第一章单回路反馈控制系统精选文档.ppt

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1、第一章单回路反馈控制系统本讲稿第一页，共一百二十页1.11.1单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路反馈控制系统单回路反馈控制系统四个基本环节四个基本环节四个基本环节四个基本环节：被控对象、测量变送、控制器和控制阀：被控对象、测量变送、控制器和控制阀：被控对象、测量变送、控制器和控制阀：被控对象、测量变送、控制器和控制阀反馈控制中的最基本系统反馈控制中的最基本系统反馈控制中的最基本系统反馈控制中的最基本系统特点：特点：特点：特点：简单、有效、简单、有效、简单、有效、简单、有效、应用最成熟、最普遍应用最成熟、最普遍应用最成熟、最普遍应用最成熟、最普

2、遍-占占占占70%70%以上以上以上以上本讲稿第二页，共一百二十页例例例例2 2：水槽液位控制系统水槽液位控制系统水槽液位控制系统水槽液位控制系统1.11.1单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成F F1 1增加增加增加增加LL增加增加增加增加变送器输出信号增加变送器输出信号增加变送器输出信号增加变送器输出信号增加偏差（测量值偏差（测量值偏差（测量值偏差（测量值-设定值）为正、增设定值）为正、增设定值）为正、增设定值）为正、增加加加加控制器输出减小控制器输出减小控制器输出减小控制器输出减小阀开度增加阀开度增加阀开度增加阀开度增加FF2 2增加增加增加增

3、加LL降低；降低；降低；降低；工作过程：工作过程：F F1 1F F2 2L LC CF F1 1F F2 2A.CA.C 本讲稿第三页，共一百二十页1.11.1单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成控制器控制器控制阀控制阀被控被控对象对象测量测量变送变送偏差偏差给定给定 测量测量 液位液位 给定量位于系统的输入端，称为给定量位于系统的输入端，称为系统输入量系统输入量。也称为参考输入量（信号）。也称为参考输入量（信号）。被控制量位于系统的输出端，称为被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量系统输出量。输输出出量量（全全部部或或一一部部分分）通通过过测测

4、量量装装置置返返回回系系统统的的输输入入端端，使使之之与与输输入入量量进进行行比比较较，产产生生偏偏差差（给给定定信信号号与与返返回回的的输输出出信信号号之之差差）信信号号。输输出出量量的的返返回回过过程程称称为为反反馈馈。返返回的全部或部分输出信号称为回的全部或部分输出信号称为反馈信号反馈信号。本讲稿第四页，共一百二十页1.11.1单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成 控制系统的原理和作用（定值）控制系统的原理和作用（定值）控制系统的原理和作用（定值）控制系统的原理和作用（定值）维持被控参数保持在设定值上，偏差越小越好维持被控参数保持在设定值上，偏

5、差越小越好偏差控制：纠正偏差偏差控制：纠正偏差 过程工业中，此类系统占大多数过程工业中，此类系统占大多数按被控参数分类：按被控参数分类：温度控制回路、压力控制回路、温度控制回路、压力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路流量控制回路、物位（液位）控制回路本讲稿第五页，共一百二十页单回路控制系统的特点单回路控制系统的特点v一个单回路控制系统是由一个测量变送装置、一个控制器、一个控制阀和相应的被控对象所组成v系统中存在着一条从系统的输出端引向输入端的反馈路线，即控制器是根据被控量的测量值与给定值的偏差来进行控制的。单回路控制系统结构比较简单，所需自动化控制工具少，投资比较低，单回路控制系统结

6、构比较简单，所需自动化控制工具少，投资比较低，操作维护比较方便，一般情况下都能满足控制质量的要求，因此被广操作维护比较方便，一般情况下都能满足控制质量的要求，因此被广泛应用。泛应用。本讲稿第六页，共一百二十页单回路控制系统的设计单回路控制系统的设计v正确的选择被控变量和选择变量v正确的选择控制阀的开闭形式及流量特性v正确的选择控制器的类型及其正反作用v正确的选择测量变送装置为了设计好一个单回路控制系统，并使该系统在运行时达到为了设计好一个单回路控制系统，并使该系统在运行时达到规定的质量指标要求，就要很好的规定的质量指标要求，就要很好的了解具体的生产工艺了解具体的生产工艺，掌握掌握生产过程的规律

7、性生产过程的规律性，以便确定合理的控制方案，以便确定合理的控制方案。设计的主要工作包括：设计的主要工作包括：设计的主要工作包括：设计的主要工作包括：本讲稿第七页，共一百二十页单回路反馈控制系统单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7

8、系统的关联及其消除方法系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定单回路系统的投运和整定第第1章章本讲稿第八页，共一百二十页控制系统的设计目标控制系统的设计目标1.2被控变量的选择被控变量的选择即，要控制什么即，要控制什么基于工艺要求，选择的结果直接影响生基于工艺要求，选择的结果直接影响生产（产品产量、质量、生产安全）产（产品产量、质量、生产安全）本讲稿第九页，共一百二十页分类分类分类分类1.2被控变量的选择被控变量的选择直接控制直接控制直接控制直接控制 最基本的热工参数，一般是可以直接最基本的热工参数，一般是可以直接进行测量和控制的参数进行测量和控制的参数 温度、压力、液位、流量温度、

9、压力、液位、流量间接控制间接控制间接控制间接控制 质量指标，以及一些特殊的参数质量指标，以及一些特殊的参数成成份份、物物性性参参数数等等，在在一一般般条条件件下下，无无法直接测量和控制法直接测量和控制 应根据工艺参数的关系，用可测的参应根据工艺参数的关系，用可测的参数，间接进行控制数，间接进行控制本讲稿第十页，共一百二十页1.2被控变量的选择被控变量的选择例例例例1 1：苯、甲苯二元精馏系统苯、甲苯二元精馏系统 质量指标是最重要的控制参数质量指标是最重要的控制参数 如塔顶产品的纯度如塔顶产品的纯度 x xD D 但但 x xD D 目前无法直接测量，因此，只能用间接控制参数进行控制。目前无法直

10、接测量，因此，只能用间接控制参数进行控制。根据精馏原理，根据精馏原理，x xD D=f(T=f(TD D,p),p),即与温度和压力成非线性函数关系。即与温度和压力成非线性函数关系。理论上，固定一项，就可用另一项控制理论上，固定一项，就可用另一项控制x xD D 。一般的，实际中都采用恒定一般的，实际中都采用恒定p p，通过控制塔顶温度来控制塔顶成分，通过控制塔顶温度来控制塔顶成分。本讲稿第十一页，共一百二十页1.2被控变量的选择被控变量的选择选择原则：选择原则：（1 1）测量滞后测量滞后 P P （2 2）工艺合理性工艺合理性 T T工艺合理性：工艺合理性：规定塔压稳定，保证分离度，保证效率

11、规定塔压稳定，保证分离度，保证效率 各块塔板压力恒定，各块塔板压力恒定，X XD D与与T T有对应关系有对应关系选择选择X XD D=F=F（T T）050100%苯、甲苯百分含量（苯、甲苯百分含量（苯、甲苯百分含量（苯、甲苯百分含量（%）050100%T TP一定T一定一定P P本讲稿第十二页，共一百二十页1.2被控变量的选择被控变量的选择选择被控变量的原则选择被控变量的原则选择被控变量的原则选择被控变量的原则（1 1 1 1）尽可能选择直接质量指标参数；）尽可能选择直接质量指标参数；）尽可能选择直接质量指标参数；）尽可能选择直接质量指标参数；（2 2 2 2）必须选择间接量指标参数时，选

12、择对目标参数影响最显著的）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显著的）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显著的）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显著的可控参数，单值对应关系最好；可控参数，单值对应关系最好；可控参数，单值对应关系最好；可控参数，单值对应关系最好；（3 3 3 3）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制；）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制；）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制；）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制；（4 4 4 4）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。）

13、考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。操纵变量的选择：操纵变量的选择：操纵变量的选择：操纵变量的选择：（1 1 1 1）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量；）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量；）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量；）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量；（2 2 2 2）不止一个，重要因素）不止一个，重要因素）不止一个，重要因素）不止一个，重要因素本讲稿第十三页，共一百二十页单回路反馈控制系统单回路反馈控制系统1.11.1单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成1.21.2被控变量的选择

14、被控变量的选择被控变量的选择被控变量的选择1.31.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择1.51.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.61.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的

15、选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.71.7系统的关联及其消除方法系统的关联及其消除方法系统的关联及其消除方法系统的关联及其消除方法1.81.8单回路系统的投运和整定单回路系统的投运和整定单回路系统的投运和整定单回路系统的投运和整定第第1章章本讲稿第十四页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性分析对象特性分析对象特性分析对象特性分析精馏塔精馏塔:影响塔顶成分的有影响塔顶成分的有影响塔顶成分的有影响塔顶成分的有,温度、压力、温度、压力、温度、压力、温度、压力、进料流量、进料成分等进料流量、进料成分等进料流量、

16、进料成分等进料流量、进料成分等 对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因此，实际上都是多输入系统（此，实际上都是多输入系统（此，实际上都是多输入系统（此，实际上都是多输入系统（MIMO)MIMO)F1F2FnY本讲稿第十五页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择设计单回路控制系统设计单回路控制系统设计单回路控制系统设计单回路控制系统:必须从影响被控量的诸多影响参数中必须从影响被控量的诸多影响参数中

17、选择一个，作为选择一个，作为操纵变量操纵变量 其它影响量则只能视作其它影响量则只能视作干扰量干扰量了了控制：控制：控制：控制：用操纵量克服干扰量对被控变量的影响用操纵量克服干扰量对被控变量的影响F F1 1(s)(s)F F2 2(s)(s)U(s)U(s)Y(s)Y(s)Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s)F1(s)+GPD2(s)F2(s)本讲稿第十六页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择操纵量操纵量操纵量操纵量输出：控制通道输出：控制通道输出：控制通道输出：控制通道干扰量干扰量干扰量干扰量输出：干扰通道输出：干扰通

18、道输出：干扰通道输出：干扰通道干扰作用与控制作用相互对立而存在干扰作用与控制作用相互对立而存在干扰作用与控制作用相互对立而存在干扰作用与控制作用相互对立而存在问题：如何选择一个良好的操纵变量。问题：如何选择一个良好的操纵变量。问题：如何选择一个良好的操纵变量。问题：如何选择一个良好的操纵变量。分析通道特性分析通道特性分析通道特性分析通道特性通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路本讲稿第十七页，共一百二十页对象物料蓄存量的变化率对象物料

19、蓄存量的变化率单位时间流入对象的物料单位时间流出对象的物单位时间流入对象的物料单位时间流出对象的物料料1.2.1有自平衡能力对象有自平衡能力对象可以近似认为Q2与h 成正比将上式代入（1-1）式，移项令令则则时间常数放大系数水槽面积阀门阻力本讲稿第十八页，共一百二十页1.2.1有自平衡能力对象有自平衡能力对象v放大系数放大系数K 对于前面介绍的水槽对象，当流入流量Q1有一定的阶跃变化后，液位h也会有相应的变化，但最后会稳定在某一数值上。如果我们将流量Q1的变化Q1看作对象的输入，而液位h的变化h看作对象的输出，那么在稳定状态时，对象一定的输入就对应着一定的输出，这种特性称为对象的静态特性。图1

20、-10 水槽液位的变化曲线本讲稿第十九页，共一百二十页或K在数数值值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。K越越大大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，即被控变量对这个量的变化越灵敏越灵敏。本讲稿第二十页，共一百二十页举例举例以以合合成成氨氨的的转转换换炉炉为为例例，说说明明各各个个量量的的变变化化对对被被控变量的影响控变量的影响 生产过程要求一氧化碳的转化率要高，蒸汽消耗量要少，触媒寿命要长。通常用变换炉一段反应温度作为被控变量，来间接地控制转换率和其他指标。一氧化碳变换过程示意图不同输入作用时的被控变量变化曲线本讲稿第二十一页，共一百二十页 影响变换炉一段反应

21、温度的因素主要有冷激流量、蒸汽流量和半水煤气流量。改变阀门1、2、3的开度就可以分别改变冷激量、蒸汽量和半水煤气量的大小。从右上图看出，冷激量对温度的相对放大系数最大；蒸汽量对温度的相对放大系数次之；半水煤气量对温度的相对放大系数最小。一氧化碳变换过程示意图不同输入作用时的被控变量变化曲线本讲稿第二十二页，共一百二十页v时间常数时间常数T 从大量的生产实践中发现，有的对象受到干扰后，被控变量变化很快，较迅速地达到了稳定值；有的对象在受到干扰后，惯性很大，被控变量要经过很长时间才能达到新的稳态值。图图1-11 不同时间常数对象的反应曲线不同时间常数对象的反应曲线本讲稿第二十三页，共一百二十页如何

22、定量地表示对象受干如何定量地表示对象受干扰后的这种特性呢？扰后的这种特性呢？在自动化领域中，往往用时间常数T来表示。时间常数越大，表示对象受到干扰作用后，被控变量变化得越慢，到达新的稳定值所需的时间越长。本讲稿第二十四页，共一百二十页举例举例简单水槽为例简单水槽为例由前面的推导可知由前面的推导可知假定假定Q1 1为阶跃作用，为阶跃作用，t000或或t=0=0时时Q1 1为一常数，如左图。为一常数，如左图。则函数表达式为则函数表达式为（1-9）反应曲线本讲稿第二十五页，共一百二十页 对对于于简简单单水水槽槽对对象象，K=RS，即即放放大大系系数数只只与与出出水水阀阀的的阻阻力力有有关关，当当阀的

23、开度一定时，放大系数就是一个常数。阀的开度一定时，放大系数就是一个常数。从上页图反应曲线可以看出，对象受到阶跃作用后，被控变量就发生变化，当t时，被控变量不再变化而达到了新的稳态值h（），这时上式可得：或或（1-10）本讲稿第二十六页，共一百二十页将 t=T 代入式（1-9），得（1-11）将式（1-10）代入式（1-11），得（1-12）当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2所需的时间，就是时间常数T，实际工作中，常用这种方法求取时间常数。显然，时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳定值所需的时间也越大。本讲稿第二十七页，共一百二十页不同时间常数对象的反应曲线不同时间

24、常数对象的反应曲线T1T2T3T4时间常数大的对象（如时间常数大的对象（如T4)对输入的反应较慢，对输入的反应较慢，一般认为惯性较大。一般认为惯性较大。本讲稿第二十八页，共一百二十页v滞后时间滞后时间分类定义 对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即而迅速地变化，这种现象称为滞后现象。滞后性质传递滞后（时滞）容量滞后 时滞又叫纯滞后，一般用0表示。0的产生一般是由于介质的输送需要一段时间而引起的。对象在受到阶跃输入作用x后，被控变量y开始变化很慢，后来才逐渐加快，最后又变慢直至逐渐接近稳定值。本讲稿第二十九页，共一百二十页 1.1.传递滞后传递滞后 有的对象或过程有的对象或过程,在受到输入作用

25、后在受到输入作用后,输出变量要隔上输出变量要隔上一段时间才有响应一段时间才有响应,这种对象称为具有时滞特性的对象这种对象称为具有时滞特性的对象,而而这段时间就称为时滞这段时间就称为时滞0 0(或纯滞后或纯滞后)。时滞的产生一般是由于介质的输送需要一段时间而引时滞的产生一般是由于介质的输送需要一段时间而引起的。起的。本讲稿第三十页，共一百二十页显显然然，纯滞后时间0与皮带输送机的传送速度v和传送距离L有如下关系：（1-13）溶解槽及其反应曲线纯滞后时间举例举例 1.1.传递滞后传递滞后本讲稿第三十一页，共一百二十页从测量方面来说，由于测量点选择不当、测量元件安装不合适等原因也会造成传递滞后。图1

26、-15 蒸汽直接加热器 当加热蒸汽量增大时，槽内温度升高，然而槽内溶液流到管道测温点处还要经过一段时间0。所以，相对于蒸汽流量变化的时刻，实际测得的溶液温度T要经过时间0后才开始变化。注注注注意意意意：安安装装成成分分分分析析仪仪器器时时，取取样样管管线线太太长长，取取样样点点安安装装离离设设备备太太远，都会引起较大的纯滞后时间，工作中要尽量避免。远，都会引起较大的纯滞后时间，工作中要尽量避免。本讲稿第三十二页，共一百二十页2.2.容量滞后容量滞后 具有容量滞后对象串联水槽的反应曲线图解近似方法本讲稿第三十三页，共一百二十页 在容量滞后与纯滞后同时存在时，常常把两者合起来统称滞后时间，即0h。

27、自动控制系统中，滞后的存在是不利于控制的。所以，在设计和安装控制系统时，都应当尽量把滞后时间减到最小。结论图1-18 滞后时间示意图本讲稿第三十四页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（1 1）放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数KKf f的影响的影响的影响的影响结论：结论：KKf f越大，系统的余差也越大，越大，系统的余差也越大，控制质量越差控制质量越差Y(Y()=)=KKf f1+K1+KC CKKo o分析过程：分析过程：Y(s)=Y(s)=GGPDPD(s)(s)1+G1+Gc c(s)G(s)GPCPC(s)(s)F(s)F

28、(s)本讲稿第三十五页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（2 2）时间常数时间常数时间常数时间常数T Tf f的影响的影响的影响的影响 结结论论：T Tf f越越大大，个个数数越越多多，干干扰扰对对被被控控变变量量的的影影响响越越小小，系系统统的的动动态态偏差越小，偏差越小，控制质量提高控制质量提高 干扰进入系统的位置：越离被控变量近的干扰，对被控变量的影干扰进入系统的位置：越离被控变量近的干扰，对被控变量的影响也越大响也越大 本讲稿第三十六页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及

29、操纵变量的选择（3 3）纯滞后纯滞后纯滞后纯滞后f f的影响的影响的影响的影响 结论：结论：干扰通道的纯滞后对控制系统质量没有影响，干扰通道的纯滞后对控制系统质量没有影响，干扰通道的纯滞后对控制系统质量没有影响，干扰通道的纯滞后对控制系统质量没有影响，只是滞后了干扰对控制的影响只是滞后了干扰对控制的影响只是滞后了干扰对控制的影响只是滞后了干扰对控制的影响 Y(s)=Y(s)=GGPDPD(s)e(s)e-s s1+1+Gc(s)Gc(s)GGPCPC(s)(s)F(s)F(s)本讲稿第三十七页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择干

30、扰通道特性对控制质量的影响特性参数静态质量的影响动态质量的影响Kf增加余差增加无影响Tf增加无影响过渡过程时间减小，振荡幅值减小f增加无影响无影响本讲稿第三十八页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 控制通道特性分析控制通道特性分析控制通道特性分析控制通道特性分析Gc(s)Gc(s)GGPCPC(s)(s)GGPDPD(s)(s)R(s)R(s)E(s)E(s)F(s)F(s)本讲稿第三十九页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（1 1）放大倍数放大倍数放大倍数放大倍

31、数KK0 0的影响的影响的影响的影响静态静态：控制通道放大倍数控制通道放大倍数K K0 0大，控制系统稳态余差小，见式（大，控制系统稳态余差小，见式（1-71-7）动态动态：控制系统衰减比控制系统衰减比与与Kc Kc 与与K K0 0的乘积有关，见式（的乘积有关，见式（1-181-18），且），且 Kc K Kc K0 0越大，越大，越小，稳定性差，因此，要保证越小，稳定性差，因此，要保证Kc KKc K0 0=常数。常数。在在Kc KKc K0 0=常数情况下，控制系统稳态余差不变。常数情况下，控制系统稳态余差不变。从控制角度看，从控制角度看，K K0 0大些，说明控制通道对系统的影响大，易

32、于调节，因此，一般希大些，说明控制通道对系统的影响大，易于调节，因此，一般希望望K K0 0大些好大些好本讲稿第四十页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（2 2）时间常数时间常数T T0 0的影响的影响从控制系统传递函数推导进行分析从控制系统传递函数推导进行分析 结论：结论：控制通道的时间常数大，经过的容量数多，系统的工作控制通道的时间常数大，经过的容量数多，系统的工作 频率低，控制不及时、系统控制质量差，如温度系统。频率低，控制不及时、系统控制质量差，如温度系统。一般希望控制通道时间常数小些好。一般希望控制通道时间常数小些好。

33、但控制通道时间常数过小，将使得系统过于灵敏，也会使稳定性变差，如流量系但控制通道时间常数过小，将使得系统过于灵敏，也会使稳定性变差，如流量系统统 本讲稿第四十一页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（3 3）纯滞后纯滞后 0 0的影响的影响 结论：结论：纯滞后纯滞后0 0的存在，使得控制不及时，增加动态偏差，的存在，使得控制不及时，增加动态偏差，降低稳定性。降低稳定性。控制通道纯滞后是控制系统非常不利的因素，会严重影响控制控制通道纯滞后是控制系统非常不利的因素，会严重影响控制系统品质，以至于使控制系统发散，造成严重后果，因此，实际

34、工系统品质，以至于使控制系统发散，造成严重后果，因此，实际工程中，必须重视。程中，必须重视。本讲稿第四十二页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择操纵变量的选择操纵变量的选择操纵变量的选择操纵变量的选择 兼顾考虑工艺的合理性，工艺上不易频繁改变的量也不宜兼顾考虑工艺的合理性，工艺上不易频繁改变的量也不宜作为操纵变量。作为操纵变量。实质上是决定了控制通道的选择。实质上是决定了控制通道的选择。原则：原则：（1 1）操纵变量必须可控操纵变量必须可控（2 2）选择通道放大倍数相对大的选择通道放大倍数相对大的（3 3）选择通道时间常数相对小的

35、（干扰通道）选择通道时间常数相对小的（干扰通道时间常数大些）时间常数大些）（4 4）选择通道的纯滞后尽量小）选择通道的纯滞后尽量小（5 5）选择使干扰点远离被控变量而靠近控制阀）选择使干扰点远离被控变量而靠近控制阀本讲稿第四十三页，共一百二十页1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择控制通道特性对控制质量的影响特性参数对静态质量的影响对动态质量的影响K0增加余差减小（稳定前提下）系统趋向于振荡T0增加无影响过渡过程时间增加，系统频率变慢0增加无影响稳定程度大大降低本讲稿第四十四页，共一百二十页单回路反馈控制系统单回路反馈控制系统1.11.1单回路系

36、统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成单回路系统的结构组成1.21.2被控变量的选择被控变量的选择被控变量的选择被控变量的选择1.31.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择1.51.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.61.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制

37、规律的选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.71.7系统的关联及其消除方法系统的关联及其消除方法系统的关联及其消除方法系统的关联及其消除方法1.81.8单回路系统的投运和整定单回路系统的投运和整定单回路系统的投运和整定单回路系统的投运和整定第第1章章本讲稿第四十五页，共一百二十页1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制系统的执行部件控制系统的执行部件控制系统的执行部件控制系统的执行部件接受控制器的命令执行控制任务。接受控制器的命令执行控制任务。接受控制器的命令执行

38、控制任务。接受控制器的命令执行控制任务。选择内容：选择内容：选择内容：选择内容：口径大小、开闭形式、流量特性、结构口径大小、开闭形式、流量特性、结构口径大小、开闭形式、流量特性、结构口径大小、开闭形式、流量特性、结构形式形式形式形式本讲稿第四十六页，共一百二十页口径大小口径大小口径大小口径大小 直接决定介质流过的能力直接决定介质流过的能力直接决定介质流过的能力直接决定介质流过的能力1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择 通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有较宽通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有较宽通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，

39、具有较宽通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有较宽的可控范围。的可控范围。的可控范围。的可控范围。口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好；口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好；口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好；口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好；口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。阀的流通能力根据阀所在管线的最大流量和控制阀两端的压阀的流通能力根

40、据阀所在管线的最大流量和控制阀两端的压阀的流通能力根据阀所在管线的最大流量和控制阀两端的压阀的流通能力根据阀所在管线的最大流量和控制阀两端的压降来计算。降来计算。降来计算。降来计算。本讲稿第四十七页，共一百二十页开闭形式开闭形式开闭形式开闭形式 气动控制阀：气动控制阀：气动控制阀：气动控制阀：1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择 电动控制阀：电动控制阀：电动控制阀：电动控制阀：一般均为电开式（电机带动阀门）一般均为电开式（电机带动阀门）一般均为电开式（电机带动阀门）一般均为电开式（电机带动阀门）气开式气开式气开式气开式输入气压信号（来自控制器）增大，输入气压信号（来自控

41、制器）增大，输入气压信号（来自控制器）增大，输入气压信号（来自控制器）增大，阀的开度增大；阀的开度增大；阀的开度增大；阀的开度增大；气闭式气闭式气闭式气闭式输入气压信号（来自控制器）增大，输入气压信号（来自控制器）增大，输入气压信号（来自控制器）增大，输入气压信号（来自控制器）增大，阀的开度减小；阀的开度减小；阀的开度减小；阀的开度减小；本讲稿第四十八页，共一百二十页控制阀的气开、闭形式的选择原则：控制阀的气开、闭形式的选择原则：控制阀的气开、闭形式的选择原则：控制阀的气开、闭形式的选择原则：1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择（1 1）安全角度：）安全角度：）安全角度

42、：）安全角度：即当出现意外事故时，如气源中断，或电源中断，此时输入控制阀即当出现意外事故时，如气源中断，或电源中断，此时输入控制阀即当出现意外事故时，如气源中断，或电源中断，此时输入控制阀即当出现意外事故时，如气源中断，或电源中断，此时输入控制阀的气压信号最小，这时，考虑到工艺设备的安全性，必须使阀门全闭的气压信号最小，这时，考虑到工艺设备的安全性，必须使阀门全闭的气压信号最小，这时，考虑到工艺设备的安全性，必须使阀门全闭的气压信号最小，这时，考虑到工艺设备的安全性，必须使阀门全闭（气开式）或阀门全开（气闭式）（气开式）或阀门全开（气闭式）（气开式）或阀门全开（气闭式）（气开式）或阀门全开（气

43、闭式）如：锅炉燃气控制阀如：锅炉燃气控制阀如：锅炉燃气控制阀如：锅炉燃气控制阀气开式气开式气开式气开式（2 2）质量角度：出现以外事故，考虑产品质量）质量角度：出现以外事故，考虑产品质量）质量角度：出现以外事故，考虑产品质量）质量角度：出现以外事故，考虑产品质量（3 3）消耗角度：原料、成品及动力消耗）消耗角度：原料、成品及动力消耗）消耗角度：原料、成品及动力消耗）消耗角度：原料、成品及动力消耗（4 4）介质特点：特殊介质，考虑气结晶、蒸发等因素）介质特点：特殊介质，考虑气结晶、蒸发等因素）介质特点：特殊介质，考虑气结晶、蒸发等因素）介质特点：特殊介质，考虑气结晶、蒸发等因素具体工艺过程，对控

44、制阀开闭有要求的场合，要具体工艺过程，对控制阀开闭有要求的场合，要具体工艺过程，对控制阀开闭有要求的场合，要具体工艺过程，对控制阀开闭有要求的场合，要区分主次因素（安全第一），对控制阀开闭没有要区分主次因素（安全第一），对控制阀开闭没有要区分主次因素（安全第一），对控制阀开闭没有要区分主次因素（安全第一），对控制阀开闭没有要求时，可以任选求时，可以任选求时，可以任选求时，可以任选本讲稿第四十九页，共一百二十页 控控控控制制制制阀阀阀阀的的的的流流流流量量量量特特特特性性性性是是指指被被控控介介质质流流过过阀阀门门的的相相对对流流量量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系，即与阀门的相对开度（相对

45、位移）间的关系，即 1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择流量特性流量特性流量特性流量特性本讲稿第五十页，共一百二十页1.1.1.1.控制阀的理想流量特性控制阀的理想流量特性控制阀的理想流量特性控制阀的理想流量特性 在在不不考考虑虑控控制制阀阀前前后后压压差差变变化化时时得得到到的的流流量量特特性性称称为为理理想想流流量量特特性性。它它取取决决于于阀芯的形状阀芯的形状 （1 1 1 1）直线流量特性）直线流量特性）直线流量特性）直线流量特性图5 控制阀的理想流量特性 1直线；2等百分比(对数)；3快开；4抛物线（3 3 3 3）快开流量特性）快开流量特性）快开流量特性）快

46、开流量特性 本讲稿第五十一页，共一百二十页串联管道的情形.工作流量特性工作流量特性工作流量特性工作流量特性 在在实实际际生生产产中中，控控制制阀阀前前后后压压差差总总是是变变化化的的，这这时时的的流流量量特特性性称称为为工作流量特性。工作流量特性。串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性串联管道的工作流量特性本讲稿第五十二页，共一百二十页管道串联时控制阀的工作流量特性本讲稿第五十三页，共一百二十页 一般的，生产负荷变化一般的，生产负荷变化对象特性发生变化对象特性发生变化 如，热交换器：如，热交换器：负荷（被加热的流体）增大：负荷（被加热的流体）增大：通过热交换器的时间

47、缩短，通过热交换器的时间缩短，纯滞后减小；纯滞后减小；特性改变特性改变 流速增大，传热效果变好流速增大，传热效果变好 控控制制系系统统投投运运时时，已已经经整整定定好好了了PIDPID参参数数，一一旦旦对对象象特特性性发生变化时，原来好的发生变化时，原来好的PIDPID参数就变得不好了参数就变得不好了1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择流量特性流量特性流量特性流量特性 什么时候选择非线性特性？什么时候选择非线性特性？什么时候选择非线性特性？什么时候选择非线性特性？本讲稿第五十四页，共一百二十页（1 1）选择自整定调节器，代价大）选择自整定调节器，代价大（2 2）通过控制

48、阀的特性选择进行弥补）通过控制阀的特性选择进行弥补P15 P15 表表1-1 1-1 控制阀流量特性的选择控制阀流量特性的选择 课本课本P15P15分析的例子分析的例子P16 P16 表表1-2 1-2 控制阀流量特性经验选择控制阀流量特性经验选择1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择流量特性流量特性流量特性流量特性 解决办法：解决办法：先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。来选择相应的理想流量特性。特性选择特性选择特性选择特性选择本讲稿第五十五页，共一百二

49、十页1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择结构形式结构形式结构形式结构形式 直直通通单单座座、直直通通双双座座、角角阀阀、高高压压阀阀、蝶蝶阀、阀、隔膜阀、三通阀隔膜阀、三通阀适用于不同工艺场合适用于不同工艺场合 表表1-41-4 主主要要根根据据工工艺艺条条件件，如如温温度度、压压力力及及介介质质的的物物理理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。结构形式选择结构形式选择结构形式选择结构形式选择本讲稿第五十六页，共一百二十页1.41.4控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器 控制阀的辅助

50、装置控制阀的辅助装置 接受控制器信号，输出控制控制阀接受控制器信号，输出控制控制阀 作用：作用：提高控制阀控制精度，准确定位；提高控制阀控制精度，准确定位；功率放大；功率放大；可改变控制阀流量特性；可改变控制阀流量特性；可实现分程控制可实现分程控制 本讲稿第五十七页，共一百二十页气动执行器气动执行器的结构气动执行器的结构执行机构的工作原理执行机构的工作原理执行机构的工作原理执行机构的工作原理本讲稿第五十八页，共一百二十页v气动阀门定位器气动阀门定位器 气气动动阀阀门门定定位位器器与与气气动动控控制制阀阀配配套套使使用用,组组成成闭闭环环系系统统,利利用用反反馈馈原原理理来来改改善善控控制制阀阀