过程控制工程第一章单回路控制系统精选文档.ppt

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1、过程控制工程第一章单回路控制系统本讲稿第一页，共八十一页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：被控对象、测量变送、控制器和控制阀四个基本环节：被控对象、测量变送、控制器和控制阀四个基本环节：被控对象、测量变送、控制器和控制阀四个基本环节：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

2、、最普遍-占占占占70%70%以上以上以上以上本讲稿第二页，共八十一页例例例例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L L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F F2 2增加增

3、加增加增加L L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，共八十一页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

4、过过测测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。返回的全部或部分输出信号称为返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，共八十一页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

5、上，偏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，共八十一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

6、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实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第第1章章本讲稿第六页，共八十一页控制系统的设计目标控制系统的设计目标1.21.2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产基于工艺要求，选择的结果直接影响生产（产品产量、质量、生产安全）（产品产量、质量、生产安全）本讲稿第七页，共八十一页分类分类

7、分类分类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，一般是可以直接进最基本的热工参数，一般是可以直接进行测量和控制的参数行测量和控制的参数 温度、压力、液位、流量温度、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，无无法法直直接测量和控制接测量和控制 应根据工艺参数的关系，用可测应根据工艺参数的关系，用可测的参数，间接进行控制的参数，间接进行控制本讲稿第八页，共八十一页1.21.2被控变量的选择被控变量

8、的选择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

9、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。本讲稿第九页，共八十一页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

10、页，共八十一页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，选择对目标参数影响最显）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显）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；著的可控参数，单值对应关系最好；著的可控参数，单值对应关系最好

11、；著的可控参数，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。）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

12、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，重要因素本讲稿第十一页，共八十一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

13、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 实验：单回路控

14、制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第第1章章本讲稿第十二页，共八十一页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

15、量、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，因此，对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因此，对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因此，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（实际上都是多输入系统（实际上都是多输入系统（实际上都是多输入系统（MIMO)MIMO)F1F2FnY本讲稿第十三页，共八十一页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

16、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 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)本讲稿第十四页，共八十一页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

17、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

18、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十五页，共八十一页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 干扰通道特性分析干扰通道特性分析干扰通道特性分析干扰通道特性分析Gc(s)Gc(s)GGPCPC(s)(s)GGPDPD(s)(s)R(s)R(s)E(s)E(s)F(s)F(s)Y(s)Y(s)=GGPDPD(s)(s)1+1+Gc(s)Gc(s)GGPCPC(s)(s)Y(s)Y(

19、s)F(s)F(s)干扰作用下的闭环传递函数为：干扰作用下的闭环传递函数为：本讲稿第十六页，共八十一页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 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)GPC

20、PC(s)(s)F(s)F(s)本讲稿第十七页，共八十一页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（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偏差差越越小小，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，对被控变量的影响也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越

21、大 本讲稿第十八页，共八十一页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（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

22、 s1+1+Gc(s)Gc(s)GGPCPC(s)(s)F(s)F(s)本讲稿第十九页，共八十一页1.3 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二十页，共八十一页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

23、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)本讲稿第二十一页，共八十一页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 1）放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数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

24、-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 KKc 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，易于调节，因此，一般大些，说明控制通道对系统的影响大，易于调节，因此，一般希望希望K K0 0大些好大些好本讲稿第二十二页，共八十一页1.31.3对象特性对控制质

25、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（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。但控制通道时间常数过小，将使得系统过于灵敏，也会使稳定性变但控制通道时间常

26、数过小，将使得系统过于灵敏，也会使稳定性变差，如流量系统差，如流量系统 本讲稿第二十三页，共八十一页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（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，会严重影响控制系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

27、，因此，实际工程统品质，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。中，必须重视。本讲稿第二十四页，共八十一页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作为操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。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

28、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（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二十五页，共八十一页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控制通道特性对控制质量的影响图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

29、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二十六页，共八十一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

30、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 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、

31、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第第1章章本讲稿第二十七页，共八十一页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、口径大小、开闭形式、流量特性、口径大小、开闭形式、流量特性、口径大小、开闭形式、流量特性、结构形式结构形式结构形式结构形式本讲稿

32、第二十八页，共八十一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，具有较宽的可控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。范围。范围。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

33、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。本讲稿第二十九页，共八十一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

34、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；本讲稿第三十页，共八十一页控制阀的气开、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

35、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：）安全角度：即当出现意外事故时，如气源中断，或电源中断，此时输入控制阀的气压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（气开式）或阀信号最小，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）或阀信号最小，这时，考虑

36、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）门全开（气闭式）门全开（气闭式）门全开（气闭式）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

37、）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，可以任选本讲稿第三十一页，共八十一页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流量特性流量特性流量特性

38、流量特性 流量特性：指流体通过阀门的相对流量和阀门相对开度流量特性：指流体通过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系之间的关系Q/Qmax=f(L/Lmax)Q/Qmax相对流量相对流量f(L/Lmax)相对开度相对开度本讲稿第三十二页，共八十一页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流量特性流量特性流量特性流量特性 目前控制阀的特性有三种：目前控制阀的特性有三种：目前控制阀的特性有三种：目前控制阀的特性有三种：线性特性、对数特性（等百分比特性）、快开特性线性特性、对数特性（等百分比特性）、快开特性线性特性、对数特性（等百分比特性）、快开特性线性特性、对数特性（等百分比特

39、性）、快开特性 L/LmaxL/LmaxF/FmaxF/Fmax本讲稿第三十三页，共八十一页 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发生生变化时，原来好的变化时，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

40、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？本讲稿第三十四页，共八十一页（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）通过控制阀的特性选择进行弥补）通过控制阀的特性选择进行弥补 K 1 /KK 1 /K0 0G G0 0如对象负荷静态部分如对象负荷静态部分K K0 0与控制阀流量与控制阀流量F F成反比，成反比，对象负荷动态部分对象负荷动态部分G G0 0与控制阀流量与控制阀流量F F成正比，成正比，控制阀特性取线性；控制阀特性取线性；P15 P15 表表1

41、-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：本讲稿第三十五页，共八十一页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 直通单座、直通双座、角阀、高压阀、蝶阀、直通单座、直通双座、角阀、高压阀、蝶阀、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 ABC本讲稿第三十六页，共

42、八十一页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 本讲稿第三十七页，共八十一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被控变量的选择被控变量的选择被控变量的选择被控变量的选择1.

43、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选择控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的

44、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 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第第1章章本讲稿第三十八页，共八十一页1.51.5测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量滞后的影响测量滞后的影响测量滞后的影

45、响测量滞后的影响 容量滞后：容量滞后：容量滞后：容量滞后：由于测量元件具有一定的时间常数，一阶惯性环节由于测量元件具有一定的时间常数，一阶惯性环节由于测量元件具有一定的时间常数，一阶惯性环节由于测量元件具有一定的时间常数，一阶惯性环节 理论上讲，只有当过渡时间无限长时，输出才能理论上讲，只有当过渡时间无限长时，输出才能理论上讲，只有当过渡时间无限长时，输出才能理论上讲，只有当过渡时间无限长时，输出才能达到稳态（等于工艺参数值）。因此，测量变送达到稳态（等于工艺参数值）。因此，测量变送达到稳态（等于工艺参数值）。因此，测量变送达到稳态（等于工艺参数值）。因此，测量变送的输出一般小于工艺参数实际值

46、，不利于系统控的输出一般小于工艺参数实际值，不利于系统控的输出一般小于工艺参数实际值，不利于系统控的输出一般小于工艺参数实际值，不利于系统控制制制制测量变送装置的容量滞后对控制系统不利。测量变送装置的容量滞后对控制系统不利。测量变送装置的容量滞后对控制系统不利。测量变送装置的容量滞后对控制系统不利。本讲稿第三十九页，共八十一页1.51.5测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量滞后的影响测量滞后的影响测量滞后的影响测量滞后的影响 纯滞后：纯滞后：纯滞后：纯滞后：参数变化信号传递到测量点需要一定的时间参数变化信号

47、传递到测量点需要一定的时间参数变化信号传递到测量点需要一定的时间参数变化信号传递到测量点需要一定的时间 使得广义对象中含有纯滞后环节，不利于控制，使得广义对象中含有纯滞后环节，不利于控制，使得广义对象中含有纯滞后环节，不利于控制，使得广义对象中含有纯滞后环节，不利于控制，要尽量克服要尽量克服要尽量克服要尽量克服本讲稿第四十页，共八十一页1.51.5测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法传递滞后的影响传递滞后的影响传递滞后的影响传递滞后的影响 测量信号传送滞后：变送器测量信号传送滞后：变送器测量信号传送滞后：变送器

48、测量信号传送滞后：变送器控制室控制室控制室控制室 控制信号传送滞后：控制室控制信号传送滞后：控制室控制信号传送滞后：控制室控制信号传送滞后：控制室控制阀控制阀控制阀控制阀 生产现场与控制室有较长的一段距离，对于气生产现场与控制室有较长的一段距离，对于气生产现场与控制室有较长的一段距离，对于气生产现场与控制室有较长的一段距离，对于气动信号的传递，就会产生信号的传送滞后。一般比较小，动信号的传递，就会产生信号的传送滞后。一般比较小，动信号的传递，就会产生信号的传送滞后。一般比较小，动信号的传递，就会产生信号的传送滞后。一般比较小，对于电信号，可以忽略。对于电信号，可以忽略。对于电信号，可以忽略。对

49、于电信号，可以忽略。本讲稿第四十一页，共八十一页1.51.5测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法测量及传送滞后的影响及消除方法克服滞后的办法克服滞后的办法克服滞后的办法克服滞后的办法 测量滞后：测量滞后：测量滞后：测量滞后：选择快速反应的测量元件，以减小时间常数选择快速反应的测量元件，以减小时间常数选择快速反应的测量元件，以减小时间常数选择快速反应的测量元件，以减小时间常数 选择合适的测量点，以减小纯滞后选择合适的测量点，以减小纯滞后选择合适的测量点，以减小纯滞后选择合适的测量点，以减小纯滞后 使用微分单元，以克服容量滞后使用微分单元，以克

50、服容量滞后使用微分单元，以克服容量滞后使用微分单元，以克服容量滞后 微微微微分分分分环环环环节节节节起起起起到到到到超超超超前前前前作作作作用用用用，参参参参考考考考书书书书上上上上的的的的推推推推导导导导，在在在在分分分分子子子子上上上上多多多多了一个零点，对给定值的变化起到快速跟踪作用。了一个零点，对给定值的变化起到快速跟踪作用。了一个零点，对给定值的变化起到快速跟踪作用。了一个零点，对给定值的变化起到快速跟踪作用。但是，微分环节会使得系统稳定性变差，因此，要合理但是，微分环节会使得系统稳定性变差，因此，要合理但是，微分环节会使得系统稳定性变差，因此，要合理但是，微分环节会使得系统稳定性变