2022年2022年过程控制复习 .pdf

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1、第一章过程控制是生产过程自动化的简称热工参数（过程参数） ：存在于生产过程中的温度、压力、流量、液位、成份和物性等工艺参数。过程控制系统： 对生产过程中的热工参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。过程控制主要是指连续型工业过程的自动控制集散型控制系统(DCS 系统 )是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。现场总线控制系统(FCS 系统 )是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通讯1.2 过程控制的任务及要求工业生产对过程控制的要求主要有三个方面：安全性、稳定性

2、、经济性过程控制的任务：在了解、 掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。因此，过程控制是集控制理论、工艺知识、自动化仪表与计算机等为一体的综合性应用技术。1.3 过程控制系统的组成、特点及分类广义对象：检测元件、变送器、执行器和被控对象控制系统中常用的名词术语（1）被控对象 （对象）：需要实现控制的设备、机器或生产过程，称为被控对象， 例如锅炉（2）被控变量（被调量、被调参数）y：指需要控制的工艺参数，如加热器的温度、锅炉汽包水位等。 它是被控对象的输出信号。在控制系统方块图中

3、，它也是自动控制系统的输出信号。但它是理论上的真实值，由测量变送器输出的信号是被控变量的测量值x。（3）设定值（给定值） ：被控变量的目标值（预定值），称为设定值。当它由工业调节器内部给出时称为内给定值，最常见的内给定值是一个常数，它对应于被控变量所需保持的工艺参数值。当它产生于外界某一装置，并输入至调节器时称为外给定值。（4）操纵变量（控制变量、调节参数）：受调节器操纵，用以使被控变量保持设定值（给定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 18 页 - - -

4、- - - - - - 值）的物料量或能量，称为操纵变量。它是调节阀的输出信号，如锅炉给水。调节阀的输入信号是调节器的输出信号，它不同于操纵变量。（5）干扰（扰动）：除操纵变量以外，作用于对象并能引起被控变量变化的因素，称为干扰或扰动。负荷变化就是一种典型的扰动，如蒸汽用量的变化对锅炉水位控制是一种典型干扰。（6）基本扰动：可以通过执行机构控制的扰动。如锅炉给水流量的变化。（7）外部扰动：系统本身无法控制的扰动。如蒸汽负荷变化。（8）偏差：偏差理论上应该是被控变量的设定值与实际值之差。但是能够直接获取的是被控变量的测量值信号而不是实际值，因此，通常把给定值与测量值之差称作为偏差。（9）调节作用

5、：克服干扰作用影响，使系统重新稳定的作用。（10）干扰作用：破坏系统平衡，引起被调参数偏离给定值的作用。（11）测量信号：变送器输出代表被调参数大小的信号。（12）定值信号：代表给定值大小的信号。（13）控制信号：调节器输出，控制执行机构的信号。被控变量 /受控变量 /过程变量（ Controlled Variable - CV , Process Variable - PV）设定值 /给定值(Setpoint - SP, Setpoint Value - SV ) 操纵变量 /操作变量(Manipulated Variable, MV) 扰动 /扰动变量(Disturbance Variab

6、le, DV) 测量 /测量信号(Measurement ) ，控制 /控制信号 /控制变量（ Control Variable ）1.3.3 .过程控制系统的分类按系统的结构特点分：（1）反 馈控制系 统（ Feedback Control System）（2）前馈控制系统（Feedforward Control System ）（3）前馈 -反馈复合控制系统按设定值的特点分：（1）定值控制系统设定值固定不变或在规定的小范围内变化。（2）随动控制系统设定值随时间任意变化。（3）程序控制系统设定值按预定的时间程序变化，也称为顺序控制系统。1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标1.过程控制系统

7、的静态与动态在自动控制领域，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。2.过程控制系统的过渡过程控制系统从一个平衡状态到达另一个平衡状态的过程称为系统的过渡过程。衡量过程控制系统工作质量的依据是系统的过渡过程。3.过程控制系统的性能指标过渡过程是衡量控制系统品质的重要依据，一个优良的控制系统，其过渡过程应属于衰减振荡过程，被控变量应能平稳、快速、准确的趋近或回到设定值。通常在稳定性（最重要最基本）、准确性和快速性三个方面给出性能指标. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

8、- - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - - - - - - - - 单项性能指标(1)最大偏差和超调量（准确性指标）最大偏差是指在过渡过程中被控变量偏离给定值的最大数值，它是控制系统的动态指标。 在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，它表示被控变量瞬间偏离给定值的最大限度。如图中的A 。超调量是第一个峰值与新稳定值之差，即图中的B。(2)衰减比和衰减率（稳定性指标）衰减比表示振荡过程的衰减程度，它等于被控变量产生周期性振荡前后相邻两个峰值之比，它是控制系统的动态指标。衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指经过一个周期以后，波动幅

9、度衰减的百分数，即为了保证控制系统有一定的稳定裕度，在过程控制中一般要求衰减比为4:1 到 10:1 ，这相当于衰减率为75%到 90%。(3)余差（准确性指标）余差也称静差或稳态误差，是指当过渡过程结束后，被控变量新的稳态值与给定值之间的偏差，它是控制系统的稳态指标，在图中以C 表示。余差为零的过程控制系统称为无差调节系统，余差不为零的过程控制系统称为有差调节系统。(4)过渡时间（调节时间） （快速性指标）过渡时间是指从干扰发生时刻起到系统建立新的平衡状态止所经历的时间。即从扰动开始到被调量进入新稳态值的5%（或 2%）范围内所需时间。(5) 振荡周期或频率（快速性指标）过渡过程的振荡周期或

10、频率也可以作为衡量控制系统快速性的一个指标。过渡过程中同向两个波峰之间的时间间隔叫振荡周期，其倒数称为振荡频率。一般希望振荡周期短一些为好。衰减率BBB衰减比BBn名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - - 这些性能指标在不同的控制系统中各有侧重，在实际应种种应该根据情况进行选择、设计。1.5 过程控制系统设计概述过程控制系统设计的主要任务是在认真熟悉工艺过程的基础上，确定合理可行的控制方案，正确选择参数检测方法及测控仪表

11、与装置，最后完成调节器参数的整定工作。第二章2.1 过程建模的基本概念定义：是描述被控过程在输入（控制输入，扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。2.1.2 被控过程的动态特性依据过程特性的不同分为（1）有自衡过程和无自衡过程当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装置的干预下，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。（2）单容过程与多容过程工业生产过程一般都具有储存物料或能量的能力，其储存能力的大小称为容量。单容过程只有一个储存容积的过程。多容过程被控过程由多个容积组成。2. 工业过程动态特性的特点系统

12、相对较为复杂;时间常数及时延大;具有非线性、分布参数;具有时变特性;被控对象大多属慢变过程流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控对象内部的物质或能量流出量：从对象内部流出的物质或能量。与之相关的基本关系是能量与物质的平衡关系。2.1.3 被控过程数学模型的建立方法建立被控过程数学模型的方法主要有三种，分别是机理法、 实验法、 机理法与实验法相结合的混合法。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2.2

13、机理法建模机理法建模的基本步骤：(1)根据建模过程和模型使用目的进行合理假设; (2)明确过程的输出变量、输入变量和其他中间变量；(3)依据过程的内在机理和有关定理、定律以及公式列写静态方程或动态方程；(4)消去中间变量，求取输入、输出变量的微分方程或传递函数；(5)在满足控制工程要求的前提下，对数学模型进行必要的简化。2.3 实验法建模响应曲线法：通过操作调节阀，使被控过程的控制输入产生一阶跃变化或方波变化，得到被控量随时间变化的响应曲线或输出数据，再根据输入输出数据，求取过程的输入输出之间的数学关系。2.3.1 阶跃响应曲线法阶跃响应曲线法是对处于开环、稳态的被控对象，使其控制输入量产生一

14、阶跃变化，测得被控参数的阶跃响应曲线，根据该曲线， 求取被控对象输入与输出之间的动态数学关系即传递函数。1.测试时应注意的问题1）测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2）输入的阶跃幅度适中。一般取阶跃变化在正常输入信号最大幅值的5%15%之间，一般取 10%。3）一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段时间再做第二次试验。4）在相同条件下应重复多做几次试验，减少随

15、机干扰的影响5）对正、反方向的阶跃输入信号进行试验，以衡量过程的非线性程度。2.模型结构的确定对于大多数过程，数学模型（传递函数）为3.模型参数的确定（1）确定一阶惯性环节的参数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - （2）确定一阶惯性时延环节特性参数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共

16、 18 页 - - - - - - - - - （3）确定二阶环节的特性参数2.3.2 脉冲响应曲线法通常在实验获取矩形脉冲响应曲线后，先将其转换为阶跃响应曲线，然后再按阶跃响应法确定有关参数。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - 第三章3.1 概述单回路控制系统是指只有一个测量变送器、一个调调节器、 一个调节阀连同被控过程，对一个被控参数进行控制的反馈闭环控制系统。测量变送器调节阀被控过程f (t)y(t)调节 器

17、设定值 r测量值 x被调参数偏差 e干扰u尤其适用于被控过程的纯时延和惯性小，负荷和扰动变化比较平缓，或者对被控质量要求不太高 的场合。3.1.2 控制系统的工程表示带测控点工艺流程图是自控设计的文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制的原理图，是控制系统设计、施工中采用的一种图示形式。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2仪表位号在检测控制系统中，构成回路的每个仪表(或元件 )都用仪表位号来标识。仪表位号

18、由字母代号组合和回路编号两部分组成.首字母表示被控变量，后继字母表示仪表的功能，至少包含两个大写英文字母，首字母可以附带一个小写，表示系统所检测工艺参数（变量类型）。回路的编号由工序号和顺序号组成，一般用3-5 位阿拉伯数字表示。T RC 1 31顺序号（用 23位数字表示）工序号（用 12 位数字表示）功能字母代号被控变量字母代号(a) 就地安装(b) 集中盘面安装TRC101PI121图 3.6 仪表位号标注方法3.2 单回路控制系统方案设计-核心3.2.1 被控参数的选择根据工艺要求选择被控参数，是系统设计中的重要内容。选取被控参数的一般原则： 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行

19、和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控参数。 当不能用直接参数作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。 被控参数必须具有足够高的灵敏度。 被控参数的选取，还必须考虑工艺过程的合理性和国内外仪表生产的现状。3.2.2 控制参数的选择一个具体的工业过程往往存在多个输入变量（含扰动），选择一个作为控制量，其名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - 他的便为扰动量。1. 干扰通

20、道特性对控制质量的影响 放大倍数Kf 的影响干扰通道 Kf 越大，系统的稳态误差越大，被控参数偏离给定值越大。 时间常数 Tf 的影响干扰通道时间常数越大，个数越多， 或者说干扰进入系统的位置越远离被控参数而靠近调节阀，干扰对被控参数的影响就越小，系统的控制质量就越高. 纯滞后 f 的影响干扰通道的纯滞后f，使干扰对被控参数的影响推迟了时间f，因而控制作用也推迟了时间 f，使整个过渡过程曲线推迟了时间f。只要控制通道不存在纯滞后，就不会影响控制质量。2. 控制通道特性对控制质量的影响 放大倍数K0 的影响在一定的稳定程度（即一定的衰减比）情况下，系统的开环放大倍数是一个常数。常数pKK0对于线

21、性系统，在一定稳定性前提下，系统的控制质量与控制通道放大倍数无关。从控制角度分析K0 越大，则表明控制参数对被控参数的影响越大，克服干扰影响更为有效。在相同衰减比情况下，K0Kp= 常数，当 K0 越大时， Kp 则越小，而Kp 小则比例度 大。在调节器参数整定时，大比较容易调整，反之则不易调整。从控制的有效性及调节器参数易调整性来考虑，希望控制通道放大倍数K0 越大越好。但是，如果K0 过大，会引起控制通道过于灵敏，使控制系统不稳定。 时间常数 T0 的影响控制通道时间常数T0 的大小反映了控制作用的强弱，反映了调节器的校正作用克服扰动对被控参数影响的快慢。T0 越大， 系统的控制质量越差，

22、太小则稳定性下降，系统质量也变差。大小应该适中。 纯滞后 0 和容量滞后 c 的影响控制通道的纯滞后会使系统的动态偏差增大，超调量增加， 最终导致控制质量下降。在选择控制参数时，应使对象控制通道的纯滞后0 尽可能小。在过程控制中，通常用0/T0 的大小作为反映过程控制难易程度的一种指标。一般认为当 0/ T00.3 时，系统比较容易控制；当0/ T00.5 时，系统则较难控制，需要采取特殊措施，如当0 难以减小时，可设法增加 T0 以减小 0/ T0 的比值，否则很难收到良好的控制效果。控制通道的容量滞后c 同样会造成控制作用不及时，使控制质量下降。但是c 的影响比纯滞后 0 对系统的影响缓和

23、。另外，若引入微分作用，可克服c 对控制质量的影响。 控制通道时间常数匹配的影响在实际生产过程中，广义被控对象可近似看成由多个一阶惯性环节串联而成，假设广义对象的传递函数为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 18 页 - - - - - - - - - 时间常数相差越大，临界稳定增益越大，系统开环增益就允许增大得越多，因而对系统的控制质量就越有利。所以，选择控制参数时，应将时间常数尽量错开。选择控制参数的一般原则：所选的控制参数必须是可控 的。控制通道的放大

24、倍数K0 要适当大一些；时间常数T0 要适当小 ，但不宜过小；纯滞后0 越小越好 ，在有纯滞后0 的情况下， 0/ T0 一般应小于0.3，若其比值过大，则不利于控制。干扰通道的放大倍数Kf 应尽可能小 ；时间常数Tf 应尽可能大 ，容量数尽可能多；干扰进入系统的位置尽可能远离被控参数而靠近调节阀。广义被控对象由几个一阶惯性环节组成，应尽量设法把 几个时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大得多，以便尽可能提高系统的可控性。 在选择控制参数时还需考虑到工艺的合理性、经济性。一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制参数 。3.

25、2.3 被控参数的测量与变送1. 检测仪表性能的影响 放大倍数Km 的影响Km 与变送器的量程有关，量程小则Km 大。作为广义对象的一部分，Km 本身不影响控制系统的性能指标。然而当变送器精度等级一定时，量程小， 有利于减小显示误差。 时间常数 Tm 的影响若 Tm 较大，则会使被控参数的测量值与实际值之间产生较大的动态误差，从而对系统的控制质量产生不利的影响。 滞后时间 m 的影响测量变送环节是广义对象的一部分，其纯滞后 m 对控制质量的影响与控制通道纯滞后对控制质量的影响相同，减小它对控制系统有利。温度和物性参数的测量很容易引入纯滞后，而且一般都比较大。流量参数的测量纯滞后一般都比较小。名

26、师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2. 测量信号的处理 测量信号的滤波 测量信号的线性化3. 安装使用条件安装条件必须符合相应检测仪表的具体要求。实际使用时，仪表的工作参数应该符合仪表的设计参数。3.2.4 执行器的选择1. 调节阀结构形式的选择调节阀有直通单座、直通双座、角形、高压、三通、蝶阀和隔膜阀等不同结构形式，各有特点，要根据生产过程的不同需要和控制系统的不同特点来进行选择。在选用时，要注意： 工艺介质的

27、种类，腐蚀性和粘性。 流体介质的温度、压力、比重。 流经阀的最大、最小流量，正常流量以及正常流量时阀上的压降。另外还有过程控制要求控制系统精度、可调比、噪音执行机构的选择可以根据实际使用要求，综合考虑确定选择执行机构时，还必须考虑执行机构的输出力（力矩）应大于它所受到的负荷力（力矩）负荷力（力矩）包括流体对阀芯产生的作用力（不平衡力）或作用力矩（不平衡力矩）阀杆的摩擦力、重量以及压缩弹簧的预紧力3. 调节阀气开、气关形式的选择气开阀当无压力信号时阀全关，随着膜头输入压力信号的增大，阀门逐渐开大。气关阀当无压力信号时阀全开，随着膜头输入压力信号的增大，阀门逐渐关小。调节阀气开、气关形式的选择原则

28、： 首先要从生产安全出发。 从保证产品质量出发。 从降低原料、成品、动力损耗来考虑。 从介质的特点考虑。由于工艺要求不一，对于同一个调节阀可能有两种不同的选择结果。在这种情况下就要分清主要矛盾和次要矛盾，权衡利敝，按主要矛盾来进行选择。某些生产工艺对调节阀的开闭形式的选择没有严格的要求。在这种情况下， 可以根据操作习惯和方便、统一的原则来选择调节阀的气开、气关形式。4. 调节阀流量特性的选择名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - -

29、 - - - 直线流量特性特点：直线流量特性调节阀在小开度工作时，其相对流量的变化大，灵敏度高， 控制作用强，易引起超调， 产生振荡； 而在大开度工作时，其相对流量的变化小，灵敏度低， 控制作用弱，会造成控制作用不够及时。因而不宜用于负荷变化大的过程。对数（等百分比）流量特性特点： 等百分比流量特性的调节阀，其放大系数随行程增大而增大。在小流量时，流量变化的绝对值小；在大流量时，流量变化的绝对值大。所以它在小流量时工作较平稳，在大流量时工作较灵敏，适用于负荷变化较大的过程。快开流量特性特点：快开流量特性的调节阀主要用于位式控制。抛物线流量特性特点：它介于直线流量特性与等百分比流量特性的曲线之间

30、，通常可用等百分比流量特性来代替。流量特性的选择方法：数学分析法；经验法从改善系统控制质量考虑当对象的 Ko 为线性时， 应选择直线特性的调节阀，否则就选择等百分比特性的调节阀。从配管状况（S 值大小）考虑综合考虑其他因素当所选用的调节阀有可能经常在小开度下工作时，为使调节过程平稳宜选用等百分比理想流量特性。因为直线特性调节阀在小开度情况下，流量变化率很大，不宜进行微调。当控制系统预计到负荷变化幅度较大时，宜选用等百分比理想流量特性。这是因为等百分比调节阀的放大系数是随阀芯位移的变化而变化的，其流量变化率恒定，所以能适应负荷的变化。当流体介质中含有较多固体悬浮物时，可以考虑选用直线理想流量特性

31、，因为这种流量特性的阀，它的阀芯曲面形状相对较瘦，在调节阀小开度工作时，阀芯不易被卡死。5. 阀门定位器的选用阀门定位器的主要作用： 实现准确定位 改善调节阀的动态特性 改变调节阀的流量特性 实现分程控制注意 :在一些反应迅速的过程中，例如流量和液体压力控制系统中，使用阀门定位器容易引起振荡，因而在这些场合不宜采用。3.2.5 调节器控制规律的选择调节器的控制规律也称调节规律，是指调节器的输出信号u 与输入信号e 之间随时间变化的规律。其基本控制规律有位式、比例（P） 、积分（ I） 、微分（ D）及其组合。1.双位控制目前所采用的调节器中，最古老、 最简单的控制规律就是双位控制，即调节器的输

32、出只有两个值。当测量值大于（或小于）给定值，即偏差信号e 大于零（或小于零）时，调节器的输出信号为最大值； 反之， 调节器的输出信号为最小值。相应的调节阀也只有全开或全关两个极限位置。ovKK常数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2.比例（ P）控制比例度调节器输入的相对变化量与输出的相对变化量之比的百分数，其表达式为%100)/()/(minmaxminmaxuuuxxe比例度 的物理意义：代表使调节阀开度改

33、变100% 即从全关到全开时所需要的被控参数的变化范围。 只有当被控参数处在这个范围以内，调节阀的开度变化才与偏差成比例。超出这个范围，调节阀处于全开或全关状态，此时，调节器就失去了控制作用。比例调节的特点 比例调节动作快，克服干扰能力强。 比例调节是一种有差调节。 比例调节系统的静差随比例度的增大而增大。 减小比例度 ，不仅可以减小系统的静差，而且还可以降低系统的惯性，加快系统的响应速度。太小却不稳定。 比例度对调节过程的影响在基本控制规律中，比例作用是最基本、最主要也是应用最普遍的控制规律。它适用于负荷变化小， 对象纯滞后不大，时间常数较大而又允许有静差的控制系统中，常用在塔和储罐的液位控

34、制以及一些要求不高的压力控制中。3.积分（ I）控制（1）积分调节的动作规律调节器输出信号的变化量与偏差信号e 随时间的积分成正比（2）积分调节的特点 积分调节是一种无差调节。采用积分调节可以提高系统的无差度，也即提高系统的稳态控制精度。 与 P 调节相比，积分调节的过渡过程比较缓慢，系统的稳定性变差，这是积分调节的最大缺陷。 减小积分时间，虽然在一定程度上可以提高系统的响应速度，但却会加剧系统的不稳定程度。（3）积分时间Ti 对调节过程的影响积分调节虽然可以提高系统的稳态控制精度，但对系统动态品质的不利影响居多。因此， 在工程实际中，一般很少单独采用积分调节规律，往往将I 调节和 P 调节结

35、合起来，构成比例积分（ PI）调节。4.比例积分（ PI）控制（1）比例积分调节的动作规律PI 调节综合了P、 I 两种调节的优点，利用P 调节快速抵消干扰的影响，同时利用I 调节消除静差。（2）比例积分调节的特点 无差调节。 PI 调节是在P 调节的基础上引入I，虽可消除静差，但却降低原有系统的稳定性。因此，为了保持控制系统原来的衰减率，PI 调节器比例度必须适当加大. 只要偏差存在，积分作用就一直进行，对于时间滞后大的对象，会出现积分饱和现象。 PI 调节器适用于对象纯滞后不大，时间常数也不大， 而又不允许被控参数有静差的场合。比例积分调节的适用场合及参数选择名师资料总结 - - -精品资

36、料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - 由于比例积分调节器既有比例调节器响应及时的优点，又能消除静差， 因此适用范围比较广，大多数控制系统都能使用。积分时间应该根据不同的对象特性加以选择，一般情况下，Ti 的取值范围如下：温度控制系统：310min 压力控制系统：0.43min；流量控制系统：0.11min；液位控制系统：一般不需积分作用。 积分饱和现象与抗积分饱和的措施积分饱和现象： 具有积分作用的调节器，只要被控参数与给定值之间有偏差，其输出

37、就会不停地变化。如果由于某种原因（如阀门关闭、泵故障等），偏差一时无法消除，然而调节器还是要试图校正这个偏差，结果经过一段时间后，调节器输出将进入深度饱和状态，这种现象称为积分饱和。进入深度积分饱和的调节器，要等偏差反向以后才慢慢从饱和状态中退出来，重新恢复控制作用。抗积分饱和现象的措施： 将 PI 调节器的输出限制在规定范围，但这样有可能在正常操作中不能消除系统的静差。 采用积分分离法，即人为设定一个限值，在PI 调节器的输入偏差超过限值时，改用纯比例调节进行控制。这样既不会出现积分饱和又能在偏差较小时有效利用积分作用消除静差。 遇限削弱积分法，这种方法同样人为设一限值，当控制输出大于该限值

38、时，只累加负偏差，反之亦然，这种做法可避免控制量长时间停留在饱和区。5. 微分（ D）及比例微分（PD）控制（1）微分调节的特点微分调节的输出变化量与输入偏差的变化速度成正比因此微分调节不能单独使用，只能起辅助的调节作用，它可与比例结合成PD 调节。（2）比例微分调节规律（3）比例微分调节的特点.PD 调节是有差调节。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 18 页 - - - - - - - - - .加入微分调节可提高控制系统的稳定性. PD 调节的抗干扰能

39、力很差, 只能应用于被控参数变化非常平稳的过程。. 微分调节具有快速超前作用，但对于纯滞后过程无效。在负荷变化剧烈、扰动幅度较大或过程容量滞后较大的过程中，适当引入微分作用，可在一定程度上提高系统的控制质量。6.比例积分微分（PID）控制PID 调节器的特点及适用场合PID 调节器兼有PI、PD 调节器两者的优点，克服干扰能力强，使系统的稳定性提高。对于容量滞后较大，纯滞后不太大，不允许有静差的过程，采用PID 调节可以全面改善控制品质,因此，被大多数的温度、成分控制系统所选用。7. PID 控制规律的选择一般原则： 广义对象控制通道时间常数较大或容积迟延较大时，应引入微分作用。如工艺容许有静

40、差，可选用 PD 调节；如工艺要求无静差，则选用PID 调节。如温度、成分、PH 值控制等。 当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而工艺要求无静差时，可选择PI调节。如管道压力和流量的控制。 广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，工艺要求不高时，可选择P调节，如贮罐压力、液位的控制。 当广义对象控制通道时间常数或容积迟延很大，负荷变化也剧烈时，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统。 若广义被控对象的传递函数为) 1/()(TsKesGsp当/T0.2 时，选择P 或 PI 调节；当 0.2/T 1.0 时，选择 PD 或 PID 调节；当/T1.0 时，应选用复杂控

41、制系统。3.2.6 调节器正、反作用的确定控制系统偏差的定义：e(t) = r(t) - y(t)单回路控制系统要能正常工作，则组成该系统的各个环节（包括变送器、调节器、调节阀及被控过程）的极性相乘必须为正。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 18 页 - - - - - - - - - 静态放大系数正负号的规定： 调节器放大系数Kp 的正负号正作用方式： y u,Kp 为“ -” ；反作用方式 : yu, Kp 为“ +” 。 调节阀放大系数的正负号气开式

42、调节阀Kv 为“ +”; 气关式调节阀Kv 为“ -” 。 被控过程放大系数的正负号正作用 y,被控过程的静态放大系数Ko 为“ +” ；反作用 y ,被控过程的Ko 为“ -” 。 变送器的放大系数Km 为正号确定调节器正、反作用的顺序：根据生产工艺安全等原则确定调节阀的气开、气关形式；按被控过程特性，确定其正、反作用；根据组成系统的开环传递函数各环节的静态放大系数极性相乘必须为正的原则，确定调节器的正、反作用方式。3.3 单回路控制系统的调试包括控制系统的投运和调节器参数的整定。3.3.2 调节器参数的工程整定整定的实质就是通过调整调节器的参数，使其特性与被控对象特性相匹配，来改善系统的动态和静态特性，以达到最佳的控制效果。工程整定的方法1.临界比例度法 (闭环整定）具体步骤：2.衰减曲线法 (闭环整定）3.反应曲线法（动态特性参数法）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 18 页 - - - - - - - - -