控制总结10

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1、第一章 自控系统概述,自控系统的组成环节:被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器 自控系统的变量:被控变量 ,控制变量（操纵变量） ,干扰（扰动） 自控系统方框图:,自控系统的特点：,.被控过程是多种多样的 过程控制方案十分丰富 控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 定值控制是过程控制的一种常用形式 过程控制系统由过程检测、控制仪表组成,自动控制系统的分类,1. 按设定值的形式分类 1）定值控制系统 设定值恒定不变。 作用：克服扰动的影响，使被控变量保持在工艺要求的数值上 2）随动控制系统设定值随时可能变化。 作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化 3）程序控制系统设定值按预定

2、的时间程序变化。作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化.程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况.,自控系统的过渡过程和品质指标,控制系统的过渡过程：控制系统的输入变化后，系统从原来的平衡状态，经过动态过程到达新的平衡状态的动态历程称为系统的过渡过程。 在阶跃干扰作用下，过渡过程的几种形式：,控制系统的品质指标：,1、最大偏差或超调量A 2、衰减比n,3、余差C 4、过渡时间 5、振荡周期或频率,阶跃干扰作用下的过渡过程（设定值固定，加一阶跃干扰）定值系统,最大偏差emax：,衰 减 比n：,余差 e()：,过渡时间tp：,振荡周期：,阶跃给定作用下的过渡过程（设定值变化）随动系统,超调

3、量：,衰 减 比n：,余差 e()：,过渡时间tp：,振荡周期：,第二章 检测变送,变送器的一些共性问题,零点调整和零点迁移,线性化,变送器信号传输方式,量程调整,量程调整,量程调整相当于改变变送器的输入输出特性的斜率，也就是改变变送器输出信号y与输入信号x之间的比例系数,使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应,零点调整,零点调整的方法 模拟变送器：调Z0 数字变送器：软件,使变送器的输出信号下限值ymin与测量范围的下限值xmin=0相对应,x,零点迁移,使变送器的输出信号下限值ymia与测量范围的下限值xmin相对应，在xmin=0时，称为零点调整，在xmin0时

4、，称为零点迁移,当测量的起始点由零变为某一正值，称为正迁移； 当测量的起始点由零变为某一负值，称为负迁移,零点调整使变送器的测量起始点为零,零点迁移是把测量的起始点由零迁移到某一数值:,xmin,xmax,xmin,xmax,零点迁移的方法 模拟变送器：调Z0 数字变送器：软件,二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号,二线制,四线制,供电电源和输出信号分别用二根导线传输,电动模拟式变送器信号传输方式,温度检测,1、热电偶温度计 利用物体的热电性质(热电效应)测温。 2、热电阻温度计 利用金属电阻值或半导体电阻值随温度变化的性质测温。,热电偶冷端温度补偿措施。 1查表法（计算法） 2、仪

5、表零点调整法 3、冰浴法 3、补偿电桥法,2.2.3热电阻 对于500以下的中、低温，热电偶输出的热电势很小，容易受到干扰而测不准。一般使用热电阻温度计来进行中低温度的测量。 热电阻有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 2.2.3.1金属热电阻 1.铂电阻 2.铜电阻,3.热电阻的三线制接法 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法。以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。,2.2.5温度显示与记录 热电偶、热电阻等传感元件的测温信号，必须经后级仪表处理，将温度显示出来或记录保存。,1、配热电偶的动圈仪表 2、配热电阻的

6、动圈仪表 3.配热电偶-自动电位差计式记录仪 4.配热电阻-自动平衡电桥式记录仪,模拟式温度变送器,典型模拟式温度变送器由三部分：输入部分、放大器和反馈部分组成，如图2-24所示。其测温元件，一般不包括在变送器内，而是通过接线端子与变送器相连接。,2.3.2 弹性式压力计 利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。由于其产生的位移或力易转化为电量，且构造简单，价格便宜，测压范围宽，被广泛使用。 常用的弹性元件有5种：,（1）单圈弹簧管 （2）多圈弹簧管 （3） 膜片 （4） 膜盒 ( 5 ) 波纹管,电容式压力（差压）变送器：,构成方块图：,流量检测,各种流量计的测量原理 差压式流量计,开方器,差

7、压式流量计 差压式流量传感器又称节流式流量传感器，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。,体积流量,质量流量,结论：流量与节流件前后压差的平方根成正比。只要测得差压（P1-P2）便可测得流量。,（不可压缩的流体）流量基本方程式：,如果流体是可压缩的（如蒸汽），则要对公式进行修正。,标准节流装置 孔板、喷嘴、文丘里管,转子流量计,在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。,孔板流量计：,节流面积不变,流量

8、变化,压差发生变化,转子流量计：,压差不变,流量变化,节流面积发生变化,电磁流量计,基本工作原理,导体切割磁力线，会产生电动势,适用场合,可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量，但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。,差压式物位仪表：,物位检测,差压式液位变送器 零点迁移问题,静压式物位检测,零点迁移 取压口（零液位）与压力（差压）检测仪表的入口不在同一水平高度，会产生附加静压误差。在这种情况下，可通过对压力（差压）变送器进行零点调整，使它在只受附加 静压（静压差）时输出为“零”，这种方法称为“零点迁移”。 零点迁移有无迁移、负迁移和正迁移三种情况 。

9、,静压式物位检测,零点迁移 正迁移 当H0时，pC，差压变送器受到一个附加正差压作用，使差变的输出I4mA。 为使H0时，I4mA，就需设法消去C的作用。 由于C0，故需要正迁移，迁移量为C。,p = p1-p2 = ( h12g + H1g + p0 ) ( h22g + p0 ) = H1g - ( h2- h1)2g,负迁移 如图所示，变送器和容器之间用隔离罐隔离时：,当 H =0时， p = - ( h2 - h1)2g 此时，变送器应输出4mA以下，但变送器的输出只能是420mA,零点迁移的方法是，另加 ( h2- h1)2g 信号，抵消( h2- h1)2g的影响。使：H =0 时

10、， p =0,迁移前,迁移后,第五章 过程特性,过程特性的类型: 过程特性： 控制通道特性 干扰通道特性 机理建模 一阶对象 实验建模 阶跃反应曲线法,过程特性类型,过程特性类型,参数估计,曲线拟合,返回,被控对象特性及其对过渡过程的影响,对象特性是指对象输入量与输出量之间的关系(数学模型),输入量？,控制变量各种各样的干扰变量,由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道 控制变量至被控变量的信号联系通道称控制通道 干扰至被控变量的信号联系通道称干扰通道,对象输出为控制通道输出与各干扰通道输出之和,5.2建立被控过程数学模型的基本方法 求对象的数学模型有两条途径： 机理法：根据生产过程的内部

11、机理，列写出有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。 测试法：通过实验测试，来识别对象的数学模型。,描述对象特性的参数,放大系数K 时间常数T 滞后时间（时滞） 对象特性对控制质量的影响 控制通道特性对控制质量的影响 干扰通道特性对控制质量的影响,一阶线性对象（总结）,典型的微分方程,典型的传递函数,典型的阶跃响应函数,典型的阶跃响应曲线,从微分方程的解析解来看,K放大系数，在阶跃输入作用下，对象输出达到新的稳定值时，输出变化量与输入变化量之比，也称静态增益。K越大，表示输入量对输出量的影响越大。 T时间常数，在阶跃输入作用下，对象输出达到最终稳态变化量的63.2所需要的时间，时间常数T是反映

12、响应变化快慢或响应滞后的重要参数。用T表示的响应滞后称阻容滞后（容量滞后）。 T大，反应慢，难以控制；T小，反应块。,在被控对象上加入的输入信号为u,T,C,A,D,B,1,2,一阶滞后环节包含三个参数：K、T、，如何确定这三个参数？ (a)在S型响应曲线上选择拐点A（二阶导数 + 或 +）； (b)曲线在拐点A作切线，交y(0)于D点，交y()于C点； (c)OD为纯滞后时间 ， = 1 + 2，而1是系统真正纯滞后，是2容量滞后引起的等效滞后； (d)DC为时间常数T； (e)增益K=y/u。,对象特性对过渡过程的影响,对象模型由三个基本参数决定：K、T、,K 对过渡过程的影响,阶跃输入作

13、用下，对象输出达到新的稳定值时，输出变化量与输入变化量之比，称为静态增益（输出静态变化量与输入静态变化量之比）。,控制通道放大系数,干扰通道放大系数,KO 越大 控制变量u对被控变量y的影响越灵敏 控制能力强 Kf 越大 干扰f对被控变量y的影响越灵敏。 在设计控制系统时，应合理地选择KO使之大些，抗干扰能力强，太大会引起系统振荡。,T 对过渡过程的影响,时间常数：在阶跃输入作用下，对象输出达到最终稳态变化量的63.2所需要的时间。,一般情况希望TO小些，但不能太小，Tf大些。,时间常数T是反映响应变化快慢或响应滞后的重要参数。用T表示的响应滞后称阻容滞后（容量滞后），T大反应慢，难以控制；T

14、小反应块。,控制通道TO大 响应慢、控制不及时、过渡时间tp长、超调量大 控制通道TO小 响应快、控制及时、过渡时间tp短、超调量小 控制通道TO太小 响应过快、容易引起振荡、降低系统稳定性。 干扰通道的时间常数对被控变量输出的影响也是相类似的。, 对过渡过程的影响,产生纯滞后的原因：物料输送等中间过程产生 大时间常数对象所表现出来的等效纯滞后。 物料输送产生的纯滞后比较容易理解，实际对象由于多容的存在也会使响应速度变慢，尤其是初始响应被大大延迟，在动态特性上也可近似作为纯滞后看待。事实上，广义等效的等效纯滞后就包括了以上二个部分之和。 控制通道纯滞后对控制肯定不利，纯滞后增大控制质量恶化、超

15、调量大 干扰通道的纯滞后对系统响应影响不大，因为干扰本身是不确定的，可以在任何时间出现。 在工艺设计时，应尽量减少或避免纯滞后时间。如：简化工艺、减少不必要的环节，以利于减少控制通道的滞后时间，在选择控制阀与检测点的安装位置时，应选取靠近控制对象的有利位置。,第3章 控制仪表,控制仪表又称控制器或调节器。其作用是把被控变量的测量值和给定值进行比较，得出偏差后，按一定的调节规律进行运算，输出控制信号，以推动执行器动作，对生产过程进行自动调节。,基本控制规律及其对系统过渡过程的影响 （1）比例控制器：,可调整参数是比例度。 特点：控制器的输出与偏差成比例；克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短；但存

16、在余差，负荷变化越大，余差就越大。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。,在实际的比例控制器中，习惯上使用比例度P来表示比例控制作用的强弱。 所谓比例度就是指控制器输入偏差的相对变化值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。,式中e或X为输入偏差；y为控制器输出的变化量；（xmax - xmin）为测量输入的最大变化量，即控制器的输入量程；（ymax ymin）为输出的最大变化量，即控制器的输出量程。,（2）比例积分控制器：,可调整参数是比例度和积分时间TI。 特点：积分作用的输出是与偏差的积分成正比，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止；过渡过程结束时是无余差的；但加上积分作用，会使稳定性降