[精选]工业生产过程控制绪论.pptx

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1、过程控制工程0.绪论绪论0.1 0.1 过程工业过程工业l l过程工业：过程工业：过程工业：过程工业：化工、核电、制药、造纸、酿造等工业化工、核电、制药、造纸、酿造等工业化工、核电、制药、造纸、酿造等工业化工、核电、制药、造纸、酿造等工业l l过程工业生产特性：过程工业生产特性：过程工业生产特性：过程工业生产特性：多输入多输出，多变量，非线性，时变，关联性多输入多输出，多变量，非线性，时变，关联性多输入多输出，多变量，非线性，时变，关联性多输入多输出，多变量，非线性，时变，关联性.l l过程生产形式：过程生产形式：过程生产形式：过程生产形式：连续生产、间歇生产连续生产、间歇生产连续生产、间歇生

2、产连续生产、间歇生产l l主要控制举例主要控制举例主要控制举例主要控制举例l l流体输送控制流体输送控制流体输送控制流体输送控制流体流量控制流体流量控制流体流量控制流体流量控制换热过程控制换热过程控制换热过程控制换热过程控制反响过程控制反响过程控制精馏过程控制精馏过程控制过程工业影响因素过程工业影响因素1 1一般影响因素一般影响因素一般影响因素一般影响因素l l原料组成、流量、温度等变化原料组成、流量、温度等变化原料组成、流量、温度等变化原料组成、流量、温度等变化l l产品质量要求产品质量要求产品质量要求产品质量要求l l过程设备的可使用性、特性漂移、关联关系影响过程设备的可使用性、特性漂移、

3、关联关系影响过程设备的可使用性、特性漂移、关联关系影响过程设备的可使用性、特性漂移、关联关系影响2 2控制过程影响因素控制过程影响因素控制过程影响因素控制过程影响因素l l信号测量及数据处理实时性、准确性等信号测量及数据处理实时性、准确性等信号测量及数据处理实时性、准确性等信号测量及数据处理实时性、准确性等l l被控过程的滞后性、时变性、非线性、耦合性关被控过程的滞后性、时变性、非线性、耦合性关被控过程的滞后性、时变性、非线性、耦合性关被控过程的滞后性、时变性、非线性、耦合性关系系系系l l控制方案的合理性、控制系统稳定性控制方案的合理性、控制系统稳定性控制方案的合理性、控制系统稳定性控制方案

4、的合理性、控制系统稳定性l l执行器特性执行器特性执行器特性执行器特性 0.2 生产过程自动化技术生产过程自动化技术1 1自动化设备开展历史自动化设备开展历史自动化设备开展历史自动化设备开展历史l l5050年代：电子管时代年代：电子管时代年代：电子管时代年代：电子管时代 主要仪表技术：气动仪表控制器主要仪表技术：气动仪表控制器主要仪表技术：气动仪表控制器主要仪表技术：气动仪表控制器 主要应用对象：化工、钢铁、造纸行业主要应用对象：化工、钢铁、造纸行业主要应用对象：化工、钢铁、造纸行业主要应用对象：化工、钢铁、造纸行业l l6060年代：半导体时代年代：半导体时代年代：半导体时代年代：半导体时

5、代 主要仪表技术：主要仪表技术：主要仪表技术：主要仪表技术：DDZ-DDZ-型仪表、型仪表、型仪表、型仪表、DDCDDCDirectly Digital ControlDirectly Digital Control 主要主要主要主要 应用对象：石油化工、大型电站应用对象：石油化工、大型电站应用对象：石油化工、大型电站应用对象：石油化工、大型电站l l7070年代：集成电路微处理器时代年代：集成电路微处理器时代年代：集成电路微处理器时代年代：集成电路微处理器时代 主要仪表技术：主要仪表技术：主要仪表技术：主要仪表技术：DDZ-DDZ-型仪表、型仪表、型仪表、型仪表、DCSDCSDistribu

6、ted Control SystemDistributed Control Systeml l8080年代：数字化技术时代年代：数字化技术时代年代：数字化技术时代年代：数字化技术时代 主要仪表技术：主要仪表技术：主要仪表技术：主要仪表技术：DCSDCS、网络通讯技术、工业电视、网络通讯技术、工业电视、网络通讯技术、工业电视、网络通讯技术、工业电视 8181年开始我国引入并开始应用年开始我国引入并开始应用年开始我国引入并开始应用年开始我国引入并开始应用DCSDCS技术技术技术技术l l9090年代：现场总线技术年代：现场总线技术年代：现场总线技术年代：现场总线技术 主要仪表技术：智能控制，分析仪

7、表在线应用、主要仪表技术：智能控制，分析仪表在线应用、主要仪表技术：智能控制，分析仪表在线应用、主要仪表技术：智能控制，分析仪表在线应用、优化控制优化控制优化控制优化控制 2 2 2 2自动化控制技术自动化控制技术自动化控制技术自动化控制技术模型预测控制模型预测控制模型预测控制模型预测控制内膜控制内膜控制内膜控制内膜控制自适应控制自适应控制自适应控制自适应控制专家系统控制专家系统控制专家系统控制专家系统控制模糊控制模糊控制模糊控制模糊控制神经网络控制神经网络控制神经网络控制神经网络控制鲁棒控制鲁棒控制鲁棒控制鲁棒控制前馈控制前馈控制前馈控制前馈控制串级控制串级控制串级控制串级控制比值控制比值控

8、制比值控制比值控制均匀控制均匀控制均匀控制均匀控制分程控制分程控制分程控制分程控制选择控制选择控制选择控制选择控制解偶控制解偶控制解偶控制解偶控制优化控制优化控制优化控制优化控制常规控制常规控制常规控制常规控制先进控制先进控制先进控制先进控制优化监控优化监控优化监控优化监控复杂控制复杂控制复杂控制复杂控制PIDPID控制控制控制控制单回路单回路控制控制控制控制控制技术关系图：控制技术关系图：0.3 本课程介绍本课程介绍 0.3.1 0.3.1 课程性质、目的课程性质、目的课程性质、目的课程性质、目的l l课程性质：课程性质：课程性质：课程性质：控制理论与实际相结合的一门工程技术性课程。控制理论

9、与实际相结合的一门工程技术性课程。控制理论与实际相结合的一门工程技术性课程。控制理论与实际相结合的一门工程技术性课程。l l研究对象：研究对象：研究对象：研究对象：过程系统。过程系统。过程系统。过程系统。如石油化工过程，制药，造纸，酿造等过程工如石油化工过程，制药，造纸，酿造等过程工如石油化工过程，制药，造纸，酿造等过程工如石油化工过程，制药，造纸，酿造等过程工 业。业。业。业。l l本课程目的：本课程目的：本课程目的：本课程目的：了解工业过程控制的基本方法，控制方案，以了解工业过程控制的基本方法，控制方案，以了解工业过程控制的基本方法，控制方案，以了解工业过程控制的基本方法，控制方案，以及控

10、制系统的分析、设计和研究方法。及控制系统的分析、设计和研究方法。及控制系统的分析、设计和研究方法。及控制系统的分析、设计和研究方法。建立系统及系统工程的初步概念建立系统及系统工程的初步概念建立系统及系统工程的初步概念建立系统及系统工程的初步概念0.3.2 0.3.2 课程本基本内容：课程本基本内容：课程本基本内容：课程本基本内容：1 1单回路控制系统单回路控制系统单回路控制系统单回路控制系统l l控制回路的基本构成、控制回路的基本构成、控制回路的基本构成、控制回路的基本构成、l l基本控制规律，基本控制规律，基本控制规律，基本控制规律，l l被控变量、控制变量选择原则，被控变量、控制变量选择原

11、则，被控变量、控制变量选择原则，被控变量、控制变量选择原则，l l控制参数整定方法等基本知识。控制参数整定方法等基本知识。控制参数整定方法等基本知识。控制参数整定方法等基本知识。l l简单介绍主要控制对象的过程特性。简单介绍主要控制对象的过程特性。简单介绍主要控制对象的过程特性。简单介绍主要控制对象的过程特性。2 2复杂控制系统复杂控制系统复杂控制系统复杂控制系统 l l了解过程系统复杂控制及特殊控制的基本控制思了解过程系统复杂控制及特殊控制的基本控制思了解过程系统复杂控制及特殊控制的基本控制思了解过程系统复杂控制及特殊控制的基本控制思想、基本方案及实施。想、基本方案及实施。想、基本方案及实施

12、。想、基本方案及实施。l l各种复杂控制的构成方法、特性和应用范围。各种复杂控制的构成方法、特性和应用范围。各种复杂控制的构成方法、特性和应用范围。各种复杂控制的构成方法、特性和应用范围。主要介绍：主要介绍：主要介绍：主要介绍：串级控制、比值控制、前馈控制、均匀控制、分串级控制、比值控制、前馈控制、均匀控制、分串级控制、比值控制、前馈控制、均匀控制、分串级控制、比值控制、前馈控制、均匀控制、分程控制、选择控制、解偶控制。程控制、选择控制、解偶控制。程控制、选择控制、解偶控制。程控制、选择控制、解偶控制。3 3典型单元操作过程控制典型单元操作过程控制典型单元操作过程控制典型单元操作过程控制 控制

13、工程技术的实际应用分析和研究。控制工程技术的实际应用分析和研究。控制工程技术的实际应用分析和研究。控制工程技术的实际应用分析和研究。主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：典型单元控制对象的特性及控制系统设计与实施典型单元控制对象的特性及控制系统设计与实施典型单元控制对象的特性及控制系统设计与实施典型单元控制对象的特性及控制系统设计与实施主要单元控制：主要单元控制：主要单元控制：主要单元控制：流体输送设备控制、传热设备控制、流体输送设备控制、传热设备控制、流体输送设备控制、传热设备控制、流体输送设备控制、传热设备控制、化学反响过程控制、精馏过程控制化学反响过程控制、精馏过程控制化学反响过程控制

14、、精馏过程控制化学反响过程控制、精馏过程控制4 4先进控制方法概述先进控制方法概述先进控制方法概述先进控制方法概述 先进控制基本思想、主要方法先进控制基本思想、主要方法先进控制基本思想、主要方法先进控制基本思想、主要方法0.3.3 0.3.3 本课程的基础知识本课程的基础知识本课程的基础知识本课程的基础知识l l自动控制原理、自动控制原理、自动控制原理、自动控制原理、l l检测技术及仪表、检测技术及仪表、检测技术及仪表、检测技术及仪表、l l控制仪表与装置、控制仪表与装置、控制仪表与装置、控制仪表与装置、l l过程原理。过程原理。过程原理。过程原理。主要参考书主要参考书l l王树青等王树青等王

15、树青等王树青等工业过程控制工程工业过程控制工程工业过程控制工程工业过程控制工程 化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社l l何衍庆、俞金寿、蒋慰孙何衍庆、俞金寿、蒋慰孙何衍庆、俞金寿、蒋慰孙何衍庆、俞金寿、蒋慰孙工业生产过程控制工业生产过程控制工业生产过程控制工业生产过程控制 化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社l l俞金寿、蒋慰孙俞金寿、蒋慰孙俞金寿、蒋慰孙俞金寿、蒋慰孙过程控制工程过程控制工程过程控制工程过程控制工程 电子工业出版电子工业出版电子工业出版电子工业出版社社社社l l翁维勤、周庆海翁维勤、周庆海翁维勤、周庆海翁维勤、周庆海 过程控制系统及工

16、程过程控制系统及工程过程控制系统及工程过程控制系统及工程 化学化学化学化学工业出版社工业出版社工业出版社工业出版社l l王骥成、祝和云王骥成、祝和云王骥成、祝和云王骥成、祝和云 化工过程控制工程化工过程控制工程化工过程控制工程化工过程控制工程 化学工化学工化学工化学工程出版社程出版社程出版社程出版社1.单回路控制系统单回路控制系统1)1)控制系统组成控制系统组成控制系统组成控制系统组成1.1 1.1 控制系统的组成及系统控制指标控制系统的组成及系统控制指标控制系统的组成及系统控制指标控制系统的组成及系统控制指标构成四个环节构成四个环节构成四个环节构成四个环节:被控对象、测量变送、控制单元、执行

17、单元被控对象、测量变送、控制单元、执行单元被控对象、测量变送、控制单元、执行单元被控对象、测量变送、控制单元、执行单元信号变量：信号变量：信号变量：信号变量：被控变量被控变量被控变量被控变量Y Y、测量变量、测量变量、测量变量、测量变量z z、设定值、设定值、设定值、设定值r r、偏差偏差偏差偏差e e、控制变量控制变量控制变量控制变量u u、操纵变量、操纵变量、操纵变量、操纵变量q q、扰动变量、扰动变量、扰动变量、扰动变量f f2 2 控制系统性能指标控制系统性能指标控制系统性能指标控制系统性能指标 阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标 评价控制系统性能评价控制

18、系统性能评价控制系统性能评价控制系统性能 偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标 指导控制系统整定指导控制系统整定指导控制系统整定指导控制系统整定 阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应曲线阶跃响应曲线阶跃响应曲线阶跃响应曲线 a.a.超调量最大偏差：超调量最大偏差：超调量最大偏差：超调量最大偏差：超调量超调量超调量超调量最大动态偏差最大动态偏差最大动态偏差最大动态偏差是反映控制系统对干扰是反映控制系统对干扰是反映控制系统对干扰是反映控制系统对干扰的瞬间响应或瞬间偏离程度的衡量量，是衡量系的瞬间响应或瞬间偏离程度的衡量量，是衡量系的瞬

19、间响应或瞬间偏离程度的衡量量，是衡量系的瞬间响应或瞬间偏离程度的衡量量，是衡量系统可行性的指标。统可行性的指标。统可行性的指标。统可行性的指标。l l随动控制系统随动控制系统随动控制系统随动控制系统超调量超调量超调量超调量：描述式：描述式：定义：系统最大振幅与最终稳态值之比的百分数。定义：系统最大振幅与最终稳态值之比的百分数。定义：系统最大振幅与最终稳态值之比的百分数。定义：系统最大振幅与最终稳态值之比的百分数。l l定值控制系统定值控制系统定值控制系统定值控制系统一般采用最大动态偏差一般采用最大动态偏差一般采用最大动态偏差一般采用最大动态偏差A A作为衡量指标。作为衡量指标。作为衡量指标。作

20、为衡量指标。定义：最大偏差在数值上定义为动态响应的最大振幅定义：最大偏差在数值上定义为动态响应的最大振幅定义：最大偏差在数值上定义为动态响应的最大振幅定义：最大偏差在数值上定义为动态响应的最大振幅B B与响应最终稳态值与响应最终稳态值与响应最终稳态值与响应最终稳态值C C之和的绝对值。之和的绝对值。之和的绝对值。之和的绝对值。描述式：描述式：描述式：描述式：l l衰减比：衰减比：衰减比：衰减比：相邻二波峰值之比。相邻二波峰值之比。相邻二波峰值之比。相邻二波峰值之比。过渡过程性质：过渡过程性质：n1：衰减震荡衰减震荡 n=：非周期性控制过程：非周期性控制过程描述式：描述式：l l恢复时间恢复时间

21、恢复时间恢复时间 s s：过渡过程时间。过渡过程时间。过渡过程时间。过渡过程时间。被控变量变化范围到达保持在稳定值的被控变量变化范围到达保持在稳定值的被控变量变化范围到达保持在稳定值的被控变量变化范围到达保持在稳定值的5%5%之内的时间点。之内的时间点。之内的时间点。之内的时间点。l l余差：余差：余差：余差：新的稳定值与设定值之差。新的稳定值与设定值之差。新的稳定值与设定值之差。新的稳定值与设定值之差。y y b.b.偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标 l l偏差绝对值积分偏差绝对值积分偏差绝对值积分偏差绝对值积分IAEIAE 特点：特点：特点：特点：对偏差值敏

22、感，按其整定参数则过渡过程不会呈现大对偏差值敏感，按其整定参数则过渡过程不会呈现大对偏差值敏感，按其整定参数则过渡过程不会呈现大对偏差值敏感，按其整定参数则过渡过程不会呈现大偏差偏差偏差偏差l l偏差平方积分偏差平方积分偏差平方积分偏差平方积分ISEISE 特点特点特点特点:面积积分，按其整定参数过渡过程偏差平均值小面积积分，按其整定参数过渡过程偏差平均值小面积积分，按其整定参数过渡过程偏差平均值小面积积分，按其整定参数过渡过程偏差平均值小l l时间与偏差绝对值乘积的积分时间与偏差绝对值乘积的积分时间与偏差绝对值乘积的积分时间与偏差绝对值乘积的积分ITAEITAE特点：特点：特点：特点：随时间

23、推移，控制越趋严格。过渡过程可能出现大的偏差，随时间推移，控制越趋严格。过渡过程可能出现大的偏差，随时间推移，控制越趋严格。过渡过程可能出现大的偏差，随时间推移，控制越趋严格。过渡过程可能出现大的偏差，但是恢复时间较短。但是恢复时间较短。但是恢复时间较短。但是恢复时间较短。1.2 1.2 典型受控过程典型受控过程典型受控过程典型受控过程1.2.1 1.2.1 纯滞后过程纯滞后过程纯滞后过程纯滞后过程 l l纯滞后的表现纯滞后的表现纯滞后的表现纯滞后的表现 输出变量的变化在时间上落后于输入变量的变输出变量的变化在时间上落后于输入变量的变输出变量的变化在时间上落后于输入变量的变输出变量的变化在时间

24、上落后于输入变量的变化测量值的变化在时间上滞后于真值的变化化测量值的变化在时间上滞后于真值的变化化测量值的变化在时间上滞后于真值的变化化测量值的变化在时间上滞后于真值的变化l l描述：描述：描述：描述：传递函数传递函数传递函数传递函数频率特性频率特性频率特性频率特性纯滞后举例：纯滞后举例：纯滞后举例：纯滞后举例：pHpH值调节值调节值调节值调节纯滞后的影响示意图纯滞后的影响示意图纯滞后的影响示意图纯滞后的影响示意图1.2.21.2.2容量过程容量过程容量过程容量过程-单容过程单容过程单容过程单容过程 只含有一个容量装置的过程只含有一个容量装置的过程只含有一个容量装置的过程只含有一个容量装置的过

25、程l l容量过程特性分类：容量过程特性分类：容量过程特性分类：容量过程特性分类：有自衡过程有自衡过程有自衡过程有自衡过程 无自衡过程无自衡过程无自衡过程无自衡过程自衡：自动平衡、均衡。自衡：自动平衡、均衡。自衡：自动平衡、均衡。自衡：自动平衡、均衡。自衡能力：系统在干扰作用时，依靠自身的力量、自衡能力：系统在干扰作用时，依靠自身的力量、自衡能力：系统在干扰作用时，依靠自身的力量、自衡能力：系统在干扰作用时，依靠自身的力量、性能力图克服干扰影响，保持平衡的能力。性能力图克服干扰影响，保持平衡的能力。性能力图克服干扰影响，保持平衡的能力。性能力图克服干扰影响，保持平衡的能力。1 1无自衡单容过程无

26、自衡单容过程无自衡单容过程无自衡单容过程 l l特点：特点：特点：特点：系统输出流量恒定不变。系统输出流量恒定不变。系统输出流量恒定不变。系统输出流量恒定不变。l l过程描述：过程描述：过程描述：过程描述：l l传递函数传递函数传递函数传递函数 2 2 有自衡单容过程有自衡单容过程有自衡单容过程有自衡单容过程l l特点：特点：特点：特点：系统出口流量的推动力为罐内液位系统出口流量的推动力为罐内液位系统出口流量的推动力为罐内液位系统出口流量的推动力为罐内液位h h。系统输出流。系统输出流。系统输出流。系统输出流量随系统液位变化。量随系统液位变化。量随系统液位变化。量随系统液位变化。l l关系式关

27、系式关系式关系式l l特性推导特性推导特性推导特性推导l l出口流量与液位关系：出口流量与液位关系：出口流量与液位关系：出口流量与液位关系：l l液位变化描述：液位变化描述：液位变化描述：液位变化描述：方框图方框图l l有自衡过程曲线有自衡过程曲线有自衡过程曲线有自衡过程曲线1.2.3 1.2.3 容量过程容量过程容量过程容量过程 -多容过程多容过程多容过程多容过程 具有两个或两个以上容量设备构成的过程。具有两个或两个以上容量设备构成的过程。具有两个或两个以上容量设备构成的过程。具有两个或两个以上容量设备构成的过程。l l多容过程的相互关系：多容过程的相互关系：多容过程的相互关系：多容过程的相

28、互关系：a.a.无相互影响多容过程无相互影响多容过程无相互影响多容过程无相互影响多容过程 b.b.有相互影响多容过程有相互影响多容过程有相互影响多容过程有相互影响多容过程1)1)无相互影响双容过程无相互影响双容过程无相互影响双容过程无相互影响双容过程单容过程方框图单容过程方框图双容过程方框图双容过程方框图过程数学描述过程数学描述过程数学描述过程数学描述传递函数传递函数传递函数传递函数一阶特性一阶特性一阶特性一阶特性二阶特性二阶特性二阶特性二阶特性容器容器1容器容器22 2具有相互影响的双容过程具有相互影响的双容过程具有相互影响的双容过程具有相互影响的双容过程 过程微分方程及拉氏变换过程微分方程

29、及拉氏变换过程微分方程及拉氏变换过程微分方程及拉氏变换 方框图方框图方框图方框图传递函数二液位相对于系统输入传递函数二液位相对于系统输入传递函数二液位相对于系统输入传递函数二液位相对于系统输入QiQi 其中：其中：其中：其中：T T1 1=A=A1 1R R1 1 ，T T2 2=A=A2 2R R2 2 ，影响因子：影响因子：影响因子：影响因子：A A1 1R R2 2 1.2.4 1.2.4 反向响应过程反向响应过程反向响应过程反向响应过程 系统对阶跃信号的响应具有响应初期和响应终期系统对阶跃信号的响应具有响应初期和响应终期系统对阶跃信号的响应具有响应初期和响应终期系统对阶跃信号的响应具有

30、响应初期和响应终期的响应方向相反的性质的响应方向相反的性质的响应方向相反的性质的响应方向相反的性质 l l反向响应曲线描述反向响应曲线描述反向响应曲线描述反向响应曲线描述lY1s、Y2s：干：干扰作用下产生的二相反方扰作用下产生的二相反方向的响应曲线向的响应曲线lYs：反向响应曲线：反向响应曲线 Y1s与与Y2s的合的合成曲线成曲线l l反向响应方框图反向响应方框图反向响应方框图反向响应方框图l l反向响应条件反向响应条件反向响应条件反向响应条件：相应初期有相应初期有相应初期有相应初期有K K2 2T T1 1 K KKf f b.b.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

31、间常数T T0 0的影响的影响的影响的影响由式：由式：由式：由式：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 T0101或或或或T T0202小一些，则可以提高系统工小一些，则可以提高系统工小一些，则可以提高系统工小一些，则可以提高系统工作频率，能及时克服干扰，作频率，能及时克服干扰，作频率，能及时克服干扰，作频率，能及时克服干扰，l l 结论结论结论结论5 5：适当减小控制通道时间常数，则系统工作频率加大，适当减小控制通道时间常数，则系统工作频率加大，适当减小控制通道时间常数，则系统工作频率加大，适当减小控制通道时间常数，则系统工作频率加大，有利于提高控制质量。有利于

32、提高控制质量。有利于提高控制质量。有利于提高控制质量。对象系统自然及工作振荡频率：对象系统自然及工作振荡频率：对象系统自然及工作振荡频率：对象系统自然及工作振荡频率：控制控制控制控制通道与干扰通道时间常数关系通道与干扰通道时间常数关系通道与干扰通道时间常数关系通道与干扰通道时间常数关系控制通道传递函数控制通道传递函数控制通道传递函数控制通道传递函数l lT Tf f T T0 0：G GPDPDs s/G/G0 0s s 相当于滤波器，使过度过程平稳相当于滤波器，使过度过程平稳相当于滤波器，使过度过程平稳相当于滤波器，使过度过程平稳l lT Tf f T T0 0：G GPDPDs s/G/G

33、0 0s s 相当于微分器，使过度过程波形相当于微分器，使过度过程波形相当于微分器，使过度过程波形相当于微分器，使过度过程波形陡峭陡峭陡峭陡峭l l结论结论结论结论6 6：干扰通道时间常数应大于控制通道时间常数：干扰通道时间常数应大于控制通道时间常数：干扰通道时间常数应大于控制通道时间常数：干扰通道时间常数应大于控制通道时间常数干扰通道传递函数干扰通道传递函数干扰通道传递函数干扰通道传递函数c.c.纯滞后的影响纯滞后的影响纯滞后的影响纯滞后的影响l l纯滞后时间纯滞后时间纯滞后时间纯滞后时间 0 0可以认为可以认为可以认为可以认为是系统的失控时间，是系统的失控时间，是系统的失控时间，是系统的失

34、控时间，将引起偏差增大，系将引起偏差增大，系将引起偏差增大，系将引起偏差增大，系统的控制质量及稳定统的控制质量及稳定统的控制质量及稳定统的控制质量及稳定性变差。性变差。性变差。性变差。l l参考标准：参考标准：参考标准：参考标准：0 0/T/T0 0 0.3 0.3 0.3 难于控制难于控制难于控制难于控制结论结论结论结论7 7：应该尽可能减小控制通道的纯滞后。：应该尽可能减小控制通道的纯滞后。：应该尽可能减小控制通道的纯滞后。：应该尽可能减小控制通道的纯滞后。1.4.3 1.4.3 操纵变量选择原则操纵变量选择原则操纵变量选择原则操纵变量选择原则a.a.选择的操纵变量必须是可控制的选择的操纵

35、变量必须是可控制的选择的操纵变量必须是可控制的选择的操纵变量必须是可控制的b.b.控制通道放大倍数应大于干扰通道放大倍数控制通道放大倍数应大于干扰通道放大倍数控制通道放大倍数应大于干扰通道放大倍数控制通道放大倍数应大于干扰通道放大倍数c.c.控制通道时间常数应适当小一些，干扰通道时控制通道时间常数应适当小一些，干扰通道时控制通道时间常数应适当小一些，干扰通道时控制通道时间常数应适当小一些，干扰通道时间常数应大一些间常数应大一些间常数应大一些间常数应大一些d.d.控制通道纯滞后时间应尽可能小控制通道纯滞后时间应尽可能小控制通道纯滞后时间应尽可能小控制通道纯滞后时间应尽可能小e.e.应尽量使干扰进

36、入点远离被控变量，而靠近控应尽量使干扰进入点远离被控变量，而靠近控应尽量使干扰进入点远离被控变量，而靠近控应尽量使干扰进入点远离被控变量，而靠近控制阀制阀制阀制阀f.f.应保证工艺的合理性，一般不选择生产负荷作应保证工艺的合理性，一般不选择生产负荷作应保证工艺的合理性，一般不选择生产负荷作应保证工艺的合理性，一般不选择生产负荷作为操纵变量为操纵变量为操纵变量为操纵变量manipulated variable 受控于执行器控制阀，用于调节被控变量大小的物理量，称为操纵变量。1.5 1.5 控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择控制阀的选择 1.5.1 1.5.1 选择内容：选择内容：选择内容：选择

37、内容：口径、流量特性、结构形式、开关形式口径、流量特性、结构形式、开关形式口径、流量特性、结构形式、开关形式口径、流量特性、结构形式、开关形式a.a.口径：正常工作阀开度口径：正常工作阀开度口径：正常工作阀开度口径：正常工作阀开度15%-85%15%-85%控制阀两端压力降应在整个管线压力降中占较控制阀两端压力降应在整个管线压力降中占较控制阀两端压力降应在整个管线压力降中占较控制阀两端压力降应在整个管线压力降中占较大比例。可控范围的宽窄大比例。可控范围的宽窄大比例。可控范围的宽窄大比例。可控范围的宽窄b.b.流量特性：流量特性：流量特性：流量特性：线性、等百分比、快开线性、等百分比、快开线性、

38、等百分比、快开线性、等百分比、快开c.c.结构形式：结构形式：结构形式：结构形式：单座直通、双座直通、角阀、蝶阀、单座直通、双座直通、角阀、蝶阀、单座直通、双座直通、角阀、蝶阀、单座直通、双座直通、角阀、蝶阀、高压阀、隔膜阀高压阀、隔膜阀高压阀、隔膜阀高压阀、隔膜阀d.d.开关形式：开关形式：开关形式：开关形式：气开阀、气关阀气开阀、气关阀气开阀、气关阀气开阀、气关阀 1.5.2 1.5.2 调节阀开关形式选择调节阀开关形式选择调节阀开关形式选择调节阀开关形式选择 1)1)开关形式描述开关形式描述开关形式描述开关形式描述 a.a.气电开式调节阀气电开式调节阀气电开式调节阀气电开式调节阀 控制信

39、号增加时，调节阀开度加大。控制信号增加时，调节阀开度加大。控制信号增加时，调节阀开度加大。控制信号增加时，调节阀开度加大。b.b.气电关式调节阀气电关式调节阀气电关式调节阀气电关式调节阀 控制信号增加时，调节阀开度减小。控制信号增加时，调节阀开度减小。控制信号增加时，调节阀开度减小。控制信号增加时，调节阀开度减小。四种组合四种组合反作用反作用反作用反作用正作用正作用正作用正作用气关式气关式气开式气开式反装阀反装阀正装阀正装阀P入入P入入P入入P入入QQQQ2)2)选择原则：选择原则：选择原则：选择原则：a.a.保证生产过程及设备安全保证生产过程及设备安全保证生产过程及设备安全保证生产过程及设备

40、安全 控制信号故障时阀门的动控制信号故障时阀门的动控制信号故障时阀门的动控制信号故障时阀门的动作方向能保证生产设备的作方向能保证生产设备的作方向能保证生产设备的作方向能保证生产设备的安全。安全。安全。安全。例：右图系统控制信号被切例：右图系统控制信号被切例：右图系统控制信号被切例：右图系统控制信号被切断：断：断：断：燃料阀门关闭可以保证锅燃料阀门关闭可以保证锅燃料阀门关闭可以保证锅燃料阀门关闭可以保证锅炉不被烧塌炉不被烧塌炉不被烧塌炉不被烧塌 给水阀门翻开可以保证锅给水阀门翻开可以保证锅给水阀门翻开可以保证锅给水阀门翻开可以保证锅炉的安全生产炉的安全生产炉的安全生产炉的安全生产注意：注意：注意

41、：注意：阀门的开关形式应根据工艺要求具体选择。如果要保护阀门的开关形式应根据工艺要求具体选择。如果要保护阀门的开关形式应根据工艺要求具体选择。如果要保护阀门的开关形式应根据工艺要求具体选择。如果要保护蒸汽压缩机的安全，给水阀门应选用气开式调节阀。蒸汽压缩机的安全，给水阀门应选用气开式调节阀。蒸汽压缩机的安全，给水阀门应选用气开式调节阀。蒸汽压缩机的安全，给水阀门应选用气开式调节阀。气关阀气关阀气开阀气开阀b.b.保证产品质量保证产品质量保证产品质量保证产品质量 控制信号被切断时阀控制信号被切断时阀控制信号被切断时阀控制信号被切断时阀门的动作方向保证产门的动作方向保证产门的动作方向保证产门的动作

42、方向保证产品质量不受影响。品质量不受影响。品质量不受影响。品质量不受影响。例如：例如：例如：例如：塔顶产品全回流可以塔顶产品全回流可以塔顶产品全回流可以塔顶产品全回流可以保证塔顶产品的质量保证塔顶产品的质量保证塔顶产品的质量保证塔顶产品的质量气关阀气关阀c.c.保证介质的工作状态保证介质的工作状态保证介质的工作状态保证介质的工作状态 控制信号被切断时阀门的动作方向保证工作控制信号被切断时阀门的动作方向保证工作控制信号被切断时阀门的动作方向保证工作控制信号被切断时阀门的动作方向保证工作介质不发生相变介质不发生相变介质不发生相变介质不发生相变 例如：例如：例如：例如：温度低将产生气体冷凝或液体的结

43、晶，因此，操温度低将产生气体冷凝或液体的结晶，因此，操作中蒸汽阀门不能关闭。作中蒸汽阀门不能关闭。气关阀气关阀d.d.降低原料、能量损耗降低原料、能量损耗降低原料、能量损耗降低原料、能量损耗e.e.符合工艺要求符合工艺要求符合工艺要求符合工艺要求 1.6 1.6 控制器的选择控制器的选择控制器的选择控制器的选择1.6.1 1.6.1 常规控制规律及应用特性常规控制规律及应用特性常规控制规律及应用特性常规控制规律及应用特性a.a.比例控制规律比例控制规律比例控制规律比例控制规律PBPBPBPB的影响：的影响：的影响：的影响：PBPB小：放大倍数大，余差小；系统稳定性降低，易于小：放大倍数大，余差

44、小；系统稳定性降低，易于小：放大倍数大，余差小；系统稳定性降低，易于小：放大倍数大，余差小；系统稳定性降低，易于引起振荡引起振荡引起振荡引起振荡PBPB大：放大倍数小，余差大；系统稳定性较高，过渡大：放大倍数小，余差大；系统稳定性较高，过渡大：放大倍数小，余差大；系统稳定性较高，过渡大：放大倍数小，余差大；系统稳定性较高，过渡过程时间长过程时间长过程时间长过程时间长比例控制适用范围：比例控制适用范围：比例控制适用范围：比例控制适用范围：低阶过程，允许存在余差等不太重要的参数控制。低阶过程，允许存在余差等不太重要的参数控制。低阶过程，允许存在余差等不太重要的参数控制。低阶过程，允许存在余差等不太

45、重要的参数控制。如液位控制，热量回收预热系统等如液位控制，热量回收预热系统等如液位控制，热量回收预热系统等如液位控制，热量回收预热系统等b.b.比例积分控制比例积分控制比例积分控制比例积分控制PIPI l l控制特点：控制特点：控制特点：控制特点：消除余差，对高噪声有一定克服能力；消除余差，对高噪声有一定克服能力；消除余差，对高噪声有一定克服能力；消除余差，对高噪声有一定克服能力；积分作用的引入将降低系统的稳定性。积分作用的引入将降低系统的稳定性。积分作用的引入将降低系统的稳定性。积分作用的引入将降低系统的稳定性。l lT TI I的影响：的影响：的影响：的影响：T TI I大：积分作用弱，大

46、：积分作用弱，大：积分作用弱，大：积分作用弱，T TI I趋于无穷大，无积分作用，趋于无穷大，无积分作用，趋于无穷大，无积分作用，趋于无穷大，无积分作用，控制器作用为纯比例控制。控制器作用为纯比例控制。控制器作用为纯比例控制。控制器作用为纯比例控制。T TI I小：积分作用强。最大偏差小，消除余差能力强。小：积分作用强。最大偏差小，消除余差能力强。小：积分作用强。最大偏差小，消除余差能力强。小：积分作用强。最大偏差小，消除余差能力强。易于引起系统的不稳定性增高易于引起系统的不稳定性增高易于引起系统的不稳定性增高易于引起系统的不稳定性增高l l适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：控制精度要求

47、较高，对余差控制较严的场合。控制精度要求较高，对余差控制较严的场合。控制精度要求较高，对余差控制较严的场合。控制精度要求较高，对余差控制较严的场合。一般适用于流量、压力系统控制一般适用于流量、压力系统控制一般适用于流量、压力系统控制一般适用于流量、压力系统控制c.c.比例微分控制比例微分控制比例微分控制比例微分控制l l控制特点：控制特点：控制特点：控制特点：对惯性较大的控制对象具有对惯性较大的控制对象具有对惯性较大的控制对象具有对惯性较大的控制对象具有“超前调节作用超前调节作用超前调节作用超前调节作用l lT TD D的影响：的影响：的影响：的影响：l l微分时间微分时间微分时间微分时间T

48、TD D短，微分作用弱，短，微分作用弱，短，微分作用弱，短，微分作用弱，T TD D=0=0时，无微分作用，时，无微分作用，时，无微分作用，时，无微分作用，表现为纯比例控制。表现为纯比例控制。表现为纯比例控制。表现为纯比例控制。l l微分时间调整适当，可以使过渡过程缩短，增加系统微分时间调整适当，可以使过渡过程缩短，增加系统微分时间调整适当，可以使过渡过程缩短，增加系统微分时间调整适当，可以使过渡过程缩短，增加系统的稳定性，减少系统的动态误差。的稳定性，减少系统的动态误差。的稳定性，减少系统的动态误差。的稳定性，减少系统的动态误差。l l微分时间过大，系统会变得非常敏感，将导致控制质微分时间过

49、大，系统会变得非常敏感，将导致控制质微分时间过大，系统会变得非常敏感，将导致控制质微分时间过大，系统会变得非常敏感，将导致控制质量变差，甚至会导致系统不稳定。量变差，甚至会导致系统不稳定。量变差，甚至会导致系统不稳定。量变差，甚至会导致系统不稳定。l l应用场合：应用场合：应用场合：应用场合：含有较大容量滞后，不允许动态偏差大的场合含有较大容量滞后，不允许动态偏差大的场合含有较大容量滞后，不允许动态偏差大的场合含有较大容量滞后，不允许动态偏差大的场合d.d.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PIDPID l l适用范围：适用范围：适用范围：适用范围：应用于被控对象

50、时间滞后较大，而要求控制应用于被控对象时间滞后较大，而要求控制应用于被控对象时间滞后较大，而要求控制应用于被控对象时间滞后较大，而要求控制精度较高，且希望动态偏差较小的重要控制场精度较高，且希望动态偏差较小的重要控制场精度较高，且希望动态偏差较小的重要控制场精度较高，且希望动态偏差较小的重要控制场合。合。合。合。1.6.2 1.6.2 控制器作用方式选择控制器作用方式选择控制器作用方式选择控制器作用方式选择 a.a.作用方式作用方式作用方式作用方式l l正作用：偏差信号正作用：偏差信号正作用：偏差信号正作用：偏差信号e e=测量测量测量测量 -给定增大时，给定增大时，给定增大时，给定增大时，控