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1、过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系1第第7 7章章 简单控制系统简单控制系统qq简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成qq控制的目的、被控变量的选择控制的目的、被控变量的选择qq对象特性、控制变量的选择对象特性、控制变量的选择qq测量滞后、测量信号处理测量滞后、测量信号处理qq负荷变化、调节阀选择负荷变化、调节阀选择qq控制规律的选择控制规律的选择qq控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定这一章主要回答三个问题这一章主要回答三个问题1. 1.控什么？控什么？2. 2.拿什么来控？拿什么来控？3. 3.通过什么方式控？通过什么方式
2、控？过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系2qq简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成qq控制的目的、被控变量的选择控制的目的、被控变量的选择qq对象特性、控制变量的选择对象特性、控制变量的选择qq测量滞后、测量信号处理测量滞后、测量信号处理qq负荷变化、调节阀选择负荷变化、调节阀选择qq控制规律的选择控制规律的选择qq控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定第一个问题：控什么？第一个问题：控什么？答：控工艺要求的指标答：控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
3、在线测量直接控制这个指标就可以了（直接指标控制）直接控制这个指标就可以了（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艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一个间接指标，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， 通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的（间接指标控制）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）例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，通过分析可以发现，当压力恒例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，通过分析可以发现，当压力恒 定的时候，组分与温度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分与
4、压定的时候，组分与温度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分与压 力存在单值对应关系，根据力存在单值对应关系，根据P173P173中的分析，最终可以确定：中的分析，最终可以确定：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过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系3qq简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成qq控制的目的、被控变量的选择控制的目的、被控变量的选择qq对象特性、控制变量的选择对象特性、控制变量的选择qq测量滞后、测量信号处理测量滞后、测量信号处理qq负荷变化、调节阀选择负荷变化、调节阀
5、选择qq控制规律的选择控制规律的选择qq控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定第二个问题：拿什么控？第二个问题：拿什么控？答：拿一个对被控变量影响答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。较显著的变量来控。K K大一些，大一些，T T小一些，小一些，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：量程、材质、精度等满足工艺要求量程、材质、精度等满足工艺要求测量仪表本身要反应快测量仪表本身要反应快应选择有代表性位置进行安装应选择有代表性位置进行安装仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后( (至少要满足要求至少要满足要求
6、) )执行器的选用和安装：执行器的选用和安装：口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器 、阀门定位器）、阀门定位器）阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长的工艺管路阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长的工艺管路 ，否则会人为增大广义对象的纯滞后），否则会人为增大广义对象的纯滞后）过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系4
7、qq简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成qq控制的目的、被控变量的选择控制的目的、被控变量的选择qq对象特性、控制变量的选择对象特性、控制变量的选择qq测量滞后、测量信号处理测量滞后、测量信号处理qq负荷变化、调节阀选择负荷变化、调节阀选择qq控制规律的选择控制规律的选择qq控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定第三个问题：以什么方式控？第三个问题：以什么方式控？答：没有标准答案答：没有标准答案（选择合适的调节规律）（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：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
8、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PIDPID参数？参数？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经验凑试法经验凑试法最好的方法最好的方法 就是就是“经验经验”过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系5第第7 7章章 简单控制系统简单控制系统qq简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成qq控制的目的、被控变量的选择控制的目的、被控变量的选择qq对象特性、控制变量的选择对象特性、控制变量的选择qq测量滞后、测量信号处理测量滞后、测量信号处理qq负荷变化、调节阀选择负荷变化、
9、调节阀选择qq控制规律的选择控制规律的选择qq控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系67.1 7.1 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成四个基本环节四个基本环节： 测量变送环节 控制器 执行器 被控对象被控变量 控制器执行器被控对象测量变送环节干扰偏差设定值 选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系7控制器 (LC或TC)执行器（控制阀）被控对象 （液位储槽或换热器 ）测量
10、、变送环节 （LT或TT）被控变量 （液位或温度）干扰偏差设定值 广义对象简单控制系统方块图载热体冷流体 换热器温度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：选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系87.2 7.2 自动控制的目的及被控变量的选择自动控制的目的及被控变量的选择明确明确 控制目的控制目的使生产过程自动按照预定的目标进行，并使 工艺参数保持在预先规定的数值上（或按预 定规律变化）分析分析 生产工艺生产工艺“关键”变量：对产品的产量、质量以
11、及生产 过程的安全具有决定作用的变量确定确定 被控变量被控变量两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制 当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞 后很大时，可选取与直接质量指标有单值对应 关系而反应又快的变量做为间接控制指标。选择被控变量选择被控变量选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系9精馏过程示意图冷却水TDp进料Q入，X入，T入回流F塔底产品塔顶产品QZ蒸汽TH苯二甲苯的T-x图TD XD%苯二甲苯的P-x图P MPaXD%塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压
12、力P三者之 间的关系为： XD= f (TD，P)，两个独立变量。精馏塔系统的被控变量选择精馏塔系统的被控变量选择选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系10 要有代表性。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能 反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。 应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控 制系统的被控变量有关联（耦合)关系。 滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。 当无法获得直接指标信号，或其测量和变送环节滞后很大时， 可选择与直接指标
13、有单值对应关系的间接指标作为被控变量。 灵敏度要高。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的 灵敏度。 成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国 内仪表产品现状。被控变量选择的一般原则被控变量选择的一般原则 选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系11控制变量与干扰变量控制变量与干扰变量 7.3 7.3 对象特性对控制质量的影响及对象特性对控制质量的影响及 控制变量的选择控制变量的选择Q入T入X入QZFTH被控变量TD影响塔顶温度的各种输入示意图被控对象原则上，在诸多
14、影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后， 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。 选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系12精馏过程示意图冷却水TDp进料Q入，X入，T入回流 F塔底产品塔顶产品QZ蒸汽TH进料流量Q入不可控进料成分X入 不可控进料温度T入 不可控回流流量F 可控 回流温度TH (不可控)加热蒸汽流量QZ 可控 冷凝器冷却温度 (不可控)塔压P不可控精馏塔系统的控制变量选择精馏塔系统的控制变量选择选择被控变
15、量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系13控制通道干扰通道干扰变量控制变量被控变量干扰作用与控制作用之间的关系被控对象控制质量 系统的过渡过程形式超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期对象特性 系统的输入输出关系分为对象静态性质和对象动态性质考察对象特性对控制质量的影响，用以选择控制变量对象特性对控制质量的影响对象特性对控制质量的影响选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息
16、学院控制系14放大系数 绝对放大系数YXY/(YMAX-YMIN)X/(XMAX-XMIN)相对放大系数 控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表征 从控制有效性考虑，K0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Kf表征 希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小 控制变量选择的原则一：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 控变量作为控制变量。 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选择被控变量选择控制变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运 参数整定概述过程控制基础及应用过程控制基础及应用浙江大学信息学院控制系浙江大学信息学院控制系15对象动态性质对控制质量的影响对象动态性质对控制质量的影响控制通道时间常数 T0控制通道滞后时间0 T0小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作用 迟缓，超调量增大，过渡时间增长 在选择控制变量构成控制回路时，
