簡單控制系統(tǒng)

簡單控制系統(tǒng)第二節(jié)被控變量得選擇明確控制目得使生產(chǎn)過程自動(dòng)按照預(yù)定得目標(biāo)進(jìn)行,并使工藝參數(shù)保持在預(yù)先規(guī)定得數(shù)值上(或按預(yù)定規(guī)律變化)分析生產(chǎn)工藝“關(guān)鍵”變量:對(duì)產(chǎn)品得產(chǎn)量、質(zhì)量以及生產(chǎn)過程得安全具有決定作用得變量確定被控變量兩種控制類型:直接指標(biāo)控制和間接指標(biāo)控制當(dāng)質(zhì)量指標(biāo)信號(hào)缺少檢測(cè)手段、信號(hào)微弱、滯后很大時(shí),可選取與直接質(zhì)量指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系而反應(yīng)又快得變量做為間接控制指標(biāo)。選擇被控變量選擇被控變量選擇操縱變量處理測(cè)量信號(hào)選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運(yùn)參數(shù)整定概述塔頂易揮發(fā)組分純度XD、塔頂溫度TD、塔頂壓力P三者之間得關(guān)系為:XD=f(TD,P),兩個(gè)獨(dú)立變量。精餾塔系統(tǒng)得被控變量選擇苯－二甲苯的T-x圖TD℃XD%P恒定苯－二甲苯的P-x圖PMPaXD%T恒定要有代表性。被控變量應(yīng)能代表一定得工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài),一般都就是工藝過程中比較重要得變量。應(yīng)該獨(dú)立可控。簡單控制系統(tǒng)得被控變量應(yīng)避免和其她控制系統(tǒng)得被控變量有關(guān)聯(lián)(耦合)關(guān)系。滯后要小。采用直接指標(biāo)作為被控變量最直接也最有效。當(dāng)無法獲得直接指標(biāo)信號(hào),或其測(cè)量和變送環(huán)節(jié)滯后很大時(shí),可選擇與直接指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系得間接指標(biāo)作為被控變量。靈敏度要高。被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來,并具有足夠大得靈敏度。成本要低。選擇被控變量時(shí),必須考慮工藝得合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。

被控變量選擇得一般原則操縱變量與干擾變量

第三節(jié)操縱變量得選擇原則上,在諸多影響被控變量得輸入中選擇一個(gè)對(duì)被控變量影響顯著而且可控性良好得輸入作為控制變量后,其她所有未被選中得輸入則成了為系統(tǒng)得干擾變量。

選擇被控變量選擇操縱變量處理測(cè)量信號(hào)選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運(yùn)參數(shù)整定概述

進(jìn)料流量F不可控進(jìn)料成分X入

不可控進(jìn)料溫度T入

不可控回流流量L可控回流溫度TR

不可控加熱蒸汽流量QZ

可控冷凝器冷卻溫度不可控塔壓P不可控精餾塔系統(tǒng)得操縱變量選擇(塔頂產(chǎn)品為目得產(chǎn)品)OP控制通道干擾通道干擾變量控制變量被控變量干擾作用與控制作用之間的關(guān)系被控對(duì)象對(duì)象特性就是指被控對(duì)象輸入與輸出得關(guān)系分為對(duì)象靜態(tài)性質(zhì)和對(duì)象動(dòng)態(tài)性質(zhì)考察對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量得影響,用以選擇操縱變量控制質(zhì)量用系統(tǒng)得過渡過程來評(píng)價(jià)——超調(diào)量、衰減比、余差、過渡時(shí)間、振蕩周期對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量得影響放大系數(shù)絕對(duì)放大系數(shù)

YXPO

Y/(YMAX-YMIN)X/(XMAX-XMIN)相對(duì)放大系數(shù)控制通道得穩(wěn)態(tài)特性由控制通道放大系數(shù)K0表征,從控制有效性考慮,K0應(yīng)適當(dāng)?shù)么笠恍?/p>

干擾通道得穩(wěn)態(tài)特性由干擾通道放大系數(shù)Kf表征,希望Kf小一些,Kf越小干擾變量對(duì)被控變量得影響就越小操縱變量選擇得原則一:當(dāng)多個(gè)輸入變量都影響被控變量時(shí),從穩(wěn)態(tài)性質(zhì)考慮,應(yīng)該選擇其中放大系數(shù)大得可控變量作為操縱變量。

對(duì)象穩(wěn)態(tài)性質(zhì)對(duì)控制質(zhì)量得影響對(duì)象動(dòng)態(tài)性質(zhì)對(duì)控制質(zhì)量得影響1、控制通道時(shí)間常數(shù)T02、控制通道滯后時(shí)間τ0

T0小一點(diǎn)好,不能過大,否則會(huì)使控制變量得校正作用遲緩,超調(diào)量增大,過渡時(shí)間增長

在選擇操縱變量構(gòu)成控制回路時(shí),應(yīng)選擇控制通道時(shí)間常數(shù)小一點(diǎn)得,同時(shí)盡量避免控制通道純滯后τ0得存在,無法避免時(shí)應(yīng)使之盡可能小。

A:無純滯后時(shí)的校正作用B:有純滯后時(shí)的校正作用C:不受控下的輸出曲線D:無純滯后時(shí)的輸出曲線E:有純滯后時(shí)的輸出曲線干擾通道時(shí)間常數(shù)TfTf越大越好,干擾對(duì)被控變量得影響越緩慢,越有利于改善控制質(zhì)量

干擾通道純滯后τf的影響無純滯后有純滯后干擾通道滯后時(shí)間τf

干擾通道得純滯后τf不會(huì)影響控制質(zhì)量

操縱變量得選擇原則

操縱變量應(yīng)就是可控得,即工藝上允許調(diào)節(jié)得變量。操縱變量一般應(yīng)比其她干擾對(duì)被控變量得影響更加靈敏。為此,應(yīng)通過合理選擇操縱變量,使控制通道得放大倍數(shù)適當(dāng)大、時(shí)間常數(shù)適當(dāng)小(但不宜過小,否則易引起振蕩)、純滯后時(shí)間盡量小。為使其她干擾對(duì)被控變量得影響盡可能小,應(yīng)使干擾通道得放大系數(shù)盡可能小、時(shí)間常數(shù)盡可能大。在選擇操縱變量時(shí),除了從自動(dòng)化角度考慮外,還要考慮工藝得合理性與生產(chǎn)得經(jīng)濟(jì)性。一般說來不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為控制變量,因?yàn)樯a(chǎn)負(fù)荷直接關(guān)系到產(chǎn)品得產(chǎn)量,就是不宜經(jīng)常波動(dòng)得。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)根據(jù)穩(wěn)態(tài)性質(zhì)選擇操縱變量

薄板冷卻器熱物料冷物料TTFTLC液氨液氨PT氣氨氣氨液氨儲(chǔ)罐氨直冷式薄板冷卻系統(tǒng)示意圖被控變量:物料出口溫度待選得操縱變量:熱物料溫度熱物料的流量液氨的流量氣氨的回氣壓力POOP熱物料流量F對(duì)冷物料出口溫度T得放大系數(shù)為:氣氨回氣壓力P對(duì)冷卻器物料出口溫度T得放大系數(shù)為:PO作業(yè)思考P1684、5、6、7選擇被控變量選擇操縱變量處理測(cè)量信號(hào)選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運(yùn)參數(shù)整定概述第四節(jié)控制器控制規(guī)律得選擇常用得幾種控制規(guī)律

位式控制適用于對(duì)控制質(zhì)量要求不高,被控對(duì)象就是單容量得、且容量較大、滯后較小、負(fù)荷變化不大也不太激烈,工藝允許被控變量波動(dòng)范圍較寬得場合。

比例控制優(yōu)點(diǎn):比例控制克服干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過渡時(shí)間短。缺點(diǎn):在過渡過程終了時(shí)存在余差適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝允許被控變量存在余差得場合。

比例微分控制優(yōu)點(diǎn):利用微分超前得作用,在被控對(duì)象具有較大滯后得場合下,將會(huì)有效地改善控制質(zhì)量。缺點(diǎn):有可能會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩,嚴(yán)重時(shí)使系統(tǒng)失控而發(fā)生事故。

比例積分微分控制比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規(guī)律得優(yōu)點(diǎn)。適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制要求高得場合。

比例積分控制優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)在過渡過程結(jié)束時(shí)無余差缺點(diǎn):系統(tǒng)得超調(diào)量、振蕩周期都會(huì)相應(yīng)增大,過渡時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加。適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝不允許被控變量存在余差得場合。控制器正、反作用得選擇

保證整個(gè)控制系統(tǒng)形成負(fù)反饋。在控制系統(tǒng)中,控制器、被控對(duì)象、測(cè)量元件及執(zhí)行器都有各自得作用方向,一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)投運(yùn)前,被控對(duì)象、測(cè)量元件及執(zhí)行器得作用方向就是可以確定得,因此為了使系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋,應(yīng)對(duì)控制器得正反作用進(jìn)行調(diào)整。

所謂作用方向,就就是指輸入變化后,輸出得變化方向。當(dāng)輸入增加時(shí),輸出也增加,則稱該環(huán)節(jié)為“正作用”方向;反之,當(dāng)環(huán)節(jié)得輸人增加時(shí),輸出減小,則稱該環(huán)節(jié)為“反作用”方向。自動(dòng)控制系統(tǒng)得每個(gè)環(huán)節(jié)都有正反作用何謂“正”、“反”作用？控制器正反作用選擇得基本原則控制器正反作用選擇得步驟1、判斷被控對(duì)象得正反作用方向,由工藝機(jī)理確定;2、判斷執(zhí)行器得正反作用方向,由工藝安全條件選定,其選擇原則就是:控制信號(hào)中斷時(shí),應(yīng)保證設(shè)備和操作人員得安全;3、確定廣義對(duì)象得正反作用方向,一般測(cè)量變送環(huán)節(jié)為正作用方向,根據(jù)被控對(duì)象和執(zhí)行器得作用方向,確定廣義對(duì)象得正反作用方向;(當(dāng)輸入增加時(shí),輸出也增加,則稱該環(huán)節(jié)為“正作用”方向)4、由整個(gè)控制系統(tǒng)必須為負(fù)反饋確定控制器得正反作用方向,即若廣義對(duì)象為正作用方向,則控制器應(yīng)選擇為反作用,反之亦然?？刂破?LC或TC)執(zhí)行器（控制閥）被控對(duì)象測(cè)量、變送環(huán)節(jié)（LT或TT）被控變量干擾偏差設(shè)定值＋－廣義對(duì)象+自動(dòng)控制系統(tǒng)必就是一個(gè)被控變量為負(fù)反饋得閉環(huán)系統(tǒng),因而選擇控制器得正反作用,最終得結(jié)果一定要使整個(gè)控制系統(tǒng)為負(fù)反饋得系統(tǒng)控制器“正”、“反”作用選擇分析:液位控制系統(tǒng)如圖所示得液位控制系統(tǒng),如果閥得氣開、氣關(guān)特性發(fā)生改變,控制器得正、反作用也應(yīng)該發(fā)生改變。假設(shè)閥門選用氣關(guān)閥:即有信號(hào)輸入,閥門減小,流通截面減小,故為反作用,記為“—”由液位控制系統(tǒng)可知;控制閥為貯槽得入口閥,液位隨著控制閥門開度得增加而增加,所以對(duì)象為正作用,記為“+”所以廣義對(duì)象得為“—”,為了使整個(gè)控制系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng),控制器必須就是“正”作用+—+反之,若假設(shè)閥門選用氣開閥:—控制器為“反”作用例1:如圖所示得液位控制系統(tǒng),假設(shè)工藝要求供氣(儀表得電信號(hào)、氣壓信號(hào)等)中斷時(shí)液體不得外溢,請(qǐng)選擇閥得氣開、氣關(guān)特性,并選擇控制器得正、反作用。因?yàn)?工藝要求供氣中斷時(shí)液體不得外溢,根據(jù)安全原則——在此,控制閥控制得就是進(jìn)口物料,為保證安全,當(dāng)沒有控制信號(hào)時(shí),閥門應(yīng)關(guān)閉(2)控制器得正、反作用得選擇自動(dòng)控制過程為:所以:選用反作用控制器液位控制系統(tǒng)解:(1)控制閥氣開、氣關(guān)特性得選擇所以:選用氣開閥?！?+閥門開度大,液位上升,對(duì)象為“+”+為了保證自動(dòng)控制系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng),當(dāng)廣義對(duì)象為“+”時(shí),控制器必須就是“—”,所以:廣義對(duì)象為“+”例2:如圖蒸汽加熱反應(yīng)釜控制系統(tǒng),工藝要求釜內(nèi)溫度不得過高,試確定控制器得正、反作用。蒸汽加熱反應(yīng)釜因?yàn)?工藝要求釜內(nèi)溫度不得過高,也就就是說,供氣中斷時(shí),熱源(即蒸汽)進(jìn)料閥須關(guān)閉,有信號(hào)則開所以:應(yīng)選氣開閥。所以:控制器應(yīng)選反作用解:(1)確定控制閥得氣開、氣關(guān)特性(2)確定控制器得正、反作用為了使控制系統(tǒng)為負(fù)反饋++—蒸汽閥門開度大,反應(yīng)釜內(nèi)溫度上升,對(duì)象“+”所以:廣義對(duì)象為“+”+例3:如圖加熱爐溫度控制系統(tǒng),試確定控制器得正、反作用。加熱爐溫度控制帶控制點(diǎn)得流程圖因:供氣中斷時(shí),應(yīng)使燃料閥全關(guān),停止供應(yīng)燃料油,不致使加熱爐溫度過高燒壞爐子。故:選氣開閥。(正作用)(2)確定調(diào)節(jié)器得正、反作用所以:控制器應(yīng)選反作用解:(1)確定控制閥得氣開、氣關(guān)特性++—燃料油閥門開度大,加熱爐內(nèi)溫度上升,對(duì)象“+”所以:廣義對(duì)象為“+”為了使控制系統(tǒng)為負(fù)反饋++選擇被控變量選擇操縱變量處理測(cè)量信號(hào)選擇調(diào)節(jié)閥選擇控制規(guī)律系統(tǒng)投運(yùn)參數(shù)整定概述第五節(jié)控制系統(tǒng)得投運(yùn)與參數(shù)整定控制系統(tǒng)得投運(yùn)(1)熟悉被控對(duì)象和整個(gè)控制系統(tǒng),檢查所有儀表及連接管線、氣管線、電源、氣源等,以保證接線得正確性,及故障時(shí)能及時(shí)確定故障原因;(2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或估算比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD得數(shù)值,或?qū)⒖刂破鞣旁诩儽壤饔?比例度放在較大位置;(3)確認(rèn)控制閥得氣開、氣關(guān)作用;確認(rèn)控制器得正、反作用;(4)手動(dòng)操作執(zhí)行器,待工況穩(wěn)定后,將控制器由手動(dòng)狀態(tài)切換到自動(dòng)狀態(tài),控制系統(tǒng)由開環(huán)控制變?yōu)殚]環(huán)控制。初步投運(yùn)過程基本結(jié)束。但控制系統(tǒng)得過渡過程不一定滿足要求,需要進(jìn)一步整定比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD三個(gè)參數(shù)?？刂破鲄?shù)得工程整定

就就是按照已定得控制方案,求取使控制質(zhì)量最好得控制器參數(shù)值。即確定最合適得控制器比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD,使控制質(zhì)量能滿足工藝生產(chǎn)得要求。對(duì)于簡單控制系統(tǒng)來說,一般希望過渡過程呈4:1至10:1得衰減振蕩過程。什么就是“參數(shù)整定”？yt4:1yt10:1參數(shù)整定方法:1、理論計(jì)算2、工程整定(又叫經(jīng)驗(yàn)整定方法,分為臨界比例度法、衰減曲線法、經(jīng)驗(yàn)湊試法)

1、臨界比例度法先將控制器放在純比例作用,在干擾作用下,從大到小地逐漸改變控制器得比例度,直至系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩,這時(shí)得比例度稱為臨界比例度δK,周期稱為臨界振蕩周期Tk。然后按表中得經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出控制器得各參數(shù)整定數(shù)值。Tkttfy臨界振蕩過程臨界比例度法參數(shù)計(jì)算公式控制作用比例度%積分時(shí)間(min)微分時(shí)間(min)比例2δK

比例＋積分2、2δK

0、85Tk比例＋微分1、8δK

0、85Tk比例＋積分＋微分1、7δK

0、5Tk0、125Tk注意:

當(dāng)不存在臨界比例度或臨界比例度過小或不允許等幅振蕩時(shí),該方法不適用。2、衰減曲線法——使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩來整定控制器得參數(shù)值先將控制器放在純比例作用,在干擾作用下,從大到小地逐漸改變控制器得比例度,直至系統(tǒng)出現(xiàn)4:1衰減比為止,這時(shí)得比例度稱為衰減比例度δS

,周期稱為衰減周期Ts。然后按表中得經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出控制器得各參數(shù)整定數(shù)值?？刂谱饔帽壤?積分時(shí)間(min)微分時(shí)間(min)比例δS

比例＋積分1、2δS

0、5Ts比例＋積分＋微分0、8δS

0、3Ts0、1Ts表6-24:1衰減法參數(shù)計(jì)算公式表

fytTst4:1控制作用比例度%積分時(shí)間(min)微分時(shí)間(min)比例δS

比例＋積分1、2δS

2T升

比例＋積分＋微分0、8δS

1、2T升

0、4T升

表6-310:1衰減法參數(shù)計(jì)算公式表

ytT升ft10:1采用衰減曲線法必須注意以下幾點(diǎn):(1)加得干擾幅值不能太大,一般為額定值得5％左右;(2)必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾,否則得不到正確得δS、、Ts、T升。(3)對(duì)于反應(yīng)快得系統(tǒng),如流量、管道壓力和小容量得液位控制等,要在記錄曲線上嚴(yán)格得到4:1衰減曲線比較困難。一般以被控變量來回波動(dòng)兩次達(dá)到穩(wěn)定,就可以近似地認(rèn)為達(dá)到4:1衰減過程了。

3、經(jīng)驗(yàn)湊試法被控對(duì)象對(duì)象特性比例度％積分時(shí)間(min)微分時(shí)間(min)流量對(duì)象時(shí)間常數(shù)小,參數(shù)有波動(dòng),δ要大,TI要短,不用微分40～1000、3～10、5～0、3溫度對(duì)象容量滯后大,參數(shù)變化遲緩,δ應(yīng)小,TI要長,一般需加微分20～603～10壓力對(duì)象容量滯后不大,一般不用微分30～700、4～3液位對(duì)象時(shí)間常數(shù)范圍較大,δ應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取,一般不用微分20～800、4～3根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將控制器參數(shù)放在一個(gè)數(shù)值上,直接在閉環(huán)得控制系統(tǒng)中,通過改變給定值施加干擾,在記錄儀上觀察過渡過程曲線,運(yùn)用δ、TI、TD對(duì)過渡過程得影響為指導(dǎo),按照規(guī)定順序,對(duì)比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD逐個(gè)整定,直到獲得滿意得過渡過程為止。先用純比例進(jìn)行湊試(把積分時(shí)間放在∞,微分時(shí)間放在0得位置上),待過渡過程已基本穩(wěn)定并符合要求后,再加積分作用消除余差,最后加入微分作用就是為了提高控制質(zhì)量(1)“看曲線,調(diào)參數(shù)”(2)先按表6-4中給出得范圍把積分時(shí)間TI計(jì)算出來,若要引入微分作用,可取TD=(1/3～1/4)TI,然后對(duì)δ進(jìn)行湊試,若所得