過程控制工程課件

第1章緒論緒論

過程控制是自動控制的一個重要分支。它涉及到許多工業(yè)部門，諸如石油、化工、電力、冶金、輕工、紡織等等，因而過程控制在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。為了系統(tǒng)深入地學(xué)好《過程控制工程》課程，首先學(xué)習(xí)掌握有關(guān)的基本概念、系統(tǒng)組成，了解過程控制的任務(wù)、特點(diǎn)及發(fā)展是非常必要的。第1章緒論1.1過程控制介紹自動控制：在沒有人的直接參與下，利用控制裝置操縱生產(chǎn)機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程，使表征其工作狀態(tài)的物理變量(狀態(tài)變量）盡可能接近人們所期望值(即設(shè)定值）的過程，稱為自動控制。過程控制：當(dāng)上述物理變量為溫度、壓力、流量、液位、PH值(氫離子濃度）、成分、濕度、厚度等時的自動控制，稱為過程控制。過程控制系統(tǒng)：為了實(shí)現(xiàn)過程控制，以控制理論和生產(chǎn)要求為依據(jù)，采用模擬儀表、數(shù)字儀表或計算機(jī)等構(gòu)成的總體，稱為過程控制系統(tǒng)。第1章緒論過程控制的任務(wù)和要求希望的產(chǎn)量和質(zhì)量；能接受的產(chǎn)品價格；能接受的原材料消耗。在以安全的方式生產(chǎn)，給環(huán)境造成最小危害的條件下達(dá)到以下目標(biāo)就是過程控制的任務(wù)和要求。圖1-2鍋爐氣包水位控制系統(tǒng)（a）控制系統(tǒng)流程圖第1章緒論（b）控制系統(tǒng)框圖

在生產(chǎn)過程中，當(dāng)蒸汽用量與給水量相等，其水位在規(guī)定數(shù)值上時，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，控制器輸出保持不變，控制閥開度保持不變，當(dāng)蒸汽用量或給水量發(fā)生變化時，其汽包水位也將發(fā)生變化，液位測量變送器將其變化信號傳送給控制器，控制器將把該信號與預(yù)先設(shè)定的期望水位信號進(jìn)行比較，按其偏差的大小和方向經(jīng)一定規(guī)律運(yùn)算后向控制閥（執(zhí)行器)發(fā)出控制命令，去改變控制閥的開度，從而改變給水量以使水位重新回到期望值附近。第1章緒論1.2過程控制系統(tǒng)的組成及其分類1.2.1過程控制系統(tǒng)的組成

1、被控對象2、測量、變送單元3、控制器4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入量控制器被控對象輸出量測量元件+_調(diào)節(jié)閥控制器執(zhí)行單元測量變送被控對象第1章緒論系統(tǒng)輸出：當(dāng)要保持在期望值的關(guān)鍵變量被實(shí)施控制時，該過程變量就為該系統(tǒng)的輸出，即受控變量。受控過程的輸入：凡是能引起系統(tǒng)輸出變化的變量均稱為該受控過程的輸入。有關(guān)名詞術(shù)語操縱變量：由控制器發(fā)出控制信號通過執(zhí)行器改變的變量，也常稱為內(nèi)部擾動或基本擾動。受控過程：受控過程也叫受控對象或被控對象，簡稱過程或?qū)ο蟆５?章緒論外部擾動：外部擾動簡稱擾動或干擾。相對于操縱量而言，所有以其他任何形式影響受控變量的變量均稱為干擾。廣義過程:按照受控過程的定義,廣義過程可定義為影響控制變量與測量值之間關(guān)系的硬件和軟件的集合。第1章緒論1.2.2過程控制系統(tǒng)的分類（1）按工藝參數(shù)分類：

有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、成分控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)等。（2）按系統(tǒng)的任務(wù)分類：有比例控制、均勻控制、前饋控制等。有常規(guī)控制系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)。（3）按自動化裝置的不同分類：（4）按控制器的動作分類：P、PI、PID（5）按是否形成閉合回路分類：開環(huán)、閉環(huán)第1章緒論

是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最大的一種過程控制系統(tǒng)。在運(yùn)行時，系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近波動。定值控制系統(tǒng)（6）按設(shè)定值形式分類隨動控制系統(tǒng)

是一種被控量的給定值隨時間任意變化的控制系統(tǒng)。它的主要作用是克服一切擾動，使被控量隨時跟蹤給定值。第1章緒論程序控制系統(tǒng)

其給定值按預(yù)定的時間程序來變化。如數(shù)控車床，按照預(yù)先設(shè)定的程序?qū)ぜM(jìn)行切削。家用電器中應(yīng)用定值控制系統(tǒng)的也很多，如全自動洗衣機(jī)、電飯煲等。第1章緒論1.3過程控制系統(tǒng)的發(fā)展

生產(chǎn)過程自動化的發(fā)展是與控制手段的提高、控制理論的發(fā)展以及生產(chǎn)過程自身的發(fā)展密切相關(guān)的，這三者相互促進(jìn)共同提高，使控制從簡單到復(fù)雜,從局部自動化到全局自動化，從低級智能到高級智能。綜觀整個發(fā)展過程，我們可以把它劃分為四個發(fā)展階段。第1章緒論1.生產(chǎn)過程自動化的初級階段圖1-6

基地式儀表構(gòu)成的系統(tǒng)第1章緒論2.單元組合儀表自動化階段第1章緒論3.計算機(jī)控制的初級階段圖1-7計算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)圖1-8計算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)第1章緒論4.綜合自動化階段圖1-9分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)第1章緒論圖1-10現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)第1章緒論過程的數(shù)學(xué)模型，是指過程在各種輸入量的作用下，與相應(yīng)的輸出量變化的函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。如微分方程、微分方程組、傳遞函數(shù)表達(dá)式或頻率特性表達(dá)式等。被控過程數(shù)學(xué)模型——指被控過程輸入量發(fā)生變化時，過程輸出量的變化規(guī)律。通道——被控過程的輸入量與輸出量之間的信號聯(lián)系控制通道——操縱變量至被控變量的信號聯(lián)系擾動通道——擾動變量至操縱變量的信號聯(lián)系擾動變量（輸入量）操縱變量（輸入量）

被控變量（輸出量）2.1數(shù)學(xué)模型第2章過程建模2.2機(jī)理建模例1：單容水槽其中：水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥開度

加以控制，流出量Qo由用戶根據(jù)需要通過負(fù)載閥R來改變。被調(diào)量為水位H，它反映水的流入與流出量之間的平衡關(guān)系。R

QiFQo物料平衡式:第2章過程建模R

Q1F以增量形式表示為：對兩邊求導(dǎo)，可得則第2章過程建模凡是可以用一階微分方程描述的系統(tǒng)稱為一階系統(tǒng)。微分方程為

傳遞函數(shù)為

(s)H(s)第2章過程建模例2：單容積分水槽該水槽與單容水槽的區(qū)別：在其流出側(cè)裝有一只排水泵。水泵的排水量可用負(fù)載閥R來改變，但排水量并不隨水位的高低而變化。當(dāng)負(fù)載閥開度固定不變時，水槽的流出量也不變，即

Qo=0。積分環(huán)節(jié)第2章過程建模2．傳遞函數(shù)

積分時間越大，被調(diào)量(輸出)的變化越慢，輸出對輸入的反應(yīng)越慢。

第2章過程建模單容被控對象：是指只有一個貯存物質(zhì)或能量的容積。這種對象用一階微分方程式來描述。單容被控對象可分為有自平衡單容對象和無自平衡單容對象兩大類。第2章過程建模

多容對象指有二個或更多貯存能量或物質(zhì)的容積，有幾個容積就需用幾階微分方程式描述?？煞譃橛凶云胶舛嗳輰ο蠛蜔o自平衡多容對象兩大類。多容被控對象：第2章過程建模例3：雙容水槽實(shí)際工業(yè)過程中往往是由兩個或多個容積組成的如果以水槽1的流量Qi為輸入?yún)?shù)（變量），水槽2的水位h2為輸出變量，則研究雙容對象的動態(tài)特性即是研究當(dāng)流量Qi變化時水位h2的變化情況。由于二者不存在相互影響，對于任何一個對象特性仍然可采用單容對象的研究方法，無非水槽2的輸入?yún)?shù)即為水槽1的輸出流量。Qo控制閥中間閥流出閥前置水槽主水槽第2章過程建模代入，整理得：其中：消去H1得：二階微分方程第2章過程建模當(dāng)輸入

有一階躍變化時，對上式求解，可以得出水位h2隨時間的變化規(guī)律：2.傳遞函數(shù)第2章過程建模在S形曲線的拐點(diǎn)P上做切線，它在時間軸上截出一段時間OA。這段時間可以近似地衡量由于多了一個容量而使飛升過程向后推遲的程度，因此稱為容量滯后，通常以τC代表之。雙容對象特性就可近似為純滯后加一階慣性的模型，其傳遞函數(shù)為第2章過程建模事實(shí)上，如果在這基礎(chǔ)上再增加一個或更多個的存貯容量，理論分析與實(shí)際測定都表明，它的飛升特性曲線仍然是S形，但是容量滯后τC更加大了。第2章過程建模①有自平衡能力對象單容對象：

雙容對象：

多容對象：

若近似認(rèn)為，T1=

T2=…

=Tｎ=T

，則或過程特性的類型第2章過程建模②無自平衡能力對象單容對象：

雙容對象：

多容對象：

若近似認(rèn)為，T1=

T2=…

=Tｎ=T

，則或第2章過程建模③對象具有純遲延無純遲延時其傳遞函數(shù)為W1(s)第2章過程建模2.3實(shí)驗(yàn)建模在需要建立數(shù)學(xué)模型的被控過程上，人為的施加一個擾動作用，然后用儀表測量并紀(jì)錄被控變量隨時間變化的曲線，這條曲線既是被控過程的特性曲線。將曲線進(jìn)行分析、處理，就可得到描述過程特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。常用的測試方法：1.階躍響應(yīng)法

2.脈沖響應(yīng)法第2章過程建模1、階躍響應(yīng)法

h

Q1

Q2

ttt0t0ΔQ1

Δh(∞)

h

Q1

特點(diǎn)：是一種簡單、易行的方法。被控變量的變化可通過原設(shè)備上的儀表進(jìn)行測量、記錄，且測量工作量不大，數(shù)據(jù)處理也較方便。該方法施加的擾動形式是階躍信號。階躍響應(yīng)法非常簡單，只要有遙控閥和被控變量紀(jì)錄儀表就可以進(jìn)行。先使工況保持平穩(wěn)一段時間，然后使閥門作階躍式的變化（通常在10％以內(nèi)），在此同時把被控變量的變化過程記錄下來，得到廣義對象的階躍響應(yīng)曲線。第2章過程建模有自平衡能力有遲延一階對象：第一步：確定增益K

兩點(diǎn)法第2章過程建模第二步：

把y(t)轉(zhuǎn)換成它的無量綱形式y(tǒng)*(t)，即：y*(t)＝y(tǒng)(t)/y(∞)選取兩個時刻t1和t2，t2>t1

第2章過程建模上式聯(lián)立，解出T和

第2章過程建模脈沖響應(yīng)法對被控過程施加的擾動信號是矩形脈沖信號。2.脈沖響應(yīng)法ttt0t1t0t1Axy特點(diǎn)脈沖響應(yīng)法形式較簡單，易實(shí)現(xiàn)，且由于信號加入的時間短，允許加大的擾動量的幅值大，所以測試結(jié)果具有較高的精度，但數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜，需要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。第2章過程建模將矩形脈沖看成正負(fù)兩個等幅的階躍信號，據(jù)此而得到輸出的階躍響應(yīng)。即其中：第2章過程建模最小二乘法最小二乘法的基本出發(fā)點(diǎn)是在獲得過程或系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)后，希望求得最佳的參數(shù)值，以使系統(tǒng)方程在最小方差意義上與輸入、輸出數(shù)據(jù)相擬合，采用實(shí)際觀察值代替模型的輸出。第2章過程建模測量誤差

所謂測量誤差是指測量結(jié)果與被測變量的真值(實(shí)際值)之差。測量誤差反映了測量結(jié)果的可靠程度。(1)絕對誤差：絕對誤差是指儀表指示值與被測變量的真值之差。在工程上，通常把高一等級的標(biāo)準(zhǔn)儀器所測得的量值作為真值(實(shí)際值)。此時，絕對誤差是指用標(biāo)準(zhǔn)儀表(準(zhǔn)確度較高)與測量儀表(準(zhǔn)確度較低)同時對同一量進(jìn)行測量所得兩個測量結(jié)果之差。第3章過程參數(shù)的檢測與變送(2)相對誤差：相對誤差是指絕對誤差與被測變量的真值之比的百分?jǐn)?shù)。它比絕對誤差更能說明測量結(jié)果的精確程度。實(shí)際相對誤差標(biāo)稱相對誤差

引用相對誤差

第3章過程參數(shù)的檢測與變送測量誤差根據(jù)其性質(zhì)及產(chǎn)生的原因可分為：系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差疏忽誤差測量誤差根據(jù)形成機(jī)理及用途可分為：基本誤差附加誤差允許誤差第3章過程參數(shù)的檢測與變送自動化儀表的性能指標(biāo)1.靜態(tài)指標(biāo)2.動態(tài)指標(biāo)指在靜態(tài)測量中，儀表指標(biāo)系統(tǒng)的輸出－輸入特性。指儀表系統(tǒng)動態(tài)測量時的輸出－輸入特性指標(biāo)。例如：精度等級、靈敏度與靈敏限、變差（遲滯）、穩(wěn)定性、時漂、溫漂例如：響應(yīng)時間、峰值時間、超調(diào)量第3章過程參數(shù)的檢測與變送第3章過程參數(shù)的檢測與變送自動化儀表的選用一般應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)過程特點(diǎn)，滿足用戶要求，根據(jù)工藝過程的實(shí)際需要來選用儀表的控制、報警、記錄、指示積算等功能。對于受工藝過程影響較大，需隨時進(jìn)行監(jiān)控的變量，宜選控制型儀表；對可能影響生產(chǎn)或安全的變量宜選用報警型儀表；對需要經(jīng)常了解其變化趨勢的變量宜選用記錄型儀表；對于受工藝過程影響不大，但需要經(jīng)常監(jiān)視的變量宜選用指示型儀表；對要求計量或經(jīng)濟(jì)核算的變量宜選用具有積算功能的儀表。第3章過程參數(shù)的檢測與變送自動化儀表的精度等級應(yīng)根據(jù)工藝要求、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、變量的重要程度等要求來合理選用。因?yàn)閮x表精度愈高，其誤差愈小，但是儀表的使用維護(hù)要求亦愈高，價格亦愈貴，所以不能片面追求其高精度。一般應(yīng)該在滿足上述要求的前提下，同時考慮經(jīng)濟(jì)性原則來合理選取。通常構(gòu)成控制回路的各種儀表的精度要相配。記錄儀表的精度不應(yīng)低于1.0級，指示儀表精度不應(yīng)低于1.5級。第3章過程參數(shù)的檢測與變送自動化儀表的量程是根據(jù)過程參數(shù)測量范圍和正常生產(chǎn)條件來確定的。選用儀表量程還應(yīng)考慮開車、停車、過程變量在生產(chǎn)事故時變動的范圍等情況。第3章過程參數(shù)的檢測與變送過程控制儀表按使用能源不同可分為：按結(jié)構(gòu)形式不同可分為：按信號類型不同可分為：氣動儀表、電動儀表基地式儀表、單元組合式儀表、組裝式儀表、集散控制裝置模擬式儀表、數(shù)字式儀表第4章過程控制儀表4.2DDZ-Ⅲ型控制器

DDZ-Ⅲ型控制器是Ⅲ型電動單元組合儀表中的一個重要單元。它接受變送器或轉(zhuǎn)換器的DC1～5V或DC4～20mA測量信號為輸入信號，與DC1～5V或DC4～20mA給定信號進(jìn)行比較，并對其偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出DC4～20mA標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號。第4章過程控制儀表圖4-1Ⅲ型控制器框圖第4章過程控制儀表控制單元包括輸入電路、比例微分電路、比例積分電路、輸出電路、軟手動與硬手動操作電路。指示單元包括輸入信號指示電路和給定信號指示電路。Ⅲ型控制器的輸入信號與內(nèi)給定信號都是以零伏為基準(zhǔn)的DC1～5V信號；外給定為DC4～20mA電流流過輸入電路內(nèi)的250

精密電阻器轉(zhuǎn)換成的以零伏為基準(zhǔn)的DCl～5V電壓信號。內(nèi)、外給定值信號由開關(guān)S6選定，外給定時，安裝在面板上的外給定指示燈亮。第4章過程控制儀表圖4.2-2全刻度指示控制器線路示意圖第4章過程控制儀表Ⅲ型控制器有“自動”、“保持”、“軟手動”、“硬手動”四種工作狀態(tài)，并由聯(lián)動開關(guān)S1、S2進(jìn)行切換。當(dāng)開關(guān)S1、S2處于軟手動狀態(tài)時，扳動軟手動操作鍵S4，控制器輸出積分可以根據(jù)需要按快、慢兩種速度線性上升或下降。當(dāng)S4處于中間位置時，則控制器的輸出值保持在手指離開S4前瞬間的數(shù)值上。當(dāng)控制器處于硬手動操作狀態(tài)時，移動硬手動操作桿，使控制器的輸出很快轉(zhuǎn)換到所需要的數(shù)值，操作桿不動，其輸出值保持不變。為了滿足過程控制工程的需求，Ⅲ型控制器還設(shè)有正、反作用選擇開關(guān)S7。第4章過程控制儀表4.3運(yùn)算器(運(yùn)算單元)運(yùn)算單元是構(gòu)成儀表復(fù)雜過程控制系統(tǒng)(如比值控制、前饋一反饋控制等)時的不可缺少的重要單元。采用運(yùn)算器可對一個或幾個輸入信號進(jìn)行加、減、乘、除、平方、開方及其復(fù)合運(yùn)算等，用以實(shí)現(xiàn)各種不同的控制方案。第4章過程控制儀表1、加減器DDZ-Ⅲ型加減器可以對2～4個DC1～5V的輸入信號進(jìn)行加減運(yùn)算，其輸出(DC1～5V)正比于各輸入信號的代數(shù)和。通過選擇輸入通道和選擇運(yùn)算符號可實(shí)現(xiàn)多種加減運(yùn)算。輸出信號輸入信號運(yùn)算系數(shù)偏置電壓第4章過程控制儀表圖4-16加減器原理框圖第4章過程控制儀表2、乘除器DDZ-Ⅲ型乘除器可以對2個或3個DC1～5V信號進(jìn)行下列四種運(yùn)算，并以DC1～5V或DC4～20mA輸出。乘除運(yùn)算乘后開方乘法運(yùn)算除法運(yùn)算第4章過程控制儀表圖4-17DDZ-Ⅲ型乘除器原理框圖第4章過程控制儀表4.4可編程調(diào)節(jié)器可編程調(diào)節(jié)器作為80年代問世的一種新型數(shù)字式控制儀表。當(dāng)時從國外引進(jìn)或組裝的產(chǎn)品有：DK系列的KMM、YS-80系列的SLPC、FC系列的PMK和VI系列的VI87MA-E等。由于上述產(chǎn)品均控制一個回路，因此習(xí)慣上又稱之為單回路調(diào)節(jié)器。今天雖然大多數(shù)場合被可編程控制器（PLC）替代，但是作為至今仍然在中小企業(yè)使用的智能控制儀表的基礎(chǔ)，對其學(xué)習(xí)仍然具有代表性。

第4章過程控制儀表KMM可編程調(diào)節(jié)器的主要特點(diǎn)兼容性好運(yùn)算、控制功能豐富安全、可靠性高通用性強(qiáng)，使用維護(hù)方便系統(tǒng)設(shè)計簡便第4章過程控制儀表KMM可編程調(diào)節(jié)器的主要性能指標(biāo)(1)模擬量輸入

DC1～5V，5點(diǎn)。(2)模擬量輸出

DC1～5V，3點(diǎn)；DC4～20mA，1點(diǎn)(3)數(shù)字量輸入

可編程，4個；外部聯(lián)鎖，1點(diǎn)(只有控制器有此信號OFF時為聯(lián)鎖)。(4)數(shù)字量輸出

可編程，3點(diǎn)；準(zhǔn)備狀態(tài)輸出，1點(diǎn)。(5)運(yùn)算周期100～500ms。(6)運(yùn)算式(模塊)種類

45種。(7)可編程模塊

30個。(8)自診斷功能

可對ROM，RAM、掃描周期、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換進(jìn)行診斷等。(9)保護(hù)功能

若自診斷中發(fā)生故障，可自動切換到緊急手動狀態(tài)(后備手動操作器開始工作)。(10)電源(11)環(huán)境溫度、濕度 0～50℃，10%～90%RH(相對濕度)。第4章過程控制儀表KMM可編程調(diào)節(jié)器的主要功能可歸納為：輸入處理功能運(yùn)算處理功能輸出處理功能自動平衡功能自診斷功能和通信功能第4章過程控制儀表4.5執(zhí)行器執(zhí)行器作用：接收控制器輸出的控制信號，改變操縱變量，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常進(jìn)行。第4章過程控制儀表調(diào)節(jié)閥氣動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥液動調(diào)節(jié)閥第4章過程控制儀表執(zhí)行器組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指根據(jù)控制器控制信號產(chǎn)生推力或位移的裝置。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置，通常指控制閥?，F(xiàn)場有時就將執(zhí)行器稱為控制閥。第4章過程控制儀表執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能就是把控制器輸出的控制信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。第4章過程控制儀表氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1－薄膜2－平衡彈簧3－閥桿4－閥芯5－閥體6－閥座PO123456氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為兩大類：薄膜式與活塞式1、氣動薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)信號壓力通入薄膜氣室時，在膜片上產(chǎn)生一個推力，壓縮平衡彈簧，當(dāng)彈簧的反作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡時，推桿穩(wěn)定在一個新的位置，推桿的位移（行程）即為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程規(guī)格有10、16、25、40、60、100mm等。薄膜有效面積有200、280、400、630、1000、1600cm2等六種規(guī)格。有效面積越大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移和推力也越大。第4章過程控制儀表P1P2基本部件：活塞和氣缸活塞在氣缸內(nèi)隨活塞兩側(cè)壓差而移動兩側(cè)可以分別輸入一個固定信號和一個變動信號，或兩側(cè)都輸入變動信號。它的輸出特性有比例式及兩位式兩種?！鶅晌皇绞歉鶕?jù)輸入執(zhí)行活塞兩側(cè)的操作壓力的大小，活塞從高壓側(cè)推向低壓側(cè)，使推桿從一個位置移到另一極端位置※比例式是在兩位式基礎(chǔ)上加有閥門定位器后，使推桿位移與信號壓力成比例關(guān)系。氣動活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)第4章過程控制儀表調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥）調(diào)節(jié)閥又稱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，它在執(zhí)行機(jī)構(gòu)推力的作用下，調(diào)節(jié)閥的閥芯產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)角，從而直接調(diào)節(jié)流體的流量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)工藝變量、實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的目的。閥的分類按結(jié)構(gòu)形式分為：普通閥、角形閥、蝶閥、三通閥、隔膜閥等。按閥座數(shù)目分為：單座閥、雙座閥。第4章過程控制儀表由于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正、反兩種作用方式，而閥也有正裝和反裝兩種方式，因此，實(shí)現(xiàn)氣動調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)就有四種組合方式。氣關(guān)反反d氣開正反c氣開反正b氣關(guān)正正a氣動執(zhí)行器閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)序號第4章過程控制儀表閥門定位器閥門定位器是氣動執(zhí)行器的一種輔助裝置，根據(jù)調(diào)節(jié)器來的氣動信號控制氣動調(diào)節(jié)閥的閥門部件，使閥開度處于精確位置。閥門定位器接受調(diào)節(jié)器的輸出信號后，去控制氣動執(zhí)行器；當(dāng)氣動執(zhí)行器動作時，閥桿的位移又通過機(jī)械裝置負(fù)反饋到閥門定位器，因此定位器和執(zhí)行器組成了一個閉環(huán)回路。第4章過程控制儀表

閥門定位器的主要功能和作用：（1）提高調(diào)節(jié)閥的定為精度和可靠性；（2）改善調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性；（3）克服流體對閥芯的不平衡例，減小行程誤差；（4）克服時滯；（5）克服閥桿移動阻力；（6）改善調(diào)節(jié)閥的流量特性；（7）實(shí)現(xiàn)分程控制。第4章過程控制儀表1.理想流量特性（固有流量特性）

控制閥的理想流量特性主要有快開、直線、拋物線、等百分比（對數(shù)）等四種形式。直線等百分比快開拋物線第4章過程控制儀表控制閥理想流量特性曲線1—直線2—等百分比3—快開4一拋物線直線流量特性的相對流量與相對位移間呈直線關(guān)系，兩者之比為常數(shù)；對數(shù)流量特性的相對流量與相對位移之比隨開度增大而增大；而快開流量特性閥的兩者之比則隨開度增大而減小,其閥芯的有效行程很短，一般很少使用；拋物線流量特性處于直線流量特性與對數(shù)流量特性之間?？烧{(diào)比，國產(chǎn)閥一般為30第4章過程控制儀表2.工作流量特性

串聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥的工作流量特性在相同閥芯位移即相同流通截面積下實(shí)際流過控制閥的流量將比理想時減小,實(shí)際的流量特性將偏離理想的流量特性，我們把這種偏差稱為畸變?；兒蟮奶匦钥偸窃诶硐胩匦缘南路?。第4章過程控制儀表畸變系數(shù)S值得定義為：由于控制閥全開時兩端的壓差等于系統(tǒng)恒定的總壓差減去全開時管線及設(shè)備壓力總損失，因此值越小，說明損失越大，畸變程度就越嚴(yán)重，畸變后向下偏離理想曲線就越遠(yuǎn)，控制閥的實(shí)際可調(diào)比就越小。實(shí)際可調(diào)比第4章過程控制儀表圖4-45

串聯(lián)管系中壓降分配比與工作流量特性的關(guān)系（a）直線閥

（b）對數(shù)閥第4章過程控制儀表

并聯(lián)管系調(diào)節(jié)閥的工作流量特性圖4-46控制閥與管道并聯(lián)工作示意圖第4章過程控制儀表圖4-47并聯(lián)管道控制閥工作流量特性在實(shí)際工作中，始終存在串聯(lián)管道阻力的影響，因此并聯(lián)管道工作的流量特性還將疊加有串聯(lián)管道的影響，這將使控制閥所能控制的流量范圍更小，嚴(yán)重時可能幾乎失去控制作用。所以，用打開旁路增加總流量的控制方案是不可取的。根據(jù)現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)，旁路流量一般為總流量的20%即并聯(lián)畸變系數(shù)值不能低于0.8。第4章過程控制儀表4.6變頻器變頻器（VariableFrequencyDrive，簡稱VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器靠內(nèi)部功率半導(dǎo)體器件的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

第4章過程控制儀表變頻器的主電路可分為兩類：

電壓型

電流型

電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波器件是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波器件是電感。第4章過程控制儀表給定值R調(diào)節(jié)器（TC）被控對象（換熱器）被控變量（溫度T）測量元件及變送器（TT）+_執(zhí)行器（氣動調(diào)節(jié)閥）偏差EPQ測量值Z干擾F載熱體冷流體換熱器第5章簡單控制系統(tǒng)從以上幾種過渡過程情況可知，一個合格的、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，當(dāng)受到外界干擾以后，被控變量的變化應(yīng)是一條衰減振蕩的曲線。5.1控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)第5章簡單控制系統(tǒng)（1）衰減比和衰減率衰減比是衡量一個振蕩過程的衰減程度的指標(biāo)，它等于兩個相鄰的同向波峰值之比。衰減比衰減率是指每經(jīng)過一個周期以后，波動幅度衰減的百分?jǐn)?shù)。衰減率第5章簡單控制系統(tǒng)（2）最大動態(tài)偏差和超調(diào)量最大動態(tài)偏差是指設(shè)定值階躍響應(yīng)中，過渡過程開始后第一個波峰超過其新穩(wěn)態(tài)值的幅度。超調(diào)量是指最大動態(tài)偏差占被調(diào)量穩(wěn)態(tài)變化幅度的百分?jǐn)?shù)。第5章簡單控制系統(tǒng)（3）余差過渡過程結(jié)束后，被控量新的穩(wěn)態(tài)值y(

)與新設(shè)定值r之間的差值，它是控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的衡量指標(biāo)。第5章簡單控制系統(tǒng)（4）調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間是從過渡過程開始到結(jié)束所需要的時間。調(diào)節(jié)時間是衡量控制系統(tǒng)快速性的一個指標(biāo)。5.2簡單控制系統(tǒng)的方案設(shè)計過程控制系統(tǒng)的設(shè)計包括:系統(tǒng)的方案設(shè)計工程設(shè)計工程安裝和儀表調(diào)?？刂破鲄?shù)整定第5章簡單控制系統(tǒng)

要設(shè)計一個好的過程控制系統(tǒng)，需要各方面人員的共同努力和艱苦工作。就系統(tǒng)方案設(shè)計這一個環(huán)節(jié)而言，也需要設(shè)計工程師深入了解生產(chǎn)工藝情況，結(jié)合控制要求根據(jù)對象特性，干擾情況及限制條件，從全局出發(fā)，運(yùn)用控制理論并作大量的實(shí)驗(yàn)和仿真才能設(shè)計出一個合理的過程控制方案。一個好的控制方案應(yīng)是在滿足控制要求前提下的最簡單、最實(shí)用的方案。第5章簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)方案設(shè)計基本步驟示意圖第5章簡單控制系統(tǒng)5.2.1受控變量的選擇受控變量的選擇是十分重要的，是自動控制系統(tǒng)設(shè)計的第一步，應(yīng)該從生產(chǎn)過程對自動控制的要求出發(fā)，合理地選擇被控變量。1、尋求控制的原始目的從過程控制的根本任務(wù)出發(fā)，選擇受控變量就是尋求控制的原始目的。使所選的受控變量能決定產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、原材料消耗、安全以及給環(huán)境造成的危害等。第5章簡單控制系統(tǒng)2.尋求與原始目的有良好關(guān)系的參數(shù)當(dāng)選擇直接參數(shù)作受控變量有困難或不合適時，尋找一個與直接參數(shù)有一一對應(yīng)關(guān)系、反應(yīng)靈敏、便于測量的間接參數(shù)作為受控變量。第5章簡單控制系統(tǒng)硫酸焙燒爐是重要的生產(chǎn)設(shè)備，其工藝流程圖如下：第5章簡單控制系統(tǒng)第5章簡單控制系統(tǒng)選取受控變量的一般原則：1、首先選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量、產(chǎn)品的質(zhì)量、安全髙效生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等具有決定作用的、便于測量、靈敏可靠的工藝參數(shù)作為受控變量。2、當(dāng)直接參數(shù)作受控變量不合適時，應(yīng)選取一個與直接參數(shù)有一一對應(yīng)關(guān)系、便于測量、靈敏可靠的間接參數(shù)作為受控變量。3、若合適的間接參數(shù)也選擇不到時,可增加一些輔助控制系統(tǒng)，并通過一定的運(yùn)算處理達(dá)到對直接參數(shù)的控制。由于計算機(jī)在過程控制中的廣泛應(yīng)用，使這種方法的實(shí)現(xiàn)更具潛力。4、不論用何種方式選取受控變量，都必須考慮工藝的合理性和國內(nèi)儀表的現(xiàn)狀。第5章簡單控制系統(tǒng)5.2.3操縱變量的選擇選擇操縱變量（即操縱量），就是在對受控過程進(jìn)行認(rèn)真分析研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)已選定的受控變量找出所有影響受控變量的各種變量即輸入，從中找出一個工藝合理、實(shí)施上可行并具有良好可控性的變量作為操縱量。第5章簡單控制系統(tǒng)在被控變量選定以后，下一步就是要選擇控制系統(tǒng)的操縱變量，去克服擾動對被控變量的影響。第5章簡單控制系統(tǒng)控制通道——操縱變量至被控變量的信號聯(lián)系擾動通道——擾動變量至操縱變量的信號聯(lián)系擾動變量（輸入量）操縱變量（輸入量）

被控變量（輸出量）討論：放大系數(shù)K對系統(tǒng)的影響控制通道

放大系數(shù)越大，操縱變量的變化對被控變量的影響就越大；反之，放大系數(shù)小，控制作用的影響不顯著，被控變量變化緩慢。但放大系數(shù)過大，會使控制作用對被控變量的影響過強(qiáng)，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。K的物理意義：如果有一定的輸入變化量Δ

作用于過程，通過過程后被放大了K倍，變?yōu)檩敵鲎兓喀。第5章簡單控制系統(tǒng)擾動通道

當(dāng)擾動頻繁出現(xiàn)且幅度較大時，放大系數(shù)大，被控變量的波動就會很大，使得最大偏差增大；放大系數(shù)小，即使擾動較大，對被控變量仍然不會產(chǎn)生多大影響。第5章簡單控制系統(tǒng)控制通道在相同的控制作用下，時間常數(shù)大，被控變量的變化比較緩慢，此時過程比較平穩(wěn)，容易進(jìn)行控制，但過渡過程時間較長；若時間常數(shù)小，則被控變量的變化速度快，控制過程比較靈敏，不易控制。時間常數(shù)太大或太小，對控制上都不利。擾動通道對于擾動通道，時間常數(shù)大，擾動作用比較平緩，被控變量的變化比較平穩(wěn)，過程較易控制。討論：時間常數(shù)T對系統(tǒng)的影響第5章簡單控制系統(tǒng)討論：滯后時間

對系統(tǒng)的影響控制通道擾動通道由于存在滯后，使控制作用落后于被控變量的變化，從而使被控變量的偏差增大，控制質(zhì)量下降。滯后時間越大，控制質(zhì)量越差。對于擾動通道，如果存在純滯后，相當(dāng)于擾動延遲了一段時間才進(jìn)入系統(tǒng)，而擾動在什么時間出現(xiàn)，本來就是無從預(yù)知的，因此，并不影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)。擾動通道中存在容量滯后，可使階躍擾動的影響趨于緩和，對控制系統(tǒng)是有利的。第5章簡單控制系統(tǒng)例：第5章簡單控制系統(tǒng)第5章簡單控制系統(tǒng)選擇操縱量的一般原則1、選擇操縱量也就是選擇一個可控度良好的控制通道。①控制通道的放大倍數(shù)應(yīng)適當(dāng)大些；②控制通道的純滯后時間應(yīng)盡可能?。虎劭刂仆ǖ赖膽T性時間常數(shù)要相對錯開，即相互間的相對距離要大一些(主要是指第一大和第二大時間常數(shù)）；④控制通道各慣性時間常數(shù)相對值不變的前提下，時間常數(shù)要適當(dāng)小些；⑤控制通道時間常數(shù)的個數(shù)應(yīng)盡量減少；⑥當(dāng)通道為有純滯后的一階或二階模型時，應(yīng)盡量提高時域可控性系數(shù)2、設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)盡量考慮主要干擾對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響。第5章簡單控制系統(tǒng)5.2.4執(zhí)行器的選擇

執(zhí)行器的選用是否得當(dāng)，將直接影響自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量、安全性和可靠性，因此，必須根據(jù)工況特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求等多方面因素，綜合考慮，正確選用。執(zhí)行器的選擇，主要是從以下四方面考慮：（1）執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)形式；（2）調(diào)節(jié)閥的口徑;（3）調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式；（4）調(diào)節(jié)閥的流量特性。第5章簡單控制系統(tǒng)在選用調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式和材料時應(yīng)考慮的因素：

被控介質(zhì)的工藝條件，如溫度、壓力、流量等。被控介質(zhì)的物理、化學(xué)特性，如氣態(tài)、液態(tài)、粘性、腐蝕性等。

調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)形式的選擇第5章簡單控制系統(tǒng)

調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)形式的選擇原則：當(dāng)信號壓力中斷時，應(yīng)保證工藝設(shè)備和生產(chǎn)的安全。當(dāng)調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式與安全無關(guān)時，還可從以下方面進(jìn)行考慮：（1）從保證產(chǎn)品質(zhì)量角度考慮（2）從降低原料和能源的損耗并兼顧介質(zhì)特點(diǎn)的角度考慮第5章簡單控制系統(tǒng)氣關(guān)閥氣開閥氣開閥/氣關(guān)閥第5章簡單控制系統(tǒng)例：

調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇選擇什么樣的流量特性要結(jié)合過程特性、干擾情況、介質(zhì)性質(zhì)、測量變送情況及配管情況全面考慮，但是更多的考慮是首先根據(jù)廣義過程為線性的要求確定控制閥所應(yīng)具有的工作流量特性，然后根據(jù)配管情況（即S值的大小）決定所要閥的理想流量特性。第5章簡單控制系統(tǒng)

生產(chǎn)過程中常用的調(diào)節(jié)閥的理想流量特性有直線、等百分比和快開大種。快開特性主要用于二位調(diào)節(jié)及程序控制中，因此，調(diào)節(jié)閥的特性選擇實(shí)際上是指如何選擇直線和等百分比流量特性。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇可以通過理論計算，但所用的方法和方程都很復(fù)雜，一般可選擇等百分比流量特性，總能滿足要求。第5章簡單控制系統(tǒng)5.2.5測量變送環(huán)節(jié)在系統(tǒng)設(shè)計中的考慮正確處理測量變送問題是系統(tǒng)設(shè)計中的重要一環(huán)。測量方法的選擇測量元件的選用測量元件的正確安裝測量信號的處理第5章簡單控制系統(tǒng)5.2.6控制器的選型及應(yīng)用控器控制規(guī)律的選擇和應(yīng)用常規(guī)基型控制器主要有三種控制規(guī)律：比例（P）、比例積分（PI）、比例積分微分(PID)。PID控制規(guī)律的數(shù)學(xué)描述為：第5章簡單控制系統(tǒng)圖5-23不同控制規(guī)律作用下的階躍響應(yīng)曲線1-無控制2-比例控制3-比例積分控制4-比例微分控制5比例積分微分控制第5章簡單控制系統(tǒng)曲線1：無控制即開環(huán)時的擾動使輸出偏離給定值的程度逐漸增大，終值為KdΔd。曲線2：純比例控制（P），他存在穩(wěn)態(tài)誤差，其值為：C=KdΔd/(1+KgKc)(Kg為廣義過程的放大倍數(shù))。曲線3：比例積分（PI）控制，它與比例控制相比，引入積分后消除了穩(wěn)態(tài)誤差，但超調(diào)量增加，振蕩周期加長。曲線4：比例微分（PD）控制，它與比例控制相比，由于微分的引入，減小了動態(tài)偏差，但靜態(tài)偏差仍然存在。曲線5：比例積分微分（PID）控制，他與上述控制規(guī)律相比，超調(diào)量較小，振蕩周期較短，靜態(tài)偏差為零.第5章簡單控制系統(tǒng)

雖然PID控制是四種控制中最好的一種，但是微分作用對于干擾和測量噪聲來說是敏感的，因此除非受控過程容積滯后比較大，受控變量變化比較緩慢的過程外，一般不引入微分作用。另外，三種控制規(guī)律同時引入，也將給三種作用參數(shù)的確定帶來一定的困難。正是由于上述原因，工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用的是PI控制器。第5章簡單控制系統(tǒng)選擇控制器控制規(guī)律，應(yīng)根據(jù)對象特性、負(fù)荷變化情況、主要干擾以及對控制質(zhì)量的要求等不同情況，進(jìn)行具體分析。同時，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)的投運(yùn)方便等。具體選擇原則如下：

（1）當(dāng)廣義對象控制通道時間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不大、工藝要求不高時，可選用比例控制規(guī)律；而當(dāng)廣義對象控制通道時間常數(shù)較小、負(fù)荷變化較大、工藝要求無余差時，則應(yīng)選用比例積分控制規(guī)律。

控制器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇第5章簡單控制系統(tǒng)（2）當(dāng)廣義對象控制通道的時間常數(shù)大或容量滯后大時，采用微分作用有良好的效果。（3）當(dāng)廣義對象控制通道的時間常數(shù)較小，而負(fù)荷變化很大時，選用微分作用和積分作用都容易引起振蕩。如果時間常數(shù)很小時，可采用微分作用來降低系統(tǒng)的反應(yīng)速度提高控制質(zhì)量。（4）當(dāng)廣義對象滯后很小或噪聲嚴(yán)重時，應(yīng)避免引入微分作用，否則會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。第5章簡單控制系統(tǒng)（5）當(dāng)廣義對象控制通道的時間常數(shù)很大（或存在較大的純滯后），負(fù)荷變化也很大時，單回路控制系統(tǒng)往往也不能滿足要求，應(yīng)設(shè)計其他控制方案，根據(jù)具體情況選用前饋、串級、采樣等復(fù)雜控制系統(tǒng)。（6）當(dāng)對象數(shù)學(xué)模型可用近似時，則可根據(jù)純滯后時間τ與時間常數(shù)T的比值τ/T來選擇控制規(guī)律，即②當(dāng)0.2＜τ/T＜1.0時，選用比例積分或比例積分微分控制規(guī)律；③當(dāng)τ/T＞1.0時，采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足要求，應(yīng)選用其他控制方案。①當(dāng)τ/T＜0.2時，選用比例或比例積分規(guī)律；第5章簡單控制系統(tǒng)控制器正、反作用方式的選擇首先確定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式；然后根據(jù)受控過程的輸入輸出關(guān)系確定控制器的正、反作用方式。為了保證系統(tǒng)為負(fù)反饋，必須滿足:控制器、執(zhí)行器、受控過程三者的符號相乘為負(fù)即：(控制器±）（執(zhí)行器±）(受控過程±）=“-”第5章簡單控制系統(tǒng)1、根據(jù)選定的執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式確定其正、負(fù)號；2、由過程的輸入、輸出關(guān)系確定其正、負(fù)號；3、由判別式確定控制器所應(yīng)有的正、負(fù)號，4、選定其正、反作用形式。第5章簡單控制系統(tǒng)滿足該式的各環(huán)節(jié)符號是這樣規(guī)定的：當(dāng)其輸入增加時，若輸出也隨之增加則取正號，反之取負(fù)號；其中控制器是以測量值作為輸入的。即對控制器而言：當(dāng)測量值增加時若控制器輸出也隨之增加則取（+）號，反之?。?）號。也就是說正作用控制器?。?）,反作用控制器取（-）。第5章簡單控制系統(tǒng)對執(zhí)行器而言：當(dāng)輸入(壓力）信號增加時若開度增加則取“+”號，反之取“-”號。也就是說氣開閥取“+”號，氣關(guān)閥取“-”。對受控過程而言：當(dāng)操縱量增加時若其輸出（受控變量）增加則取“+”，反之取“-”號。對測量變送而言：一般被測參數(shù)增加其輸出總是增加的即總為正環(huán)節(jié)，所以上式中并沒出現(xiàn)。

第5章簡單控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)方案設(shè)計

被控變量的選擇操縱變量的選擇執(zhí)行器的選擇調(diào)節(jié)器正反作用方式及調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇設(shè)定值控制器被控對象被控量變送器+_調(diào)節(jié)閥干擾第5章簡單控制系統(tǒng)5.2.7簡單控制系統(tǒng)設(shè)計原則及應(yīng)用實(shí)例第5章簡單控制系統(tǒng)圖5-30牛奶干燥過程流程圖牛奶類乳化物干燥過程中的噴霧式干燥工藝設(shè)備。由于乳化物屬膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，不能用泵輸送，故采用高位槽的辦法。濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過濾器A或B(兩個交換使用，保證連續(xù)操作），除去凝結(jié)塊等雜質(zhì)，再至干燥器頂部從噴嘴噴出?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)送至換熱器(用蒸汽間接加熱)，熱空氣與鼓風(fēng)機(jī)直接送來的空氣混合后，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，以蒸發(fā)走乳液中的水分，使其成為奶粉，并隨濕空氣一起輸出，再進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。第5章簡單控制系統(tǒng)（1）受控變量的選擇干燥器出口的氣體溫度和產(chǎn)品質(zhì)量有密切關(guān)系，要求維持在一定值上，因此就選作被控變量。（2）操縱量的選擇第5章簡單控制系統(tǒng)影響出口溫度的因素有乳液量的變化、空氣流量及蒸汽變化等。因此可以選擇三種操縱變量，組成以下三個調(diào)節(jié)方案。圖5-31干燥過程方框圖第5章簡單控制系統(tǒng)

根據(jù)干擾作用點(diǎn)對調(diào)節(jié)質(zhì)量影響的分析，主要干擾施加點(diǎn)越靠近調(diào)節(jié)閥，控制質(zhì)量相對較高的原則，方案Ⅰ的干擾作用點(diǎn)與對象的輸入重合，調(diào)節(jié)作用最迅速，因此其控制性能最佳，方案Ⅱ次之，方案Ⅲ最差。從控制的品質(zhì)這方面考慮，應(yīng)該選擇方案Ⅰ，即選擇乳液流量作為操作變量。但是，在選擇調(diào)節(jié)方案時，還得從工藝角度來考慮，方案Ⅰ并不是最有利的。因?yàn)槿粢匀橐毫孔鳛椴倏v變量，則它就不可能始終在最大值上工作，也就限制了該裝置的生產(chǎn)能力。另外在乳液管線上裝了調(diào)節(jié)閥，容易使?jié)饪s乳液結(jié)塊，降低產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，綜合以上分析比較，選擇方案Ⅱ是最為合適的。第5章簡單控制系統(tǒng)（3）執(zhí)行器的選擇根據(jù)安全原則、介質(zhì)特點(diǎn)、工藝要求考慮應(yīng)選氣關(guān)式控制閥，以防故障(對閥芯的作用力為零）時中斷加熱蒸汽至使乳液直接流入出口使管道堵塞和產(chǎn)生劣質(zhì)產(chǎn)品。選用對數(shù)流量特性的控制閥。根據(jù)生產(chǎn)時對操縱量流量的要求選擇控制閥的公稱直徑和閥芯直徑的尺寸。第5章簡單控制系統(tǒng)（4）測量、變送的考慮Pt100熱電阻溫度計，三線制接法（5）控制器選型選用PID控制規(guī)律（6）控制器正反作用方式的選擇反作用方式第5章簡單控制系統(tǒng)圖5-32控制原理示意圖第5章簡單控制系統(tǒng)5.3簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定系統(tǒng)整定的實(shí)質(zhì)：通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)使其特性與被控對象特性相匹配，以達(dá)到最佳的控制效果。理論計算整定法工程整定法基于被控對象數(shù)學(xué)模型（如傳遞函數(shù)、頻率特性），通過計算方法直接求得調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，如根軌跡法、頻率特性法等?；诒豢貙ο蟮碾A躍響應(yīng)曲線，或直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，方法簡單，易于掌握。第5章簡單控制系統(tǒng)

工程整定法一、經(jīng)驗(yàn)試湊法（長期的生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來的一種整定方法）

(%)TI（min)TD（min)溫度20～603～100.3～1流量40～1000.1～1壓力30～700.4～3液位20～80方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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)中通過改變給定值以施加干擾，看輸出曲線的形狀，以δ%、TI、TD，對控制過程的規(guī)律為指導(dǎo)，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行湊試，直到合適為止。第5章簡單控制系統(tǒng)二、臨界比例度法穩(wěn)定邊界法是應(yīng)用較廣的一種整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法，特點(diǎn)是不需要求得被控對象的特性，而直接在閉環(huán)情況下進(jìn)行參數(shù)整定。整定方法：（1）取TI=∞，TD=0，比例度取較大數(shù)值（一般可取100%以上），系統(tǒng)按純比例投入運(yùn)行，穩(wěn)定后，逐步地減小比例度，在外界輸入作用下（給定或干擾的變化）下，觀察過程變化情況，直至系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩為止，記下此時比例度δcr(臨界比例度)和振蕩周期Tcr(臨界振蕩周期)。Tcr第5章簡單控制系統(tǒng)（2）根據(jù)δcr和Tcr

，按表中所列的經(jīng)驗(yàn)算式，分別求出3種不同情況下的控制器最佳參數(shù)值。（3）將比例度放到計算值略大一些的刻度上，然后TI由大而小將積分作用加入；TD由小而大將微分作用加入。（4）將比例度調(diào)到計算值上，觀察運(yùn)行，適當(dāng)調(diào)整，使過渡過程達(dá)到指標(biāo)要求。穩(wěn)定邊界法參數(shù)整定計算公式

TITDP2

crPI2.2

cr0.85Tcr

PID1.67

cr0.50Tcr

0.125Tcr

第5章簡單控制系統(tǒng)注意：此法簡單明了，容易判斷整定質(zhì)量，因而在生產(chǎn)上應(yīng)用較多，但是工藝上被控變量不允許等幅振蕩時不宜采用。第5章簡單控制系統(tǒng)三、衰減曲線法穩(wěn)定邊界法是要使系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩，還要多次試湊，而用衰減曲線法較為簡單，且可直接求得調(diào)節(jié)器比例度。衰減曲線法分為4︰1和10︰1兩種。4︰1衰減曲線法整定方法4︰1衰減曲線法整定方法（1）取TI=∞，TD=0，比例度取較大數(shù)值（一般可取100%以上），在純比例作用下，將系統(tǒng)投入。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，作設(shè)定值擾動，觀察過渡過程波動情況，直到衰減比為4︰1時為止，記下此時的比例度δs和它的衰減周期Ts。ty0Ts

=75%第5章簡單控制系統(tǒng)（2）根據(jù)δs和Ts值，按下表的經(jīng)驗(yàn)公式確定3種不同規(guī)律控制下的控制器的最佳參數(shù)值。（3）將比例度放到計算值略大一些的刻度上，逐漸引入積分作用和微分作用。（4）將比例度調(diào)到計算值上，觀察運(yùn)行，適當(dāng)調(diào)整，使過渡過程達(dá)到指標(biāo)要求。

TITDP

sPI1.2

s0.5TsPID0.8

s0.3Ts

0.1Ts

衰減曲線法整定計算公式(4:1)第5章簡單控制系統(tǒng)10︰1衰減曲線法整定方法

有的生產(chǎn)過程，由于采用4︰1的衰減仍嫌振蕩太強(qiáng)，則可采用10︰1衰減曲線法。方法同上，使被控變量記錄曲線得到10︰1的衰減時，記下這時的比例度δs和上升時間Tr

。然后再按下表的經(jīng)驗(yàn)公式來確定控制器的最佳參數(shù)值。

TITDP

sPI1.2

s2TrPID0.8

s1.2

0.4Tr

衰減曲線法整定計算公式(10:1)ty0Ts

=90%第5章簡單控制系統(tǒng)四、響應(yīng)曲線法

TITDP

PI1.1

3.3

PID0.85

2.0

0.5

——響應(yīng)速度，K/T——遲延時間第5章簡單控制系統(tǒng)飽和蒸汽鍋爐的單沖量控制系統(tǒng)為例（一）工藝上要求的技術(shù)指標(biāo)

(1) 鍋爐運(yùn)行的最高工作壓力為1.6MPa(2) 最大允許負(fù)荷隨時變化為10-12t/h(3) 蒸汽壓力波動小于10%第5章簡單控制系統(tǒng)（二）鍋爐汽泡水位的單沖量控制系統(tǒng)第5章簡單控制系統(tǒng)（三）控制器的參數(shù)整定用響應(yīng)曲線法整定控制器參數(shù)，首先作水位擾動試驗(yàn)，再根據(jù)結(jié)果確定的響應(yīng)曲線如下圖。第5章簡單控制系統(tǒng)6.1從常規(guī)控制到計算機(jī)控制

將孔板測量的壓差轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號，流量控制器將此信號與設(shè)定值作比較，如果有偏差存在，控制器把偏差按一定的控制算法（如PI算法）運(yùn)算后，輸出一個控制信號至控制閥，以改變流量Q，最后消除余差。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)圖6-3a計算機(jī)控制系統(tǒng)原理示意圖量變送器將孔板測量的壓差轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)采樣后由A/D轉(zhuǎn)換器將其變成數(shù)字量送給計算機(jī)，計算機(jī)把該數(shù)字量與設(shè)定數(shù)字量比較，對偏差進(jìn)行PI運(yùn)算后輸出數(shù)字控制信號并經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬量去控制控制閥,最后使流量調(diào)回到設(shè)定流量上來。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)圖6-3計算機(jī)控制系統(tǒng)（b）系統(tǒng)方框圖第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)6.2過程通道所謂過程通道就是指在計算機(jī)接口和受控過程間傳遞和交換信息的連接通道（不包含傳感器、變送器和執(zhí)行器）。過程通道是計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容，它的好壞將直接影響控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)情況。按信號傳遞方向來分，過程通道可分為輸入通道和輸出通道兩類；按所傳遞信號形式分，可分為模擬量輸入/輸出通道和數(shù)字量輸入/輸出通道。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)1、模擬量輸入輸出通道模擬量輸入通道的任務(wù)是將變送器或檢測元件送來的電信號，以系統(tǒng)所允許的誤差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并在程序支持下將變換結(jié)果送入計算機(jī)。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)模擬量輸出通道的任務(wù)是將計算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。模擬量輸出通道一般有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是一個D/A轉(zhuǎn)換器對應(yīng)一路輸出，另一種是一個D/A轉(zhuǎn)換器對應(yīng)于多路輸出，兩種結(jié)構(gòu)形式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)2、數(shù)字量輸入輸出通道數(shù)字量I/O通道，相對模擬量I/O通道要簡單，因?yàn)檫@些量都具有二進(jìn)制形式，易于被計算機(jī)所接收。但是這種量大多直接與現(xiàn)場相連，為了提高計算機(jī)的可靠性，一定要考慮隔離問題。另外，當(dāng)輸入電平與計算機(jī)電平不符時，必須加電平轉(zhuǎn)換電路。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)圖6-10數(shù)字量輸入通道圖6-12數(shù)字量輸出通道第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)6.3信號采集、數(shù)字濾波及數(shù)據(jù)處理經(jīng)調(diào)理電路獲得的隨時間連續(xù)變化的模擬信號經(jīng)過采樣器將它轉(zhuǎn)換為一連串不連續(xù)的脈沖信號，這種變換過程稱為采樣過程或離散化過程。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)香農(nóng)采樣定理給我們選擇最小采樣頻率提供了依據(jù)。事實(shí)上采樣頻率越高，控制越及時，控制品質(zhì)就越好(大純滯后的特殊過程除外），如果采樣頻率接近于無限，那么，離散系統(tǒng)的性能會接近于同等條件下的連續(xù)控制系統(tǒng)。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)表6-2采樣周期選擇表第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)受控變量采樣周期T/s備注成分15～20溫度15～20或取純滯后時間；對串級系統(tǒng)，液位5～8壓力3～10優(yōu)先選用5～8s流量1～5優(yōu)先選用1～2s轉(zhuǎn)速0.01～0.02速度控制系統(tǒng)外閉環(huán)電流或電壓0.001～0.002速度控制系統(tǒng)內(nèi)閉環(huán)

數(shù)字濾波

所謂數(shù)字濾波就是通過一定的計算機(jī)程序?qū)Σ蓸有盘栠M(jìn)行一定的計算，以提高有用（或真實(shí)）信號，消除或削弱各種周期性的、脈沖性的干擾和噪聲，因此也稱為程序?yàn)V波。數(shù)字濾波有許多優(yōu)點(diǎn)：不需要增加硬件設(shè)備數(shù)字濾波穩(wěn)定性高適應(yīng)性強(qiáng)第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)

目前數(shù)字濾波技術(shù)發(fā)展很快，常用的幾種數(shù)字濾波方法：

滑動平均值濾波加權(quán)平均值濾波中值法濾波（中值濾波）程序判斷濾波略第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理

1、數(shù)據(jù)讀入2、有效性檢查3、數(shù)字濾波4、線性化處理5、工程量化6、計算機(jī)處理7、上下限檢查8、數(shù)據(jù)存儲第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)6.4DDC系統(tǒng)的PID算式比例、積分、微分（簡稱PID）控制是模擬控制中普遍采用的控制方法。雖然在采用了計算機(jī)控制技術(shù)之后，使許多過去難以實(shí)現(xiàn)的非線性、多變量、自適應(yīng)和最優(yōu)化等控制算法得以實(shí)現(xiàn)，但是PID控制算法仍是最受人們歡迎的控制方式。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)

基本PID控制算式

計算機(jī)控制中的PID算式是由模擬PID算式經(jīng)離散化得來的，由于大多數(shù)工業(yè)過程參數(shù)變化是相當(dāng)緩慢的，只要選擇合適的采樣周期，離散控制形式就趨近于連續(xù)控制形式?；綪ID分為：位式算式型、增量算式型兩種。第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)1.位式算式2.增量算式第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)

對基本PID控制算式的改進(jìn)1.采用不完全微分的PID算式2.微分先行的PID算式第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)3.積分分離的PID算式第6章直接數(shù)字控制系統(tǒng)7.1串級控制系統(tǒng)

加熱爐是工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備之一。加熱爐出口溫度——爐膛溫度串級控制系統(tǒng)：7.1.1概述第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制(1)當(dāng)出口溫度偏差為零，T1C輸出不變時，應(yīng)對爐膛溫度實(shí)施定值控制，以克服干擾通過爐膛對出口溫度的影響。(2)當(dāng)出口溫度偏離給定值，T1C輸出開始變化時，爐膛溫度應(yīng)按T1C的要求進(jìn)行變化，以使出口溫度向給定值靠攏。按照這樣的要求，人們把出口溫度控制器T1C的輸出不是直接去操縱控制閥，而是作為爐膛溫度控制器T2C的設(shè)定值構(gòu)成兩個控制器串聯(lián)工作的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)就叫串級控制系統(tǒng)。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制圖7-4加熱爐出口溫度一爐膛溫度串級控制系統(tǒng)方框圖第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制圖7-5通用串級控制系統(tǒng)方框圖第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制串級控制系統(tǒng)的工作過程

串級控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上看比相應(yīng)的單回路控制系統(tǒng)多了一個副回路，因此具有許多特點(diǎn)，通過工作過程的分析可以初步了解一些與單回路系統(tǒng)不同之處。當(dāng)生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定工況時，各干擾均不存在，主副受控變量均處于相對平衡狀態(tài)，控制器保持某一固定輸出，控制閥保持某一固定開度，此時主受控變量穩(wěn)定在給定值附近不變。

一旦有擾動出現(xiàn)，平衡將被打破，串級控制系統(tǒng)便進(jìn)入了動態(tài)控制過程，以克服干擾的影響，使主受控變量向給定值靠擾。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制根據(jù)干擾來源不同，可分三種情況：（1）當(dāng)只有二次干擾作用時（即來自燃料壓力、流量、熱值的變化和煙囪抽力變化等）（2）當(dāng)只有一次干擾作用時(即被加熱物料的流量和初始溫度變化等）（3）當(dāng)一次干擾和二次干擾同時作用第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制7.1.2串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與分析

串級控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上看比單回路系統(tǒng)多了一個副回路，因此具有以下四個方面的特點(diǎn)。1.由于副回路的存在改善了受控過程的動態(tài)特性2.由于副回路的存在提高了系統(tǒng)的工作頻率3.由于副回路的存在大大提高了抗二次干擾的能力4.由于副回路的存在，使系統(tǒng)對副過程的變化不再敏感第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制

串級控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比由于多了一個副回路，因而具有以下特點(diǎn)：(1)由于副回路的作用，減小了過程的時間常數(shù)，縮短了副回路的控制通道，因而提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快了控制速度，克服干擾更加及時。(2)由于副回路的快速和超前作用，對于作用于副回路的干擾(即二次干擾)在影響主變量之前即可由副控制器加以克服，從而大大提高了抗二次干擾的能力。而對于抗一次干擾的能力也因控制通道的縮短和工作頻率的提高而有所提高。(3)由于隨動副回路的存在，使串級系統(tǒng)對副過程及執(zhí)行器特性的變化不再敏感，從而提高了系統(tǒng)的魯棒性。(4)由于副回路的存在，可以使操縱量更加準(zhǔn)確快速地按主控制器控制要求變化。

第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制7.1.3串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用1.當(dāng)過程存在變化劇烈、幅值大的干擾時應(yīng)考慮使用串級控制圖7-16加熱爐溫度---流量串級控制系統(tǒng)由于副回路的快速控制作用，對因燃料油壓力波動而引起的流量變化的抑制作用極強(qiáng)，可使出口溫度幾乎不受其影響。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制2.當(dāng)受控過程容量滯后較大時應(yīng)考慮使用串級控制選取火道溫度為副受控變量構(gòu)成串級控制系統(tǒng)副回路，它對于油壓、燃料油粘度、助燃風(fēng)量的變化等擾動所引起的火道溫度變化都能快速進(jìn)行控制。當(dāng)窯道溫度變化、產(chǎn)品移動速度變化、窯內(nèi)冷風(fēng)溫度變化等擾動而引起變化時，由于主回路的控制作用能使窯道溫度穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定的數(shù)值上。采用串級控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足了生產(chǎn)要求。

第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制3.當(dāng)受控過程純滯后較大時可考慮使用串級控制在控制閥較近處選擇混合器出口溫度作為副受控變量，網(wǎng)前箱出口處溫度為主受控變量，這樣就把紙漿流量的波動及蒸汽壓力的波動等主要干擾包括在了純滯后極小的副回路中。當(dāng)上述干擾出現(xiàn)時，由于副回路的快速控制，予以了提前控制，滿足了工藝生產(chǎn)的要求。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制4.當(dāng)過程有非線性時可考慮使用串級控制圖7-21醋酸乙炔合成反應(yīng)器溫度串級控制系統(tǒng)控制通道中有兩個串聯(lián)的熱交換器和一個合成反應(yīng)器。而換熱器具有嚴(yán)重非線性，出口溫度隨負(fù)荷增加而明顯下降，為此選擇換熱器出口溫度為副受控變量，反應(yīng)器中部溫度為主受控變量構(gòu)成串級控制，其中主要非線性被包括在副回路中，從而大大提高了控制品質(zhì)，滿足了生產(chǎn)要求。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制7.1.4串級控制系統(tǒng)的設(shè)計串級控制系統(tǒng)的設(shè)計，實(shí)質(zhì)上是副回路的設(shè)計,副回路的設(shè)計關(guān)鍵是副受控過程（副受控變量）的選擇。原因之一是主受控變量、操縱量、執(zhí)行器及測量變送的考慮與單回路系統(tǒng)設(shè)計一樣；原因之二是副回路設(shè)計的合理與否決定著串級控制系統(tǒng)能否發(fā)揮其特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用串級的目的。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制1.副受控變置量的選擇(1)因過程存在變化劇烈、幅值大的干擾，使用串級控制時，副受控變量選擇的基本原則是：在把影響系統(tǒng)控制品質(zhì)的主要干擾納入副環(huán)(即使之成為二次干擾)的前提下，應(yīng)盡量使副受控過程的時間常數(shù)小些，以提高副回路的快速性，增強(qiáng)抗二次干擾的能力。

(2)因受控過程容量滯后較大而使用串級控制時，副受控變量的選擇應(yīng)使副回路包括盡可能多的干擾（以使更多的干擾成為二次干擾）、盡可能大的容量滯后（使過程特性有較大的改善）。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制(3)因受控過程純滯后較大而使用串級控制時，副受控變量選擇的基本原則是：在把主要干擾納入副回路的前提下，應(yīng)盡可能減小副回路的純滯后，以提高副回路抗二次干擾的能力。（4）因過程有非線性而使用串級控制時，副受控變量的選擇一定要使過程的主要非線性納入副環(huán)，并注意過程時間常數(shù)的匹配。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制

以上四點(diǎn)選擇原則是根據(jù)串級控制的特點(diǎn)及主要應(yīng)用場合提出的，其基本出發(fā)點(diǎn)是充分發(fā)揮串級控制的特長，以解決單回路無法解決的主要矛盾，除此之外副受控變量的選擇還有如下問題在各種應(yīng)用場合下均應(yīng)加以考慮：①所選副受控變量要靈敏可靠，確有代表性。因?yàn)樗仁鞘芸刈兞?，又是主變量的操縱量。②應(yīng)考慮工藝上的合理性和實(shí)現(xiàn)的可能性，因?yàn)榭刂频哪康氖菫榱藵M足生產(chǎn)上的要求，保證生產(chǎn)的安全、高效和高質(zhì)量，所以設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)考慮并滿足生產(chǎn)工藝的要求。作為受控變量必須可測。③要考慮經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)有多個變量可供選擇時，應(yīng)從全局考慮，在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應(yīng)力求節(jié)約。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制a）出口溫度—液位串級控制（b）出口溫度—蒸汽壓力串級控制愛圖7-22冷卻器串級控制系統(tǒng)

第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制2.主、副控制器控制規(guī)律的選擇

在一般的串級控制中，主受控變量是工藝上要求嚴(yán)格加以控制的變量，因此，主控制器的控制規(guī)律應(yīng)按單回路控制中所述的原則選擇。而副受控變量則是為穩(wěn)定主受控變量而引入的輔助變量，一般無嚴(yán)格指標(biāo)要求,為了提高副回路的快速性一般采用純比例控制。但是在有的串級控制中，由于比例作用較弱，為了防止因同向干擾而引起的誤差積累也適當(dāng)引入積分作用。對于微分作用一般是不引入的。因?yàn)橐话愀被芈啡莘e滯后相對較小，無須引入微分。另外，隨動系統(tǒng)引入微分當(dāng)其給定突變時易產(chǎn)生過沖而使系統(tǒng)動作幅度過大，對系統(tǒng)控制不利。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制3.主、副控制器正反作用方式的選擇執(zhí)行器副過程副控制器輸入輸出關(guān)系氣開氣關(guān)形式應(yīng)取符號輸入輸出關(guān)系應(yīng)取符號應(yīng)取符號正、反作用方式輸入輸出輸入輸出增加(或減小）增加(或減小)氣開十增加(或減?。┰黾?或減小）十—反作用減小(或增加）—十正作用減小(或增加）氣關(guān)—增加(或減?。┰黾?或減小）十十正作用減小(或增加）—反作用表7-1副控制器正、反作用方式選擇表第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制副過程主過程主控制器輸入輸出關(guān)系應(yīng)取符號輸入輸出關(guān)系應(yīng)取符號應(yīng)取符號正、反作用方式輸入輸出輸入輸出增加(或減?。┰黾?或減?。┦黾?或減?。┰黾?或減?。┦醋饔脺p小(或增加）—十正作用減小(或增加)—增加(或減小）增加(或減?。┦饔脺p小(或增加）——反作用表7–2主控制器正、反作用方式選擇表第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制7.1.5串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)與參數(shù)整定1.控制器參數(shù)整定串級控制系統(tǒng)的整定一般可按下述步驟進(jìn)行：

首先使主控制器為純比例作用，比例度取100%，然后按單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定副控制器，使副回路工作在最佳狀態(tài)，然后把副控制器設(shè)置為最佳整定參數(shù)，把副回路看作主回路的一個等效環(huán)節(jié)按單回路的方法整定主控制器，使之處于最佳狀態(tài)。對于一般的串級控制系統(tǒng)，經(jīng)這兩步整定便可滿足要求，因此這種方法叫兩步整定法。如果經(jīng)上述兩步整定后控制品質(zhì)仍不理想，可在此基礎(chǔ)上再按副控制器→主控制器→…→的順序繼續(xù)整定直到滿意為止。從理論上而言每經(jīng)過一個回合的整定，主、副控制器的參數(shù)應(yīng)向最佳值逼近一步，所以此法又叫做逐步逼近法。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制2.串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)

串級控制系統(tǒng)的投運(yùn)亦要比單回路復(fù)雜一些。一般情況下是先投運(yùn)副回路，然后把副回路看作主回路的一個等效環(huán)節(jié)，按單回路的方法再投運(yùn)主回路。也有反向投運(yùn)或主、副回路同時投運(yùn)的。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制7.2前饋控制

前饋控制從原理上看完全不同于反饋控制，是利用對擾動的測量直接補(bǔ)償擾動可能對輸出可能產(chǎn)生的影響的開環(huán)控制方式。在某些情況下前饋控制可以產(chǎn)生很好的效果，特別是自計算機(jī)參與控制以來，前饋控制越來越受到人們的重視，并獲得了廣泛應(yīng)用，它是一種很有前途的控制方法。第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制7.2.1前饋與反饋

反饋控制作用總是落后于干擾，只有受控變量巳偏離給定值并產(chǎn)生偏差后控制器才能產(chǎn)生控制作用，使受控變量向給定值靠攏，即減小或消除偏差，因此動態(tài)偏差的存在是不可避免的。而前饋控制則抓住了產(chǎn)生偏差的根源——干擾，不再是測量受控變量而是直接測量干擾，一旦干擾發(fā)生，在干擾影響輸出的同時，前饋控制器輸出也根據(jù)干擾的大小和方向按希望的規(guī)律變化，去改變操縱量，使操縱量對輸出的影響與干擾對輸出的影響相反，以補(bǔ)償(抵消)干擾對輸出的影響，在理想情況下可以完全抵消干擾的影響，使得干擾與輸出無關(guān)。

第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制圖7-25前饋控制系統(tǒng)原理圖圖7-26前饋控制方框圖第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制圖7-27階躍千擾下前餓控制補(bǔ)償過程曲線第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制圖7-30按平衡方程進(jìn)行靜態(tài)前饋的換熱器溫度控制系統(tǒng)

第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制

前饋與反饋的比較（1）產(chǎn)生控制作用的依據(jù)不同（2）控制效果不同（3）實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)性和可能性不同（4）結(jié)構(gòu)不同（5）控制器控制規(guī)律不同第7章改善控制品質(zhì)的復(fù)雜控制7.2.1前饋—反饋復(fù)合控制系統(tǒng)

既發(fā)揮前饋補(bǔ)償能有效克服主要矛盾的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揮反饋控制經(jīng)濟(jì)