tǒng)的組成變送器檢測(cè)液位控制器對(duì)偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變量

1、工藝要求：，貯槽的液位要求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。當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)的影響時(shí)，為使被控變量（液位）與設(shè)定值保持一致，檢測(cè)被控變量，并與設(shè)定值比較得到偏差，按一定控制規(guī)律對(duì)偏差運(yùn)算，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)操縱變量（流量），最終使被控變量回復(fù)到設(shè)定值2、選擇被控參數(shù)根據(jù)工藝可知，貯槽的液位要求維持在某給定值上下，直接選取液位為被控參數(shù)。a)流入貯槽的流量

3、選擇控制參數(shù)b)流出貯槽的流量氣關(guān)氣開（方案一）以出水閥R2為調(diào)節(jié)閥2）故障時(shí)為保證下道工序能正常工作，選用氣關(guān)閥?！?”3）對(duì)液位對(duì)象來說，

q2增加，h減少，故被控過程為反作用。

“-”1）一般來說，檢測(cè)變送環(huán)節(jié)增益為“+”。儲(chǔ)水槽液位控制系統(tǒng)框圖如下：“+”反作用“-”氣關(guān)“-”反作用“+”由各環(huán)節(jié)乘積為正原則，液位調(diào)節(jié)器為“+”，即為反作用方式。（方案二）以入水閥R1為調(diào)節(jié)閥2）故障時(shí)為保證下道工序能正常工作，選用氣關(guān)閥?！?”3）對(duì)液位對(duì)象來說，

q1增加，h增加，故被控過程為正作用。

“+”1）檢測(cè)變送環(huán)節(jié)增益為“+”。這時(shí)儲(chǔ)水槽液位控制系統(tǒng)框圖如下：“+”正作用“+”氣關(guān)“-”正作用“-”由各環(huán)節(jié)乘積為正原則，液位調(diào)節(jié)器為“-”，即為正作用方式。兩種方案具有相同的框圖結(jié)構(gòu)：比較：當(dāng)突然停電、停氣的事故情況下，方案一最多流光貯槽中的液體，而方案二將形成長(zhǎng)流水的情況，浪費(fèi)嚴(yán)重

液位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥-液位對(duì)象檢測(cè)、變送環(huán)節(jié)1qmhuerhh4.選用過程檢測(cè)設(shè)備選用DDZ-III型差壓變送器來實(shí)現(xiàn)貯槽中的液位的檢測(cè)和變送。根據(jù)生產(chǎn)工藝安全原則選擇調(diào)節(jié)閥。方案一選用氣開式，方案二選用氣關(guān)式，選用對(duì)數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥?？刂埔?guī)律選擇，對(duì)液位要求不高，調(diào)節(jié)器采用寬比例度的比例作用即可；當(dāng)容器作為計(jì)量槽使用時(shí)，則需精確控制液位，采用比例積分控制。

調(diào)節(jié)器和控制對(duì)象是單回路控制系統(tǒng)的兩個(gè)主要的組成部分

單回路控制系統(tǒng)原理框圖WT(S)W0(S)WZ(S)Wm(S)VTrVm(內(nèi)擾)廣義調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器控制對(duì)象廣義控制對(duì)象單回路控制系統(tǒng)總結(jié)控制器(LC或TC)執(zhí)行器（控制閥）被控對(duì)象（液位儲(chǔ)槽或換熱器）測(cè)量、變送環(huán)節(jié)（LT或TT）被控變量（液位或溫度）干擾偏差設(shè)定值＋－廣義對(duì)象簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方塊圖簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方塊圖對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響

控制作用被調(diào)量干擾作用熱工對(duì)象W0λ（s）W0μ（s）干擾通道控制通道

控制質(zhì)量是用衰減率或衰減比n、動(dòng)態(tài)偏差ym（）、靜態(tài)偏差y（）或e（）、控制時(shí)間ts等

。描述對(duì)象特性的特征參數(shù)是放大系數(shù)K

、時(shí)間常數(shù)Tc（T）、遲延時(shí)間τ（n）。WT(S)W*0(S)VTVm（擾動(dòng)）控制器為比例控制規(guī)律其放大系數(shù)為KP

干擾通道和控制通道的放大系數(shù)為K

、K0

干擾通道和擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)為T、T一、干擾通道的特征參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響1．放大系數(shù)K對(duì)控制質(zhì)量的影響

∴在單位階躍擾動(dòng)下,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值：

干擾通道的放大系數(shù)K越大,在擾動(dòng)作用下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差、穩(wěn)態(tài)誤差(靜態(tài)偏差)越大。

2．時(shí)間常數(shù)T對(duì)控制質(zhì)量的影響

設(shè)K=1,且擾動(dòng)通道為一階慣性環(huán)節(jié)

擾動(dòng)通道的時(shí)間常數(shù)越大越好,這樣可使系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度提高，動(dòng)態(tài)偏差減小。

n增加,使閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差減小3．遲延時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響

當(dāng)擾動(dòng)通道存在遲延τ時(shí),則相當(dāng)于一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)了一個(gè)遲延環(huán)節(jié)

擾動(dòng)通道遲延時(shí)間τ的存在僅使被調(diào)量在時(shí)間軸上平移了一個(gè)τ值即過渡過程增加了一個(gè)τ時(shí)間。并不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。

4．多個(gè)擾動(dòng)對(duì)控制質(zhì)量的影響

擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置離輸出(被調(diào)量)越遠(yuǎn),對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量影響就越小。

二、控制通道的特征參數(shù)對(duì)控制質(zhì)量的影響（一）放大系數(shù)Ko對(duì)控制質(zhì)量的影響

控制通道的放大系數(shù)KP·Ko

是一種互補(bǔ)關(guān)系，如果KP保持不變，Ko增大時(shí)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度下降，被調(diào)量的動(dòng)、靜態(tài)偏差增大，控制系統(tǒng)的過渡過程的時(shí)間將加長(zhǎng)。（二）時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響

（1）n階慣性對(duì)象對(duì)控制質(zhì)量的影響討論時(shí)間常數(shù)T和階次n

控制通道的時(shí)間常數(shù)T如果增大,系統(tǒng)的反應(yīng)速度慢,工作頻率將下降,系統(tǒng)的過渡過程的時(shí)間將加長(zhǎng)，減小控制通道的時(shí)間常數(shù)，能提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。

慣性對(duì)象階次n越大對(duì)被調(diào)量的影響越慢，調(diào)節(jié)的也越慢，使控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差、控制過程的時(shí)間增大，穩(wěn)定性裕度減小。

（二）時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響

（1）n階慣性對(duì)象對(duì)控制質(zhì)量的影響（二）時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響

（2）有遲延對(duì)象對(duì)控制質(zhì)量的影響討論時(shí)間常數(shù)Tc和遲延時(shí)間為τ

當(dāng)控制通道有遲延時(shí),遲延時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)是不利的，控制質(zhì)量主要取決于遲延和時(shí)間常數(shù)的比值τ/Tc,比值越大則控制質(zhì)量越差。

時(shí)間常數(shù)越大,動(dòng)態(tài)偏差、控制過程的時(shí)間減小，穩(wěn)定性裕度增大，時(shí)間常數(shù)Tc增大能提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。（二）時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間對(duì)控制質(zhì)量的影響

（2）有遲延對(duì)象對(duì)控制質(zhì)量的影響單回路控制系統(tǒng)的分析

主要分析調(diào)節(jié)器參數(shù)比例帶、積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間Td對(duì)控制過程的影響

控制器類型

PPIPID說明整定參數(shù)δ↑δ↑

Ti↑δ↑Ti↑

Td↑↑:表示增加↓:表示減小Td過大時(shí)，將出現(xiàn)較高頻率的振蕩而衰減率減小.主要性能衰減率↑↑略有↑↑略有↑略有↑動(dòng)態(tài)偏差↑↑略有↑↑略有↑↓振蕩頻率↓↓略有↓↓略有↓↑復(fù)原速度——↓—↓—穩(wěn)態(tài)偏差(負(fù)荷擾動(dòng)時(shí))↑Ti過大時(shí)，輸出響應(yīng)緩慢地趨向其穩(wěn)態(tài)值，對(duì)于振蕩過程輸出偏向在穩(wěn)態(tài)值之上(或下)振蕩.過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

（一）系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo)（定值控制系統(tǒng)）

余差C①余差：過渡過程終了時(shí)的給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。②工程意義：反映控制準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，生產(chǎn)中一般希望愈小愈好（不超過某一個(gè)預(yù)定范圍）

一般由工藝人員提出受控變量的波動(dòng)范圍所規(guī)定

衰減比

N①定義：第一個(gè)波峰與第二個(gè)波峰之比②工程意義：反映過程穩(wěn)定性一個(gè)指標(biāo)

N>1衰減振蕩N=1等幅振蕩N<1發(fā)散振蕩N>>1非周期工程上希望4:1--10:1超調(diào)量B（最大偏差）

①最大偏差：第一個(gè)波峰與穩(wěn)態(tài)值之差②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）

Ts①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(zhǎng)，一般規(guī)定進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值±5%（±2%)范圍內(nèi)經(jīng)歷的時(shí)間。②工程意義：反映過程快慢、長(zhǎng)短標(biāo)志（快速性指標(biāo)），在N一定相同情況下，Ts愈短，過程愈快，適應(yīng)性愈強(qiáng)，質(zhì)量愈好。

（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)e(t)為泛函數(shù)的積分評(píng)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。

l

偏差絕對(duì)值積分(IAE)l

偏差絕對(duì)值時(shí)間積分(ITAE)l

偏差平方積分(ISE)l

偏差平方、時(shí)間積分(ITSE)偏差絕對(duì)值積分（IntegralofAbsoluteError:IAE）

適用于衰減和無靜差系統(tǒng)偏差絕對(duì)值與時(shí)間乘積的積分（ITAE）

用以降低初始大誤差對(duì)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(duì)指標(biāo)的影響。偏差平方值積分（IntegralofSquaredError:ISE）同IAE時(shí)間乘偏差平方積分（ITSE）同ITAE注：ISE著重于抑制過渡過程中的大偏差，而ITAE和ITSE則著重懲罰過渡過程拖得太長(zhǎng)，ITSE兼顧抑制過程中的大誤差。

注意事項(xiàng)l

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15%~85%之間。l

選擇合適的流量特性選擇合適的調(diào)節(jié)閥開關(guān)形式氣開（在有信號(hào)壓力輸入時(shí)閥開，無信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)）或氣關(guān)（在有信號(hào)壓力時(shí)閥關(guān)，無信號(hào)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(hào)壓力中斷時(shí)，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。調(diào)節(jié)閥的選擇

*考慮事故狀態(tài)是人身、工藝設(shè)備的安全。例如：進(jìn)加熱爐的燃料氣或燃料油的調(diào)節(jié)閥應(yīng)采用氣開式，一旦事故發(fā)生，調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)，避免爐溫繼續(xù)升高。*考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟(jì)損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。例如：精餾塔進(jìn)料一般選用氣開式，在事故狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，停止進(jìn)料。*

考慮介質(zhì)的性質(zhì)。例如：對(duì)裝有易結(jié)晶、易凝固物料的裝置，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥需選用氣關(guān)式，一旦事故發(fā)生，處于全開狀態(tài)，以防止物料結(jié)晶。執(zhí)行器結(jié)構(gòu)型式選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)電動(dòng)氣動(dòng)安全性氣源條件經(jīng)濟(jì)性信號(hào)中斷時(shí)安全性作用方式閥結(jié)構(gòu)材料流體性質(zhì)工藝條件控制要求流量特性等百分比閥直線閥閥阻比S較小閥阻比S較大流量系數(shù)計(jì)算流量工藝條件計(jì)算壓差閥阻比S阻力損失流量系數(shù)計(jì)算工具口徑確定開度驗(yàn)算可調(diào)比驗(yàn)算執(zhí)行器選擇執(zhí)行器選擇的流程圖設(shè)計(jì)者只要將有關(guān)數(shù)據(jù)、方法選擇正確，就能得到相應(yīng)的結(jié)果。這里我們向大家推薦一網(wǎng)站，控制閥在線——http:///。它是專業(yè)介紹閥門技術(shù)，并有詳細(xì)的在線計(jì)算工具調(diào)節(jié)閥的在線選擇液體流量系數(shù)的計(jì)算一般來說調(diào)節(jié)閥的生產(chǎn)廠家、銷售商都提供了執(zhí)行器的選擇服務(wù)。只要我們將需求填寫在有關(guān)表單內(nèi)，生產(chǎn)廠家會(huì)根據(jù)要求幫助我們選擇合適的執(zhí)行器。在此，給出了廠家的一個(gè)執(zhí)行器選擇表單樣例。國內(nèi)幾個(gè)主要生產(chǎn)廠家的網(wǎng)址：1、上海儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)