简单控制系统 课件.ppt

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1、简单控制系统 1第1页，此课件共49页哦本章主要回答如下三个问题：本章主要回答如下三个问题：本章主要回答如下三个问题：本章主要回答如下三个问题：（1 1 1 1）控制什么？）控制什么？）控制什么？）控制什么？（2 2 2 2）拿什么来控制？）拿什么来控制？）拿什么来控制？）拿什么来控制？（3 3 3 3）通过什么方式控制？）通过什么方式控制？）通过什么方式控制？）通过什么方式控制？第十二章第十二章 简单控制系统简单控制系统2第2页，此课件共49页哦第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？答：控制工艺要求的指标。答：控制工艺要求的指标。答：控制工艺

2、要求的指标。答：控制工艺要求的指标。具体分为两种情况：具体分为两种情况：（1 1）工艺要求的指标可以直接在线测量）工艺要求的指标可以直接在线测量 直接控制这个指标就直接控制这个指标就可以了（直接指标控制）可以了（直接指标控制）。（2 2）工艺要求的指标）工艺要求的指标不不可以直接在线测量可以直接在线测量 寻找一个于工寻找一个于工艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一个间接指标，通过控艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一个间接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的（间接指标控制）制间接指标来达到控制工艺指标的目的（间接指标控制）。例例如如：精精馏馏塔塔的的组组分分是是不不能能直直接

3、接在在线线测测量量的的，通通过过分分析析可可以以发发现现，当当压压力力恒恒定定的的时时候候，组组分分与与温温度度存存在在单单值值对对应应关关系系；或或者者温温度度恒恒定定的的时时候，组分与压力存在单值对应关系，根据实际分析，最终确定：候，组分与压力存在单值对应关系，根据实际分析，最终确定：固定压力，固定压力，通过控制温度来间接控制组分通过控制温度来间接控制组分是合理的。是合理的。3第3页，此课件共49页哦第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控制。答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控制。答：拿一

4、个对被控变量影响较显著的变量来控制。答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控制。KK大一些，大一些，大一些，大一些，T T小一些，小一些，小一些，小一些，最好为最好为最好为最好为0 0。测量仪表的选用和安装测量仪表的选用和安装测量仪表的选用和安装测量仪表的选用和安装 执行器的选用和安装执行器的选用和安装执行器的选用和安装执行器的选用和安装4第4页，此课件共49页哦第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？答：没有标准答案（选择合适的调节规律）答：没有标准答案（选择合适的调节规律）答：没有标准答案（选择合适的调节规律）答：没有

5、标准答案（选择合适的调节规律）最常用的调节规律：最常用的调节规律：最常用的调节规律：最常用的调节规律：位式控制、位式控制、位式控制、位式控制、P P、PIPI、PDPD、PIDPID（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）后续问题：如何整定后续问题：如何整定后续问题：如何整定后续问题：如何整定PIDPID参数？参数？参数？参数？答：临界比例度法经验答：临界比例度法经验答：临界比例度法经验答：临界比例度法经验 衰减曲线法经验衰减曲线法经验衰减曲线法经验衰减曲线法经验 经验凑试法经验凑试法经验凑试法经验凑试法最好的方法就是最好的方法就是“经验经验经验

6、经验”5第5页，此课件共49页哦12.1 12.1 12.1 12.1 简单控制系统的组成简单控制系统的组成简单控制系统的组成简单控制系统的组成四个基本环节四个基本环节四个基本环节四个基本环节：测量变送环节测量变送环节 控制器控制器 执行器执行器 被控对象被控对象被控变量被控变量被控变量被控变量控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控对象被控对象被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节测量变送环节测量变送环节干扰干扰干扰干扰偏差偏差偏差偏差设定值设定值设定值设定值6第6页，此课件共49页哦控制器控制器控制器控制器(LC(LC或或或或TC)TC)执行器执行器执行器执行器 （控制阀）（

7、控制阀）（控制阀）（控制阀）被控对象被控对象被控对象被控对象（液位储槽或换热器）（液位储槽或换热器）（液位储槽或换热器）（液位储槽或换热器）测量、变送环节测量、变送环节测量、变送环节测量、变送环节（LTLT或或或或TTTT）被控变量被控变量被控变量被控变量（液位或温度）（液位或温度）（液位或温度）（液位或温度）干扰干扰干扰干扰偏差偏差偏差偏差设定值设定值设定值设定值广义对象广义对象广义对象广义对象简单控制系统方块图简单控制系统方块图简单控制系统方块图简单控制系统方块图载载载载热热热热体体体体冷流体冷流体冷流体冷流体换热器换热器换热器换热器温度控制系统温度控制系统温度控制系统温度控制系统液位控制

8、系统液位控制系统液位控制系统液位控制系统常见的两种简单控制系统：常见的两种简单控制系统：常见的两种简单控制系统：常见的两种简单控制系统：12.1 12.1 12.1 12.1 简单控制系统的组成简单控制系统的组成简单控制系统的组成简单控制系统的组成7第7页，此课件共49页哦1 1、基本要求：、基本要求：、基本要求：、基本要求：（1）控控制制系系统统设设计计人人员员要要掌掌握握较较为为全全面面的的自自动动化化专专业业知知识识，同时尽可能多地熟悉所要控制的工艺装置对象；同时尽可能多地熟悉所要控制的工艺装置对象；（2）要要求求自自动动化化专专业业技技术术人人员员与与工工艺艺专专业业技技术术人人员员进

9、进行行必必要要的的交流，共同讨论确定自动化方案；交流，共同讨论确定自动化方案；（3）工工艺艺人人员员要要注注意意倾倾听听自自动动化化专专业业技技术术人人员员的的建建议议，特特别别是是一一些复杂对象和大系统的综合自动化；些复杂对象和大系统的综合自动化；（4）设设计计一一定定要要遵遵守守有有关关的的标标准准 行行规规，按按科科学学合合理理的的程程序序进行进行。12.2 12.2 12.2 12.2 简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计12.2.1 12.2.1 控制系统设计概述控制系统设计概述控制系统设计概述控制系统设计概述 8第8页，此课件共49页哦（1）确定

10、控制方案确定控制方案2 2、基本内容、基本内容、基本内容、基本内容（2）仪表及装置的选型）仪表及装置的选型（3）相关工程内容的设计）相关工程内容的设计12.2 12.2 12.2 12.2 简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计12.2.1 12.2.1 控制系统设计概述控制系统设计概述控制系统设计概述控制系统设计概述 9第9页，此课件共49页哦3 3、基本步骤、基本步骤、基本步骤、基本步骤 （1 1）初步设计）初步设计）初步设计）初步设计（2 2）施工图设计）施工图设计）施工图设计）施工图设计（3 3）设计文件和责任签字）设计文件和责任签字）设计文件和责任签

11、字）设计文件和责任签字（4 4）参与施工和试车）参与施工和试车）参与施工和试车）参与施工和试车 （5 5）设计回访）设计回访）设计回访）设计回访12.2.1 12.2.1 控制系统设计概述控制系统设计概述控制系统设计概述控制系统设计概述 10第10页，此课件共49页哦12.2.2 12.2.2 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明确明确明确明确控制目的控制目的控制目的控制目的使使生生产产过过程程自自动动按按照照预预定定的的目目标标进进行行，并并使使工工艺艺参参数数保保持持在在预预先先规规定定的的数数值值上上（或或按预定规律变化）按预定规律变化）分析分析分析分析生产工艺生产

12、工艺生产工艺生产工艺“关关键键”变变量量：对对产产品品的的产产量量、质质量量以以及及生生产产过过程程的的安安全全具具有有决决定定作作用用的的变变量量确定确定确定确定被控变量被控变量被控变量被控变量两两种种控控制制类类型型：直直接接指指标标控控制制和和间间接接指指标控制。标控制。1 1、选择被控变量、选择被控变量选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述12.212.212.212.2简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计11第11页，此课件共49页

13、哦精馏过程示意图精馏过程示意图精馏过程示意图精馏过程示意图冷却水冷却水冷却水冷却水T TD Dp p进料进料进料进料 QQ入入入入，X X入入入入，T T入入入入回回回回 流流流流F F塔底产品塔底产品塔底产品塔底产品塔顶产品塔顶产品塔顶产品塔顶产品QQZ Z蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽T THH苯二甲苯的苯二甲苯的苯二甲苯的苯二甲苯的T-xT-x图图图图T TD D/X XD D%苯二甲苯的苯二甲苯的苯二甲苯的苯二甲苯的P-xP-x图图图图P/P/MPaMPaX XD D%塔顶易挥发组分纯度塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度、塔顶温度TD、塔顶压力、塔顶压力P三者之间的关系三者之间的关系为：为：XD=f(

14、TD，P)，两个独立变量。，两个独立变量。例：例：例：例：精馏塔系统的被控变量选择精馏塔系统的被控变量选择精馏塔系统的被控变量选择精馏塔系统的被控变量选择12.2.2 12.2.2 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12第12页，此课件共49页哦 （1 1 1 1）有有有有代代代代表表表表性性性性被被控控变变量量应应能能代代表表一一定定的的工工艺艺操操作作指指标标或或能能反映工艺操作状态，一般都是比较重要的变量反映工艺操作状态，一般都是比较重要的变量。（2 2 2 2）应应应应该该该该独独独独立立立立可可可可控控控控简简单单控控制制系系统统的的被被控控变变量量应应避避免免

15、和和其其他他控制系统的被控变量有关联（耦合控制系统的被控变量有关联（耦合)关系关系。（3 3 3 3）滞滞滞滞后后后后要要要要小小小小采采用用直直接接指指标标作作为为被被控控变变量量最最直直接接也也最最有有效效。当当无无法法获获得得直直接接指指标标信信号号，或或其其测测量量和和变变送送环环节节滞滞后后很很大大时时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。（4 4 4 4）灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度要要要要高高高高被被控控变变量量应应能能被被测测量量出出来来，并并具具有有足足够够大的灵敏度大的灵敏度。（5 5 5 5）成成成成本本本

16、本要要要要低低低低选选择择被被控控变变量量时时，必必须须考考虑虑工工艺艺的的合合理理性和国内仪表产品现状性和国内仪表产品现状。2 2 2 2、被控变量选择的一般原则、被控变量选择的一般原则、被控变量选择的一般原则、被控变量选择的一般原则 12.2.2 12.2.2 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13第13页，此课件共49页哦1 1 1 1、操纵变量与干扰变量、操纵变量与干扰变量、操纵变量与干扰变量、操纵变量与干扰变量 12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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QQ入入入入T T入入入入X X入入入入

17、QQZ ZF FT THH被控变量被控变量被控变量被控变量T TD D影响塔顶温度的各种输入示意图影响塔顶温度的各种输入示意图影响塔顶温度的各种输入示意图影响塔顶温度的各种输入示意图被被被被控控控控对对对对象象象象原则上，原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变量被控变量影响显著影响显著影响显著影响显著而且而且可控性良好可控性良好可控性良好可控性良好的输入作为的输入作为控控控控制变量制变量制变量制变量后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的干干干干扰变量扰变量扰变量扰变量。选择被控变量选择被控变量选择操纵变量

18、选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述14第14页，此课件共49页哦 精馏过程示意图精馏过程示意图精馏过程示意图精馏过程示意图冷却水冷却水冷却水冷却水T TD Dp p进料进料进料进料 QQ入入入入，X X入入入入，T T入入入入回流回流回流回流F F塔底产品塔底产品塔底产品塔底产品塔顶产品塔顶产品塔顶产品塔顶产品QQZ Z蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽T THH进料流量进料流量Q入入不可控不可控进料成分进料成分X入入 不可控不可控进料温度进料温度T入入 不可控不可控回流流量回流流量F 可控可控 回流温度回流温度TH 不可控不

19、可控加热蒸汽流量加热蒸汽流量QZ 可控可控 冷凝器冷却温度冷凝器冷却温度 不可控不可控塔压塔压P不可控不可控例：精馏塔系统的操纵变量选择例：精馏塔系统的操纵变量选择例：精馏塔系统的操纵变量选择例：精馏塔系统的操纵变量选择12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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15第15页，此课件共49页哦控制通道控制通道干扰通道干扰通道干扰变量干扰变量控制变量控制变量被控变量被控变量干扰作用与控制作用之间的关系干扰作用与控制作用之间的关系干扰作用与控制作用之间的关系干扰作用与控制作用之间的关系 被控对象被控对象控制质量：控制质量：控制质量

20、：控制质量：系统的过渡过程形式系统的过渡过程形式超调量、衰减比、超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期余差、过渡时间、振荡周期对象特性：对象特性：对象特性：对象特性：（1 1 1 1）系统的输入输出关系系统的输入输出关系（2 2 2 2）分为对象静态性质和对象动态性质分为对象静态性质和对象动态性质（3 3 3 3）考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操纵变量考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操纵变量2 2 2 2、对象特性对控制质量的影响、对象特性对控制质量的影响、对象特性对控制质量的影响、对象特性对控制质量的影响12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 操纵变量的选择操

21、纵变量的选择操纵变量的选择操纵变量的选择16第16页，此课件共49页哦放大系数放大系数放大系数放大系数 绝对放大系数绝对放大系数 Y Y X X Y/(YY/(YMAXMAX-Y-YMINMIN)X/(XX/(XMAXMAX-X-XMINMIN)相对放大系数相对放大系数 控制通道的稳态特性由控制通道放大系数控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表征。表征。从从控制有效控制有效控制有效控制有效性性性性考虑，考虑，K K0 0应适当的大一些应适当的大一些应适当的大一些应适当的大一些；干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征。表征。希望希望K Kf f小小小

22、小一些一些一些一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小；越小干扰变量对被控变量的影响就越小；操纵变量选择的操纵变量选择的原则一原则一原则一原则一：当多个输入变量都影响被控变量时，从：当多个输入变量都影响被控变量时，从稳态性质考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为操纵变量。稳态性质考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为操纵变量。3 3 3 3、对象稳态性质对控制质量的影响、对象稳态性质对控制质量的影响、对象稳态性质对控制质量的影响、对象稳态性质对控制质量的影响12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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17第17页，

23、此课件共49页哦（1 1 1 1）控制通道时间常数）控制通道时间常数）控制通道时间常数）控制通道时间常数T T T T0 0 0 0（2 2 2 2）控制通道滞后时间）控制通道滞后时间）控制通道滞后时间）控制通道滞后时间0 0 0 0 T T0 0小一点好，不能过大，小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长量增大，过渡时间增长 A:A:无纯滞后时的校正作用无纯滞后时的校正作用B:B:有纯滞后时的校正作用有纯滞后时的校正作用C:C:不受控下的输出曲线不受控下的输出曲线D:D:无纯滞后时的输出曲线无纯滞后时的输出曲线E:E:有

24、纯滞后时的输出曲线有纯滞后时的输出曲线3 3 3 3、对象稳态性质对控制质量的影响、对象稳态性质对控制质量的影响12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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18第18页，此课件共49页哦干扰通道纯滞后干扰通道纯滞后干扰通道纯滞后干扰通道纯滞后f f f f的影响的影响的影响的影响无纯滞后无纯滞后无纯滞后无纯滞后有纯滞后有纯滞后有纯滞后有纯滞后3 3 3 3、对象稳态性质对控制质量的影响、对象稳态性质对控制质量的影响、对象稳态性质对控制质量的影响、对象稳态性质对控制质量的影响（3 3 3 3）干扰通道时间常数）干扰通道时间常数）

25、干扰通道时间常数）干扰通道时间常数T Tf fT Tf f越大越好越大越好越大越好越大越好，干扰对被控变量的影响，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于改善控制质量。越缓慢，越有利于改善控制质量。（4 4 4 4）干扰通道滞后时间）干扰通道滞后时间）干扰通道滞后时间）干扰通道滞后时间f f f f 干扰通道的纯滞后干扰通道的纯滞后f f一般不会影响控一般不会影响控制质量。制质量。12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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19第19页，此课件共49页哦4 4 4 4、操纵变量的选择原则、操纵变量的选择原则、操纵变量的选择原则、操

26、纵变量的选择原则 （1 1 1 1）操纵变量应是操纵变量应是可控可控可控可控的，即工艺上允许调节的变量。的，即工艺上允许调节的变量。（2 2 2 2）操操纵纵变变量量一一般般应应比比其其他他干干扰扰对对被被控控变变量量的的影影响响更更加加灵灵灵灵敏敏敏敏。为为此此，应应合合理理选选择择操操纵纵变变量量，使使控控制制通通道道的的放放大大倍倍数数适适当当大大、时时间间常常数数适适当当小小、纯纯滞滞后后时时间间尽尽量量小小。同同时时为为使使其其他他干干扰扰对对被被控控变变量量的的影影响响尽尽可能小，应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可能大。可能小，应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可

27、能大。（3 3 3 3）在在选选择择操操纵纵变变量量时时，除除了了从从自自动动化化角角度度考考虑虑外外，还还要要考考虑虑工工艺艺的的合合合合理理理理性性性性与与生生产产的的经经经经济济济济性性性性。一一般般说说来来不不宜宜选选择择生生产产负负荷荷作作为为控控制制变变量量，因因为为生生产产负负荷荷直直接接关关系系到到产产品品的的产产量量是是不不宜宜经经常常波波动的。动的。12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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20第20页，此课件共49页哦乳化物干燥系统示意图乳化物干燥系统示意图乳化物干燥系统示意图乳化物干燥系统示意图乳乳乳

28、乳化化化化物物物物高位槽高位槽高位槽高位槽过滤器过滤器过滤器过滤器1 12 2WWW3 3蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽空空空空气气气气产产产产品品品品GGWW(S)(S)GGQQ(S)(S)GGP P(S)(S)T1T1T2T2GGF F(S)(S)工艺要求工艺要求工艺要求工艺要求 在在保证产品含水率合格的保证产品含水率合格的前提下，保证最大产量前提下，保证最大产量。被控变量被控变量被控变量被控变量 产品含水率产品含水率 干燥温度干燥温度T1 影响被控变量的影响被控变量的影响被控变量的影响被控变量的主要输入变量主要输入变量主要输入变量主要输入变量 乳化物流量乳化物流量Fw 旁路空气流量旁路空气流量FQ 加

29、热蒸汽流量加热蒸汽流量Fp 举例：举例：举例：举例：乳液干燥器控制系统设计乳液干燥器控制系统设计乳液干燥器控制系统设计乳液干燥器控制系统设计12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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21第21页，此课件共49页哦方案方案I：取乳液流量为操纵变量（控制阀：取乳液流量为操纵变量（控制阀）f2f3XY混合过程混合过程风管风管风管风管换热器换热器控制器控制器控制阀控制阀干燥器干燥器测量变送测量变送图图2 2 乳液流量为操纵变量的方框图乳液流量为操纵变量的方框图12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 操纵变量的选择操纵

30、变量的选择操纵变量的选择操纵变量的选择22第22页，此课件共49页哦方案方案II：取旁路空气量为操纵变量（控制阀：取旁路空气量为操纵变量（控制阀）XY控制器控制器控制阀控制阀混合过程混合过程 风管风管风管风管干燥器干燥器测量变送测量变送换热器换热器f1f3图图3 3 风量为操纵变量时的系统方框图风量为操纵变量时的系统方框图12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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23第23页，此课件共49页哦方案方案III：取蒸汽流量为操纵变量（控制阀：取蒸汽流量为操纵变量（控制阀）XYf1f2控制器控制器控制阀控制阀换热器换热器风管风管风

31、管风管干燥器干燥器混合过程混合过程测量变送测量变送图图4 4 蒸汽流量为操纵变量的系统方框图蒸汽流量为操纵变量的系统方框图12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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24第24页，此课件共49页哦三种控制方案评估：三种控制方案评估：三种控制方案评估：三种控制方案评估：12.2.3 12.2.3 12.2.3 12.2.3 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方方方方案案案案：控控制制性性能能最最优优；但但乳乳液液流流量量是是生生产产负负荷荷，一一般般要要求求保保证产量，不宜经常波动，所以，不宜选作操纵变量。

32、证产量，不宜经常波动，所以，不宜选作操纵变量。方方方方案案案案：旁旁路路空空气气量量与与热热风风量量混混合合，经经风风管管进进入入干干燥燥器器，与与图图2相相比，控制通道滞后较大，对干燥温度校正作用灵敏度次之。比，控制通道滞后较大，对干燥温度校正作用灵敏度次之。方方方方案案案案：蒸蒸汽汽流流量量要要经经过过换换热热器器的的热热量量交交换换去去改改变变空空气气温温度，滞后最大，对干燥温度校正作用灵敏度最差。度，滞后最大，对干燥温度校正作用灵敏度最差。综合考虑应选择方案综合考虑应选择方案II，以旁路空气量为操纵变量。，以旁路空气量为操纵变量。25第25页，此课件共49页哦选择被控变量选择被控变量选

33、择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述12.2.4 12.2.4 12.2.4 12.2.4 控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择1 1 1 1、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律 （1 1 1 1）位式控制）位式控制）位式控制）位式控制 适适用用于于对对控控制制质质量量要要求求不不高高，被被控控对对象象是是单单容容量量的的、且且容容量量较较大大、滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大也也不不太太激激烈烈，工工艺

34、艺允许被控变量波动范围较宽的场合。允许被控变量波动范围较宽的场合。（2 2 2 2）比例控制）比例控制）比例控制）比例控制 优优优优点点点点：比比例例控控制制克克服服干干扰扰能能力力强强、控控制制及及时时、过渡时间短。过渡时间短。缺点：缺点：缺点：缺点：在过渡过程终了时存在余差在过渡过程终了时存在余差 适适用用于于控控制制通通道道滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大、工工艺允许被控变量存在余差的场合。艺允许被控变量存在余差的场合。26第26页，此课件共49页哦 （4 4 4 4）比例微分控制）比例微分控制）比例微分控制）比例微分控制 优优优优点点点点：利利用用微微分分超超前前的的作作用用

35、，在在被被控控对对象象具具有有较较大大滞滞后后的的场场合合下下，将会有效地改善控制质量。将会有效地改善控制质量。缺缺缺缺点点点点：有有可可能能会会使使系系统统产产生生振振荡荡，严严重重时时使使系系统统失失控控而而发发生事故。生事故。（3 3 3 3）比例积分控制）比例积分控制）比例积分控制）比例积分控制 优点：优点：优点：优点：系统在过渡过程结束时无余差系统在过渡过程结束时无余差 缺缺缺缺点点点点：系系统统的的超超调调量量、振振荡荡周周期期都都会会相相应应增增大大，过过渡渡时时间间也也会相应增加。会相应增加。适适用用于于控控制制通通道道滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大、工工艺艺不不允

36、允许许被被控控变量存在余差的场合。变量存在余差的场合。12.2.4 12.2.4 12.2.4 12.2.4 控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择1 1 1 1、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律27第27页，此课件共49页哦 （5 5 5 5）比例积分微分控制）比例积分微分控制）比例积分微分控制）比例积分微分控制 比比例例积积分分微微分分控控制制综综合合了了比比例例、积积分分、微微分分控控制制规规律律的的优优优优点点点点。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控

37、制要求高的场合。12.2.4 12.2.4 12.2.4 12.2.4 控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择1 1 1 1、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律、常用的几种控制规律28第28页，此课件共49页哦2 2 2 2、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择 保证整个控制系统形成保证整个控制系统形成负反馈负反馈负反馈负反馈。在控制系统中，控制器、被控对象、测量元件及执行器都有各自在控制系统中，控制器、被控对象、测量元件及执行器都有各自的作用方向，一般被控对象、测量元件

38、及执行器的作用方向是固定的，的作用方向，一般被控对象、测量元件及执行器的作用方向是固定的，因此为了使系统构成负反馈，应对控制器的正反作用进行调整。因此为了使系统构成负反馈，应对控制器的正反作用进行调整。所所谓谓作作用用方方向向，就就是是指指输输入入变变化化后后，输输出出的的变变化化方方向向。当当输输入入增增加加时时，输输出出也也增增加加，则则称称该该环环节节为为“正正作作用用”方方向向；反反之之，当当环环节节的的输入增加时，输出减小，则称该环节为输入增加时，输出减小，则称该环节为“反作用反作用”方向。方向。（1 1）何谓）何谓）何谓）何谓“正正正正”、“反反反反”作用？作用？作用？作用？（2

39、2）控制器正、反作用选择的基本原则）控制器正、反作用选择的基本原则）控制器正、反作用选择的基本原则）控制器正、反作用选择的基本原则12.2.4 12.2.4 12.2.4 12.2.4 控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择29第29页，此课件共49页哦被控对象被控对象正作用：正作用：操纵变量操纵变量q增加，被控变量增加，被控变量y增加增加 反作用：反作用：操纵变量操纵变量q增加，被控变量增加，被控变量y减少减少测量变送测量变送正作用：正作用：被控变量被控变量y y增加，测量值增加，测量值z z增加增加 反作用：反作用：被控变量被控变量y y增加，测量

40、值增加，测量值z z减少减少控制器控制器正作用：正作用：偏差偏差e e增加，输出增加，输出p增加增加 反作用：反作用：偏差偏差e e增加，输出增加，输出p减少减少执行器执行器正作用：控制器正作用：控制器输出信号输出信号p增加，操纵变量增加，操纵变量q增加增加反作用：控制器反作用：控制器输出信号输出信号p增加，操纵变量增加，操纵变量q减少减少2 2 2 2、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择 12.2.4 12.2.4 12.2.4 12.2.4 控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择30第30

41、页，此课件共49页哦（3 3）控制器正、反作用选择的步骤）控制器正、反作用选择的步骤）控制器正、反作用选择的步骤）控制器正、反作用选择的步骤判断被控对象的正反作用方向，由工艺机理确定判断被控对象的正反作用方向，由工艺机理确定；判断执行器的正反作用方向，由工艺安全条件选定；判断执行器的正反作用方向，由工艺安全条件选定；确确定定广广义义对对象象的的正正反反作作用用方方向向，一一般般测测量量变变送送环环节节为为正正作作用用方方向向，根根据据被被控控对对象象和和执执行行器器的的作作用用方方向向，确确定定广广义义对对象象的的正正反作用方向；反作用方向；确确定定控控制制器器的的正正反反作作用用方方向向，广

42、广义义对对象象正正作作用用方方向向，则则控控制制器应选择为反作用，反之亦然。器应选择为反作用，反之亦然。被控变量被控变量被控变量被控变量控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控对象被控对象被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节测量变送环节测量变送环节干扰干扰干扰干扰偏偏偏偏差差差差设定值设定值设定值设定值广义对象广义对象广义对象广义对象31第31页，此课件共49页哦燃料气燃料气TC加热炉出口温度控制加热炉出口温度控制加热炉出口温度控制加热炉出口温度控制控制器正、反作用选择的实例控制器正、反作用选择的实例控制器正、反作用选择的实例控制器正、反作用选择的实例液位控制液位控制液位控制液

43、位控制2 2、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择、控制器正、反作用的选择 12.2.4 12.2.4 12.2.4 12.2.4 控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择32第32页，此课件共49页哦锅炉汽包水位控制系统锅炉汽包水位控制系统蒸汽蒸汽汽包汽包给水给水省煤器省煤器被控变量：汽包液位被控变量：汽包液位被控对象：锅炉汽包被控对象：锅炉汽包主要扰动：主要扰动：进水流量进水流量 蒸汽量的变化蒸汽量的变化给水压的变化给水压的变化操纵变量：进水流量操纵变量：进水流量12.2 12.2 12.2 12.2 简单控制系统的

44、设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计举例：举例：举例：举例：33第33页，此课件共49页哦锅炉汽包水位控制系统的方块图锅炉汽包水位控制系统的方块图锅炉汽包水位控制系统的方块图锅炉汽包水位控制系统的方块图给水阀给水阀锅炉汽包锅炉汽包12.2 12.2 12.2 12.2 简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计举例：举例：举例：举例：34第34页，此课件共49页哦蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器给水给水控制器正、反作用控制器正、反作用控制器应选正作用控制器应选正作用控制器应选正作用控制器应选正作用控制器过程分析控制器过程分析根据安全原则，供气中断

45、时给水阀应全开，所以应选根据安全原则，供气中断时给水阀应全开，所以应选气关阀。气关阀。气关阀。气关阀。12.2 12.2 12.2 12.2 简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的设计举例：举例：举例：举例：35第35页，此课件共49页哦12.3 12.3 12.3 12.3 控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定1 1 1 1、控制系统的投运、控制系统的投运（1 1）熟熟悉悉被被控控对对象象和和整整个个控控制制系系统统，检检查查所所有有仪仪表表及及连连接接管管线线、气气管管线线、电电源源、气气源源等等，以

46、以保保证证接接线线的的正正确确性性，及及故故障障时时能及时确定故障原因；能及时确定故障原因；（2 2）根根据据经经验验或或估估算算比比例例度度、积积分分时时间间TI和和微微分分时时间间TD的的数数值值，或将控制器放在纯比例作用，或将控制器放在纯比例作用，放在较大位置；放在较大位置；（3 3）确认控制阀的气开、气关和控制器的正、反作用；确认控制阀的气开、气关和控制器的正、反作用；（4 4）手手动动操操作作执执行行器器，待待工工况况稳稳定定后后，将将控控制制器器由由手手动动状状态切换到自动状态，控制系统由开环控制变为闭环控制。态切换到自动状态，控制系统由开环控制变为闭环控制。初初步步投投运运过过程

47、程基基本本结结束束。但但控控制制系系统统的的过过渡渡过过程程不不一一定定满满足足要求，需要进一步整定要求，需要进一步整定、TI和和TD三个参数。三个参数。36第36页，此课件共49页哦、控制器参数的工程整定、控制器参数的工程整定 参参数数整整定定就就是是按按照照已已定定的的控控制制方方案案，求求取取使使控控制制质质量量最最好好的的控控制制器器参参数数值值。即即确确定定最最合合适适的的控控制制器器比比例例度度、积积分分时时间间TI和和微微分分时时间间TD，使控制质量能满足工艺生产的要求。，使控制质量能满足工艺生产的要求。对对于于简简单单控控制制系系统统来来说说，一一般般希希望望过过渡渡过过程程呈

48、呈4:1至至10:1的的衰衰减减振振荡过程。荡过程。yt4:1yt10:1参参数数整整定定方方法法：理理理理论论论论计计计计算算算算、工工工工程程程程整整整整定定定定（又又叫叫经经经经验验验验整整整整定定定定方方方方法法法法，分为分为临界比例度法临界比例度法临界比例度法临界比例度法、衰减曲线法衰减曲线法衰减曲线法衰减曲线法、经验凑试法经验凑试法经验凑试法经验凑试法）。）。12.3 12.3 12.3 12.3 控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定37第37页，此课件共49页哦（1 1）临界比例度法）临界比例度法）临界比例度法）临界比例

49、度法方方方方法法法法：先先将将控控制制器器放放在在纯纯比比例例作作用用，在在干干扰扰作作用用下下，从从大大到到小小地地逐逐渐渐改改变变控控制制器器的的比比例例度度，直直至至系系统统产产生生等等幅幅振振荡荡，这这时时的的比比例例度度称称为为临临临临界界界界比比比比例例例例度度度度 KK，周周期期称称为为临临临临界界界界振振振振荡荡荡荡周周周周期期期期T Tk k。然然后后按按表表7-1中中的的经经验验公公式计算出控制器的各参数整定数值。式计算出控制器的各参数整定数值。Tkttfy临界振荡过程临界振荡过程临界振荡过程临界振荡过程注意：注意：注意：注意：当不存在临界比例度、临界当不存在临界比例度、临

50、界当不存在临界比例度、临界当不存在临界比例度、临界比例度过小、不允许等幅振荡时，比例度过小、不允许等幅振荡时，比例度过小、不允许等幅振荡时，比例度过小、不允许等幅振荡时，该方法不适用。该方法不适用。该方法不适用。该方法不适用。、控制器参数的工程整定、控制器参数的工程整定 12.3 12.3 12.3 12.3 控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定38第38页，此课件共49页哦（1）临界比例度法）临界比例度法）临界比例度法）临界比例度法表表表表7-17-1临界比例度法参数计算公式临界比例度法参数计算公式临界比例度法参数计算公式临界比例度