简单控制系统课件

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1、控制工程概论控制工程概论- - 简单控制系统简单控制系统简单控制系统回顾回顾2.8 2.8 过程动态特性和动态建模过程动态特性和动态建模l建立数学模型的途径建立数学模型的途径机理模型机理模型(白箱白箱)、经验模型、经验模型(黑箱黑箱)、机理和经验、机理和经验(灰箱灰箱)l动态特性对控制性能指标的影响动态特性对控制性能指标的影响l过程的动态特性分析过程的动态特性分析阶跃输入条件下，过程响应的特性；阶跃输入条件下，过程响应的特性；l动态过程的分类动态过程的分类自衡非振荡，无自衡非振荡，衰减振荡，反向特性；自衡非振荡，无自衡非振荡，衰减振荡，反向特性；增益，时间常数，时滞，扰动，操纵变量，被控变量增

2、益，时间常数，时滞，扰动，操纵变量，被控变量简单控制系统第二章第二章 简单控制系统简单控制系统2.9 2.9 检测变送环节检测变送环节l检测变送环节的性能检测变送环节的性能 将将工业过程的参数工业过程的参数（流量、压力、温度、物位、成（流量、压力、温度、物位、成分等）经分等）经检测、变送检测、变送单元转换为单元转换为标准信号标准信号。简单控制系统2.9 2.9 检测变送环节检测变送环节l检测变送环节的性能检测变送环节的性能 检测元件和变送器的类型繁多，现场总线仪表的出检测元件和变送器的类型繁多，现场总线仪表的出现使检测变送器呈现现使检测变送器呈现模拟和数字并存模拟和数字并存的状态。但它们都的状

3、态。但它们都可以用可以用时滞的一阶环节时滞的一阶环节近似，其传递函数为，近似，其传递函数为，Km，Tm和和m分别为检测变送环节的分别为检测变送环节的增益、时间常数和时滞。增益、时间常数和时滞。简单控制系统2.9 2.9 检测变送环节检测变送环节l检测变送环节的性能检测变送环节的性能 检测元件和变送器的基本要求：检测元件和变送器的基本要求：准确、迅速和可靠准确、迅速和可靠。 准确准确：检测元件和变送器能正确反映被控或被测变量，：检测元件和变送器能正确反映被控或被测变量，且误差小；且误差小； 迅速迅速：能及时反应被控变量或被测变量的变化；：能及时反应被控变量或被测变量的变化； 可靠可靠：能在环境工

4、况下长期稳定运行；：能在环境工况下长期稳定运行；简单控制系统2.8 2.8 过程动态特性和过程动态建模过程动态特性和过程动态建模l对检测变送信号的处理对检测变送信号的处理（1）信号补偿信号补偿热电偶：冷端温度补偿；热电偶：冷端温度补偿；热电阻：线路电阻补偿；热电阻：线路电阻补偿；气体流量：温压补偿；气体流量：温压补偿；简单控制系统2.8 2.8 过程动态特性和过程动态建模过程动态特性和过程动态建模l对检测变送信号的处理对检测变送信号的处理（2）线性化线性化 有些被控变量存在非线性，有些被控变量存在非线性，非线性会造成控制非线性会造成控制系统的非线性系统的非线性，因此需要对检测变送信号进行线性，

5、因此需要对检测变送信号进行线性化处理。化处理。硬件硬件非线性环节，非线性环节，软件软件非线性环节。非线性环节。简单控制系统2.8 2.8 过程动态特性和过程动态建模过程动态特性和过程动态建模l对检测变送信号的处理对检测变送信号的处理（3）信号滤波信号滤波 由于存在环境噪声，由于存在环境噪声，噪声噪声使得检测变送信号波使得检测变送信号波动并动并影响控制系统的稳定运行影响控制系统的稳定运行，因此需要对检测变，因此需要对检测变送信号进行滤波处理。送信号进行滤波处理。硬件硬件滤波，滤波，软件软件滤波。滤波。一阶低通滤波；一阶低通滤波；一阶高通滤波；一阶高通滤波；递推平均滤波；递推平均滤波；程序判别滤波

6、；程序判别滤波；简单控制系统2.8 2.8 过程动态特性和过程动态建模过程动态特性和过程动态建模l对检测变送信号的处理对检测变送信号的处理（4）信号处理）信号处理 当检测信号与被控变量之间有一定的函数关系当检测信号与被控变量之间有一定的函数关系时，需要进行时，需要进行数字运算数字运算获得实际的被控变量数值。获得实际的被控变量数值。 数字变换数字变换也被常常应用于检测变送信号的处理也被常常应用于检测变送信号的处理（傅里叶变换、小波变换），此外还有模数转换（傅里叶变换、小波变换），此外还有模数转换（A/D）和数模转换（）和数模转换（D/A）也是经常使用的。）也是经常使用的。 如果检测变送信号超出工

7、艺过程的允许范围，如果检测变送信号超出工艺过程的允许范围，就要进行就要进行信号报警信号报警和联锁处理。和联锁处理。简单控制系统第二章第二章 简单控制系统简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l结构形式及材质的选择结构形式及材质的选择l口径大小及开闭形式的选择口径大小及开闭形式的选择l流量特性的选择流量特性的选择 控制阀是自动控制系统中的一个重要组成部分，其作控制阀是自动控制系统中的一个重要组成部分，其作用是用是根据控制器输出的信号，直接控制能量或物料等介质根据控制器输出的信号，直接控制能量或物料等介质的输送量的输送量，达到控制工艺参数的目的。，达到控制工艺参数的目的。简单控制

8、系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l结构形式及材质的选择结构形式及材质的选择控制阀结构控制阀结构: : 执行机构执行机构将控制器输出信号转换成直线位移或角将控制器输出信号转换成直线位移或角位移，两者之间成比例关系；位移，两者之间成比例关系；调节机构调节机构将执行机构的直线位移或角位移转换成将执行机构的直线位移或角位移转换成流通截面积的变化，从而控制操纵变量。流通截面积的变化，从而控制操纵变量。简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l结构形式及材质的选择结构形式及材质的选择调节机构执行机构控制阀结构控制阀结构 执行机构执行机构：薄膜型、活塞型和长行程型；：薄膜型、

9、活塞型和长行程型；调节机构调节机构：直通阀、角阀、三通阀、球型阀、蝶阀、偏：直通阀、角阀、三通阀、球型阀、蝶阀、偏心旋转阀、套筒阀等。心旋转阀、套筒阀等。简单控制系统控制阀材质控制阀材质 阀芯阀芯：不锈钢、特殊合金、表面涂层阀芯等；：不锈钢、特殊合金、表面涂层阀芯等；阀体阀体：铸钢、铸铁、青铜、高分子材料、复合材料等。：铸钢、铸铁、青铜、高分子材料、复合材料等。2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l结构形式及材质的选择结构形式及材质的选择简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l口径大小及控制阀作用方式的选择口径大

10、小及控制阀作用方式的选择口径大小的选择口径大小的选择 控制阀控制阀口径的大小直接决定着流过介质的能力口径的大小直接决定着流过介质的能力。口。口径过大，控制阀可调比减小，控制性能变差；口径过小，径过大，控制阀可调比减小，控制性能变差；口径过小，使阀的特性不好，也不适应生产发展的需要。使阀的特性不好，也不适应生产发展的需要。 选择原则选择原则：最大流量时，阀门开度为：最大流量时，阀门开度为85%85%左右；最小流量左右；最小流量时，阀门开度在时，阀门开度在15%15%左右。左右。简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l口径大小及控制阀作用方式的选择口径大小及控制阀作用方式的选择控

11、制阀的气开和气关作用控制阀的气开和气关作用 气开气开：输入的气压信号越高，阀门开度越大，失：输入的气压信号越高，阀门开度越大，失气时全关；气时全关； 气关气关：输入的气压信号越高，阀门开度越小，失：输入的气压信号越高，阀门开度越小，失气时全开。气时全开。简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择 介质流过阀门的流量与阀杆行程之间的关系，通介质流过阀门的流量与阀杆行程之间的关系，通常用相对值来表示：常用相对值来表示：控制阀的流量特性：控制阀的流量特性：Qmax和和Lmax分别为阀全开时的分别为阀全

12、开时的最大流量和阀杆的最大行程。最大流量和阀杆的最大行程。简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择工作流量特性：工作流量特性：理想流量特性：理想流量特性： 控制阀两端压降恒定时的流量特性（出厂时提供控制阀两端压降恒定时的流量特性（出厂时提供的流量特性）；的流量特性）； 控制阀两端压降变化时的流量特性（工作状态下控制阀两端压降变化时的流量特性（工作状态下的流量特性）。的流量特性）。简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择流量特性流量特性- -线性流量特性线性流量特性 控制阀的流量与阀杆的行程成线性关系，即

13、单位控制阀的流量与阀杆的行程成线性关系，即单位行程变化引起的流量变化是常数。行程变化引起的流量变化是常数。当当L=0时，时，Q=Qmin；当；当L=Lmax时，时，Q=Qmax；流量与行程的关系式：流量与行程的关系式：简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择流量特性流量特性- -线性流量特性线性流量特性可调比：可调比：流量特性：流量特性：增益：增益：斜率斜率横截横截简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择流量特性流量特性- -等百分比特性等百分比特性 单位行程变化引起的流量变化与此点的流量成正单位行程变

14、化引起的流量变化与此点的流量成正比关系。比关系。流量与行程的关系式：流量与行程的关系式：流量特性：流量特性：增益：增益：简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择流量特性流量特性- -抛物线特性抛物线特性 单位行程变化引起的流量变化与此点的流量平方单位行程变化引起的流量变化与此点的流量平方根成正比。根成正比。流量与行程的关系式：流量与行程的关系式：流量特性：流量特性：增益：增益：简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择流量特性流量特性- -快开特性快开特性 单位行程变化引起的流量变化与此点的流量成反比。单

15、位行程变化引起的流量变化与此点的流量成反比。流量与行程的关系式：流量与行程的关系式：流量特性：流量特性：增益：增益：简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择 简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择 根据控制系统稳定运行准则，扰动或设定变化时，根据控制系统稳定运行准则，扰动或设定变化时，控制系统控制系统静态稳定静态稳定运行的条件是控制系统运行的条件是控制系统各开环增益各开环增益之积基本恒定之积基本恒定；控制系统；控制系统动态稳定动态稳定运行的条件是控制运行的条件是控制系统系统总开环传递函数的模基本恒定总

16、开环传递函数的模基本恒定。 通过控制阀通过控制阀增益增益Kv的变化的变化来来补偿补偿被控对象增益被控对象增益Kp的变化的变化，使系统，使系统开环增益基本恒定开环增益基本恒定。简单控制系统2.10 2.10 控制阀的选择控制阀的选择l流量特性的选择流量特性的选择用用Kv变化来补偿变化来补偿Kp的变化的变化，使使k开开=KcKvKpKm基本恒定基本恒定。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法 在生产过程的自动控制系统中，控制器是很重要在生产过程的自动控制系统中，控制器是很重要的组成部分。控制器将系统被控变量的测量值与设定的组成部分。控制器将系统被控变量的测量值与设定值相比

17、较，值相比较，如果存在偏差，就按预先设置的不同控制如果存在偏差，就按预先设置的不同控制规律发出控制信号规律发出控制信号，控制生产过程，使被控变量的测，控制生产过程，使被控变量的测量值与设定值相等。量值与设定值相等。 控制器的控制器的输出信号随偏差信号输出信号随偏差信号的变化而变化的规的变化而变化的规律成为律成为控制规律控制规律。第二章第二章 简单控制系统简单控制系统简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l常用的控制规律常用的控制规律比例（比例（P）控制）控制比例积分（比例积分（PI）控制）控制比例微分（比例微分（PD）控制）控制比例积分微分（比例积分微分（PID）控制

18、）控制简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l比例（比例（P）作用）作用数学表达式数学表达式：简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l比例（比例（P）作用）作用utu0比例控制器比例控制器输出输出tt偏差偏差e简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l比例（比例（P）作用）作用比例控制器的工作过程比例控制器的工作过程：被控变量被控变量y y( (t t)控制器偏差控制器偏差e e( (t t)控制器输出控制器输出u u( (t t)被控变量被控变量y y( (t t) )简单控制系统l比例（比例（P）作用）作用由于设定

19、值为由于设定值为0 0，y y( (t t) )和和e e( (t t) )的曲线形状对称；的曲线形状对称；e e( (t t) )和和u u( (t t) )的曲线形状相似，呈比例关系；的曲线形状相似，呈比例关系；y y( (t t) )稳态值不为稳态值不为0 0。 2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法有余差有余差简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l比例（比例（P）控制）控制余差现象：余差现象：简单控制系统比例增益比例增益Kc对控制系统的影响对控制系统的影响:Kc越大，余差越小，最大偏差也越小，但系统的越大，余差越小，最大偏差也越小，但系统的振荡

20、也越剧烈，稳定性变差。振荡也越剧烈，稳定性变差。Kc增大增大2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l比例（比例（P）作用）作用简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l比例（比例（P）作用）作用- 控制器输出与偏差在一定范围内保持控制器输出与偏差在一定范围内保持比例关系比例关系；- 用用比例度比例度表示控制器输出与偏差成线性关系的比例控表示控制器输出与偏差成线性关系的比例控制器输入（偏差）的范围；制器输入（偏差）的范围；- 比例控制是比例控制是有余差的控制有余差的控制，Kc越大，余差越小，最大越大，余差越小，最大偏差也越小，但系统的振荡也越剧烈，稳定性越差

21、。偏差也越小，但系统的振荡也越剧烈，稳定性越差。特点：特点：简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l积分（积分（I）作用）作用积分作用的表达式积分作用的表达式: :比例积分作用的表达式比例积分作用的表达式: :简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法utu0比例控制器比例控制器输出输出tt偏差偏差etutu0积分控制输出积分控制输出比例积分控制比例积分控制输出输出utu0t0t简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l积分（积分（I）作用）作用y(t)e(t)u(t)u(t)u(t)不仅和不仅和e(t)e(t)相关，还与

22、相关，还与e(t)e(t) 存在时间长短相关；存在时间长短相关；当当e e( (t t) )存在时，存在时，u u( (t t) )不断变化，不断变化，e(t)e(t)存在时间越长，存在时间越长，u(t)u(t)的变化量越大；的变化量越大；e(t)e(t)等于零时，等于零时，u(t)u(t)不再变化而稳定下来。不再变化而稳定下来。 可以消除余差可以消除余差 简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l积分（积分（I）作用）作用 比例积分控制器在克服干扰时，比例积分控制器在克服干扰时，比例部分比例部分的主要作用的主要作用是是使偏差迅速接近于零使偏差迅速接近于零，积分部分积分

23、部分的主要作用是的主要作用是消除消除接近接近于零而比例作用又无法加以响应的于零而比例作用又无法加以响应的余差余差。 积分作用降低系统稳定性积分作用降低系统稳定性, ,要保持原有的稳定裕度，要保持原有的稳定裕度，增加了积分作用后，应适当减小比例增益增加了积分作用后，应适当减小比例增益KcKc。比例比例 + 积分作用积分作用：简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l积分（积分（I）作用）作用Ti减小Ti减小减小积分时间对控制系统的影响：积分时间对控制系统的影响：积分时间越小，积分作用越强积分时间越小，积分作用越强; 积分时间趋于无穷大积分时间趋于无穷大时，无积分作用。时，

24、无积分作用。当积分时间从大到小变化时，系统的过渡过程可能由当积分时间从大到小变化时，系统的过渡过程可能由不振荡到振荡，积分作用越强，振荡越剧烈。不振荡到振荡，积分作用越强，振荡越剧烈。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l微分（微分（D）作用）作用微分作用的表达式：微分作用的表达式：比例微分作用的表达式：比例微分作用的表达式：比例积分微分作用的表达式：比例积分微分作用的表达式：简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法t偏差偏差etutu0微分控制输出微分控制输出比例微分控制比例微分控制输出输出utu0t0tKC el微分（微分（D）作用）作用

25、简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法u0比例控制输出比例控制输出u0比例微分控制比例微分控制输出输出u0积分控制输出积分控制输出eu0比例积分微比例积分微分控制输出分控制输出偏差偏差简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l微分（微分（D）作用）作用何时使用微分作用：何时使用微分作用： 当被控对象滞后较大或负荷变化剧烈时，比例积分当被控对象滞后较大或负荷变化剧烈时，比例积分控制不能及时控制，而且偏差的变化速度越大，产生的超控制不能及时控制，而且偏差的变化速度越大，产生的超调就越大，需要越长的调整时间。在这种情况下，可以采调就越大，需要越长的调

26、整时间。在这种情况下，可以采用微分控制，微分控制能够根据偏差的变化趋势进行控制，用微分控制，微分控制能够根据偏差的变化趋势进行控制，从而能避免较大的偏差，缩短调整时间。从而能避免较大的偏差，缩短调整时间。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l微分（微分（D）作用）作用微分时间对控制系统的影响微分时间对控制系统的影响： 微分时间越小，微分作用越弱；微分时间越小，微分作用越弱； 微分时间越大，输出响应的振荡程度减低，系统稳定微分时间越大，输出响应的振荡程度减低，系统稳定性提高。性提高。Td过小Td适中Td过大Td过小过小Td适中适中Td过大过大简单控制系统2.11 2.

27、11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择比例（比例（P P）控制器：）控制器： 能够克服干扰的影响，或使被控变量跟踪设定值的能够克服干扰的影响，或使被控变量跟踪设定值的变化，过渡时间短，只有一个参数需要整定。但是，过变化，过渡时间短，只有一个参数需要整定。但是，过渡过程结束后有余差存在。渡过程结束后有余差存在。适于适于：负荷变化小，自衡能力强，对象控制通道中的纯：负荷变化小，自衡能力强，对象控制通道中的纯时滞后时间与时间常数之比时滞后时间与时间常数之比/ /T T 较小，工艺上允许余差较小，工艺上允许余差存在，控制质量要求不高。存在，控制质量要求不高。简

28、单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择比例微分（比例微分（PDPD）控制器）控制器： 增大了系统的稳定裕度，使比例增益加大，从而可增大了系统的稳定裕度，使比例增益加大，从而可以加快过渡过程，减小动态偏差和余差，对克服对象的以加快过渡过程，减小动态偏差和余差，对克服对象的容量滞后有显著效果。但是，微分作用不能过强，可能容量滞后有显著效果。但是，微分作用不能过强，可能引起系统振荡程度加剧。引起系统振荡程度加剧。适于适于：负荷变化较小，时间常数较大，反应速度较慢。：负荷变化较小，时间常数较大，反应速度较慢。不适于不适于：容量滞后很小，

29、干扰作用频繁，存在测量噪声：容量滞后很小，干扰作用频繁，存在测量噪声或周期性干扰。或周期性干扰。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择比例积分（比例积分（PIPI）控制器：）控制器： 减小了系统的稳定裕度，使比例增益减小，从而使减小了系统的稳定裕度，使比例增益减小，从而使过渡过程变慢，动态偏差变大。但是，积分作用可以消过渡过程变慢，动态偏差变大。但是，积分作用可以消除余差，比例积分控制器是使用较广的一种控制器。除余差，比例积分控制器是使用较广的一种控制器。适于适于：负荷变化不大，时间常数较小，要求没有余差。：负荷变化不大，时间

30、常数较小，要求没有余差。不适于不适于：容量滞后和纯滞后都较大。：容量滞后和纯滞后都较大。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器控制规律的选择控制器控制规律的选择比例微分积分（比例微分积分（PIDPID）控制器：）控制器： 综合了三种控制作用的优点，既能克服对象的容量综合了三种控制作用的优点，既能克服对象的容量滞后，减小动态偏差，提高系统的稳定裕度，又能消除滞后，减小动态偏差，提高系统的稳定裕度，又能消除系统的余差。系统的余差。适于适于：负荷变化不大，时间常数较大，要求没有余差，：负荷变化不大，时间常数较大，要求没有余差，控制质量较高。控制质量较高。不适于不适于

31、：纯滞后较大、负荷变化较大。：纯滞后较大、负荷变化较大。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数整定的原则控制器参数整定的原则参数整定：参数整定： 对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，选择合选择合适的控制参数适的控制参数 比例度比例度(Kc), 积分时间积分时间Ti, 微分时间微分时间Td ，来来改善系统的静态和动态特性改善系统的静态和动态特性，使系统的过渡过程达到，使系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。最为满意的质量指标要求。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数整定的原则

32、控制器参数整定的原则工程整定法：工程整定法： 无需确切知道对象的数学模型，无需具备理论计算所无需确切知道对象的数学模型，无需具备理论计算所必需的控制理论知识，可以在控制系统中直接进行整定。必需的控制理论知识，可以在控制系统中直接进行整定。- - 经验整定法经验整定法 - - 临界比例度法临界比例度法 - - 衰减曲线法衰减曲线法 - - 反应曲线法反应曲线法 简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数工程整定法控制器参数工程整定法经验整定法：经验整定法： 根据运行经验，先确定一组控制器参数，并将系统根据运行经验，先确定一组控制器参数，并将系统投入运行，通过观察

33、人为加入干扰（改变设定值）后的投入运行，通过观察人为加入干扰（改变设定值）后的过渡过程曲线，根据各种控制作用对过渡过程的不同影过渡过程曲线，根据各种控制作用对过渡过程的不同影响来改变相应的控制参数值，进行反复凑试，直到获得响来改变相应的控制参数值，进行反复凑试，直到获得满意的控制质量为止。满意的控制质量为止。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数整定的原则控制器参数整定的原则经验整定法：经验整定法：流量、流量、液体压力液体压力气体压力气体压力液位液位温度、温度、蒸汽压力蒸汽压力成分成分比例度比例度10010050050050502002000 05 55

34、55050101010010010010010001000积分作用积分作用重要重要不必要不必要少用少用用用重要重要微分作用微分作用不用不用不必要不必要不用不用重要重要可用可用简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数工程整定法控制器参数工程整定法临界比例度法：临界比例度法： 系统闭环时，用纯比例方法获得临界数据：临界比例系统闭环时，用纯比例方法获得临界数据：临界比例度度k和临界振荡周期和临界振荡周期Tk；然后利用一些经验公式，求取；然后利用一些经验公式，求取满足衰减振荡过渡过程的控制器参数。（定值系统满足衰减振荡过渡过程的控制器参数。（定值系统-衰减衰减比比4

35、:1，随动系统，随动系统-衰减比衰减比10:1）简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数工程整定法控制器参数工程整定法临界比例度法：临界比例度法：控制规律控制规律比例度比例度（）（）积分时间积分时间Ti(min)微分时间微分时间Td(min)P2 kPI2.2 k0.85TkPD1.8 k0.1TkPID1.7 k0.5Tk0.125Tk简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数工程整定法控制器参数工程整定法衰减曲线法：衰减曲线法： 在系统闭环时，用纯比例方法获得在系统闭环时，用纯比例方法获得4 4：1 1衰减振荡时衰减振荡

36、时的数据：比例度的数据：比例度s s和振荡周期和振荡周期T Ts s。简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数工程整定法控制器参数工程整定法衰减曲线法：衰减曲线法：控制规律控制规律比例度比例度（）（）积分时间积分时间Ti(min)Ti(min)微分时间微分时间Td(min)Td(min)P Ps sPIPI1.21.2s s0.50.5T Ts sPIDPID0.80.8s s0.30.3T Ts s0.10.1T Ts s简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数工程整定法控制器参数工程整定法反应曲线法：反应曲线法： 在系

37、统开环时，测出广义对象的参数：在系统开环时，测出广义对象的参数：简单控制系统2.11 2.11 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制器参数工程整定法控制器参数工程整定法反应曲线法：反应曲线法：控制规律控制规律比例度比例度（）（）积分时间积分时间Ti(min)Ti(min)微分时间微分时间Td(min)Td(min)P PK Ko o( (o o/ /T To o) )PIPI1.11.1K Ko o( (o o/ /T To o) )3.33.3o oPIDPID0.850.85K Ko o( (o o/ /T To o) )2.22.2o o0.50.5o o简单控制系统2.11 2.11

38、 控制器的控制算法控制器的控制算法l控制系统的投运控制系统的投运- - 设置设置PIDPID初始参数；初始参数；- - 确认控制阀的气开、气关作用，正确设置控制器确认控制阀的气开、气关作用，正确设置控制器 的正反作用；的正反作用；- - 现场人工操作；现场人工操作；- - 手动控制；手动控制；- - 投入自动；投入自动；- - 进一步整定控制器参数。进一步整定控制器参数。简单控制系统简单控制系统简单控制系统最基本、使用最广泛最基本、使用最广泛 (85%)。复杂控制系统复杂控制系统在简单控制系统的基础上增加计算环节、控制环在简单控制系统的基础上增加计算环节、控制环节或者其他环节，构成了复杂控制系

39、统节或者其他环节，构成了复杂控制系统 (15%)。第三章第三章 复杂控制系统复杂控制系统简单控制系统第三章第三章 复杂控制系统复杂控制系统3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统3.2 3.2 比值控制系统比值控制系统3.3 3.3 均匀控制系统均匀控制系统3.4 3.4 前馈控制系统前馈控制系统3.5 3.5 选择性控制系统选择性控制系统3.6 3.6 分程控制系统分程控制系统按系统的机构形式和所按系统的机构形式和所完成的功能划分完成的功能划分简单控制系统3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统 采用不止一个控制器，控制器之间相互串接，采用不止一个控制器，控制器之间相互串接，一个控制器的输出

40、作为另一个控制器的设定值的一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统系统，称为，称为串级串级控制系统。控制系统。主被控变量主被控变量副被控变量副被控变量副控制器副控制器主控制器主控制器副被控对象副被控对象主被控对象主被控对象副控制回路副控制回路主控制回路主控制回路简单控制系统3.2 3.2 比值控制系统比值控制系统 工业过程中经常需要按一定的比例控制两种工业过程中经常需要按一定的比例控制两种或两种以上的物料量。或两种以上的物料量。 在比值控制系统中，在需在比值控制系统中，在需要保持两种物料的比值关系时，以一种物料量为要保持两种物料的比值关系时，以一种物料量为主动量，另一种物料量为从动量，主

41、动量，另一种物料量为从动量，从动量和主动从动量和主动量的对应比值控制关系，量的对应比值控制关系，F2/F1=k。 实现两个或两个以上的物料实现两个或两个以上的物料按一定比例关系按一定比例关系控制控制以达到某种控制目的的控制系统，称为以达到某种控制目的的控制系统，称为比值比值控制系统。控制系统。简单控制系统3.3 3.3 均匀控制系统均匀控制系统 均匀控制系统是指均匀控制系统是指一种控制方案所起的作用一种控制方案所起的作用而言，因为就控制方案的结构来看，它可能象是而言，因为就控制方案的结构来看，它可能象是液位或压力的简单定值控制系统，也可能象是液液位或压力的简单定值控制系统，也可能象是液位与流量

42、或压力与流量的串级控制系统。位与流量或压力与流量的串级控制系统。 均匀均匀控制系统应具有既允许表征前后供求矛控制系统应具有既允许表征前后供求矛盾的两个变量都有一定范围的变化，又要保证它盾的两个变量都有一定范围的变化，又要保证它们的变化不应过于剧烈的特点。们的变化不应过于剧烈的特点。简单控制系统3.4 3.4 前馈控制系统前馈控制系统 前馈前馈控制系统是一种控制系统是一种开环控制系统开环控制系统，根据扰，根据扰动或设定值的变化按补偿原理而工作其特点是当动或设定值的变化按补偿原理而工作其特点是当扰动产生后，被控变量还未变化以前，扰动产生后，被控变量还未变化以前，根据扰动根据扰动作用的大小进行控制作

43、用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变以补偿扰动作用对被控变量的影响量的影响。 简单控制系统3.5 3.5 选择性控制系统选择性控制系统 在控制系统中在控制系统中含有选择单元含有选择单元的系统，通常称的系统，通常称为为选择性选择性控制系统。常用的选择器是低选器和高控制系统。常用的选择器是低选器和高选器，它们各有两个或更多个输入，低选器把低选器，它们各有两个或更多个输入，低选器把低信号作为输出，高选器把高信号作为输出。信号作为输出，高选器把高信号作为输出。 低选器低选器 uo=min (ui1,ui2,., uij ) 高选器高选器 uo=max (ui1,ui2, ., uij ) 简单控制系统3.6 3.6 分程控制系统分程控制系统 一个控制器的一个控制器的输出输出同时送往同时送往两个或多个执行器两个或多个执行器，而各个执行器的工作范围不同，这样的系统称之为而各个执行器的工作范围不同，这样的系统称之为分程分程控制系统。控制系统。例如例如：一个控制器的输出同时送往气动控制阀甲和：一个控制器的输出同时送往气动控制阀甲和乙乙,阀甲在气压阀甲在气压20-60kPa范围内由全开到全关范围内由全开到全关,而阀而阀乙在气压乙在气压60-100kPa范围内由全开到全关，控制阀范围内由全开到全关，控制阀分程工作。分程工作。 简单控制系统