單回路反饋控制系統(tǒng)

單回路反饋控制系統(tǒng)第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章教學(xué)進(jìn)程第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇控制質(zhì)量：系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差PID三作用控制器PID：ProportionalIntegralDerivativePID控制：對(duì)偏差信號(hào)

(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律。教學(xué)進(jìn)程第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日其中：Kpe

(t)——

比例控制項(xiàng)，Kp為比例系數(shù)

——

積分控制項(xiàng)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)；

——微分控制項(xiàng)，d為微分時(shí)間常數(shù)；

1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇

PID控制器，3個(gè)可調(diào)整的參數(shù)：比例度δ（P）、積分時(shí)間Ti（I）、微分時(shí)間Td（D）

PID控制的傳遞函數(shù)：教學(xué)進(jìn)程第四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇●PID控制是控制工程中技術(shù)成熟、理論完善、應(yīng)用最為廣泛的一種控制策略，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，已形成了一套完整的控制方法和典型結(jié)構(gòu)?！裨诤芏嗲樾蜗?，PID控制并不一定需要全部的三項(xiàng)控制作用，而是可以方便靈活地改變控制策略，實(shí)施P、PI、PD或PID控制。顯然，比例控制部分是必不可少的。

?！馪ID不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)，而且對(duì)大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過(guò)程也可應(yīng)用?！馪ID控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活，在眾多工業(yè)過(guò)程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。教學(xué)進(jìn)程第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響R(s)E(s)Gc(s)Go(s)F(s)P35圖1-29F(s)Go(s)E(s)Gc(s)教學(xué)進(jìn)程第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日終值定理：P35式1-58控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響結(jié)論：

當(dāng)控制器為純比例作用時(shí)，系統(tǒng)余差與放大倍數(shù)成反比，即與比例度成正比，比例度δ越大，余差越大；控制器引入積分作用，可消除余差；微分作用對(duì)余差沒(méi)有影響。

教學(xué)進(jìn)程第七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響（1）比例放大倍數(shù)K的影響：

Kc0，相當(dāng)于開(kāi)路

Kc

控制精度提高（余差減?。?，系統(tǒng)穩(wěn)定性變差

——矛盾只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用純比例控制。0ty(t)

Kc增大P36圖1-31比例控制器：教學(xué)進(jìn)程第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）Ti的影響：比例作用基礎(chǔ)上疊加對(duì)偏差的積分輸出—消除余差

Ti小，積分作用強(qiáng)，消除余差的能力強(qiáng)，但是，系統(tǒng)振蕩加劇，衰減比變小；

Ti大，積分作用弱，消除余差的能力弱。

對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響

PI控制器：0ty(t)

Ti減小P25圖1-28教學(xué)進(jìn)程第九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）微分時(shí)間Td

：也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID

微分輸出與偏差變化速度成正比，

——“超前”調(diào)節(jié)作用

Td大，微分作用大，控制系統(tǒng)靈敏，但穩(wěn)定性變差P、I、D三參數(shù)相互配合——控制器參數(shù)整定

PD控制器：對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響教學(xué)進(jìn)程第十頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日控制規(guī)律的選擇（1）對(duì)控制要求不高的參數(shù)，可只采用比例控制器；（2）對(duì)控制要求不高，且慣性較大的參數(shù)，可采用比例-微分控制器；（3）對(duì)于精度要求高的，要加入積分規(guī)律，PI；（4）較重要、控制精度要求較高、希望動(dòng)態(tài)偏差小、被控對(duì)象的時(shí)間滯后較大的，PID控制規(guī)律選擇原則：工業(yè)常見(jiàn)控制器有：P、PI、PD、PID教學(xué)進(jìn)程第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章教學(xué)進(jìn)程第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響

如同一條水管安裝有多個(gè)水龍頭，各個(gè)龍頭的流量相互影響所謂關(guān)聯(lián)，就是系統(tǒng)之間彼此相互有影響TCLC提餾段溫度與塔底液位控制系統(tǒng)家中煤氣供量，高峰期互相影響

教學(xué)進(jìn)程第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日由此可見(jiàn)，這兩套控制系統(tǒng)存在著相互關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)在很大程度上影響控制系統(tǒng)的性能，要非常注意系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響關(guān)聯(lián)蒸汽閥開(kāi)大，蒸汽量增加，溫度上升，但同時(shí)由于蒸發(fā)量增大，塔釜液位會(huì)下降；同樣，液位閥開(kāi)大，采出量增加，液位下降，同時(shí)由于被加熱的液體減少，溫度會(huì)增加。教學(xué)進(jìn)程第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法相對(duì)增益方法Gc1(s)Gcn(s)R1(s)nnRn(s)Y1(s)Yn(s)u1(s)un(s)ji教學(xué)進(jìn)程第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日相對(duì)增益的計(jì)算：j–i通道第一次計(jì)算只有第j個(gè)操縱變量變化，其它各操縱變量均維持不變的增益：第二次計(jì)算其它各操縱變量都變化（處于閉環(huán)控制）的增益：于是，j–i通道的相對(duì)增益為：

相對(duì)增益定義：相互關(guān)聯(lián)程度分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法教學(xué)進(jìn)程第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日（5）λij<0，其它回路閉合時(shí)，本回路將變成不穩(wěn)定（條件穩(wěn)定回路）（1）λij=1，其它回路閉合與否對(duì)本通道沒(méi)有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)沒(méi)有關(guān)聯(lián)；（2）λij>1，其它回路閉合對(duì)本通道有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)使得本回路增益變小，負(fù)關(guān)聯(lián)。（λij越大關(guān)聯(lián)越大）（3）λij<1，其它回路閉合對(duì)本通道有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)使得本回路增益變大，正關(guān)聯(lián)。（λij越小關(guān)聯(lián)越大）（4）λij=0，其它回路開(kāi)環(huán)時(shí)，ui對(duì)yi沒(méi)有影響，j–i通道的控制回路不能構(gòu)成分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法教學(xué)進(jìn)程第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日相對(duì)增益矩陣A–布里斯托爾陣列分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法（6）λij

=∞，只有在其它回路開(kāi)環(huán)時(shí)，才能用ui控制yi，即此通道的控制回路才能成立?？梢?jiàn)，可根據(jù)λij對(duì)1的偏離程度大小判斷關(guān)聯(lián)程度λij偏離1越大，系統(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)越厲害●

每行（列）相對(duì)增益之和為1?！?/p>

已知各通道的開(kāi)環(huán)增益K教學(xué)進(jìn)程第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日削弱或消除系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的方法關(guān)鍵：深入仔細(xì)分析關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生方法：通過(guò)工藝分析，找出關(guān)聯(lián)，并提出解決關(guān)聯(lián)的方法若能計(jì)算相對(duì)增益（矩陣），可進(jìn)行量化分析（1）按照變量配對(duì)，若λ均在1的附近，說(shuō)明關(guān)聯(lián)不大，此時(shí)，可采用控制系統(tǒng)參數(shù)整定的方法，即拉開(kāi)工作頻率范圍，可以削弱關(guān)聯(lián)的影響；（2）若相對(duì)增益都離1較遠(yuǎn)，說(shuō)明彼此關(guān)聯(lián)較厲害，必須從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手解決，如采用解耦控制方案；（3）相對(duì)增益有些離1遠(yuǎn)，有些在1附近，可采用重新變量配對(duì)，再進(jìn)行處理。教學(xué)進(jìn)程第十九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日例子：離心泵輸出管線上的流量和壓力控制控制系統(tǒng)

PC

FC流量和壓力控制系統(tǒng)存在關(guān)聯(lián)，可采用