简单控制系统

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1、简单控制系统简单控制系统15:34控制系统的分类15:34简单控制系统的定义：由由一个被控对象、一个检测变送单元、一个一个被控对象、一个检测变送单元、一个控制器和一个执行器控制器和一个执行器所组成的单闭环负反馈控所组成的单闭环负反馈控制系统叫做制系统叫做简单控制系统简单控制系统，也称为，也称为单回路控制单回路控制系统系统。简单控制系统的方块图？简单控制系统的方块图？15:34执行器 被控对象被控对象被控对象被控对象 测量变送测量变送测量变送测量变送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变量被控变量被控变量被控变量设定值设定值设定值设定值扰动扰动扰动扰动接受接受控制器的输出的控制器

2、的输出的控制信号控制信号，改变操纵变量改变操纵变量，使被控变，使被控变量向设定值靠拢的装置，称为执行器。量向设定值靠拢的装置，称为执行器。最常用的执行器是最常用的执行器是控制阀控制阀，也称，也称调节阀调节阀。15:34执行器执行器执行器是控制系统是控制系统最薄弱的环节。最薄弱的环节。自控系统出故障，自控系统出故障，70%都是执行器出问题。都是执行器出问题。原因：原因：执行器与介质（操纵变量）直接接触执行器与介质（操纵变量）直接接触 ( (强强) )腐蚀性、腐蚀性、( (高高) )粘度、粘度、( (易易) )结晶、结晶、 高温、深冷、高压、高差压高温、深冷、高压、高差压 15:34执行器执行机构

3、是执行机构是根据根据控制器的控制器的控制信号控制信号产生产生推力推力或或位移位移的装置。的装置。 执行器的组成执行器的组成 执行机构执行机构执行机构执行机构调节机构调节机构调节机构调节机构调节机构是根据执行机构输出信号去调节机构是根据执行机构输出信号去改改变能量或物料输送量变能量或物料输送量的装置，通常指的装置，通常指控控制阀制阀。15:34执行器图图 气动薄膜调节阀的外形和内部结构气动薄膜调节阀的外形和内部结构1 1薄膜薄膜 2 2平衡弹簧平衡弹簧 3 3阀杆阀杆 4 4阀芯阀芯 5 5阀体阀体 6 6阀座阀座PO气动执行机构调节机构12345615:34执行器执行器分类执行器分类1.1.电

4、动电动执行器；执行器；根据根据驱动信号驱动信号的不同，执行器分为三种形式的不同，执行器分为三种形式2.2.气动气动执行器；执行器；3.3.液动液动执行器。（推力最大，笨重，很少使用）执行器。（推力最大，笨重，很少使用）其中其中，气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀应用最为广泛。应用最为广泛。15:34执行器气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀1 1、接受、接受20 20 100KPa100KPa的的标准气压信号；标准气压信号；2 2、在膜片上产生推力；、在膜片上产生推力；3 3、推动阀杆产生位移；、推动阀杆产生位移；4 4、带动阀芯动作。、带动阀芯动作。15:34执行器气动薄膜执行机构的正反作用气动薄膜执行机

5、构的正反作用气源气源P PO O气源气源P PO O反作用执行机构（反作用执行机构（ZMBZMB）正作用执行机构（正作用执行机构（ZMAZMA）15:34执行器气动薄膜调节机构的正反作用气动薄膜调节机构的正反作用正作用：阀芯向下，正作用：阀芯向下， 阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积减少。阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积减少。反作用：反作用： 阀芯向上，阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积增大。阀芯向上，阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积增大。正作用正作用反作用反作用15:34执行器反作用反作用反作用反作用正作用正作用正作用正作用四种组合四种组合 正作用正作用正作用正作用反作用反作用反作用反作

6、用气关式气关式气关式气关式气开式气开式气开式气开式气开式：气信号增加，阀门开度增大。气开式：气信号增加，阀门开度增大。气关式：气信号增加，阀门开度减小。气关式：气信号增加，阀门开度减小。15:34执行器气开式与气关式的选择气开式与气关式的选择生产安全生产安全。气信号中断，控制阀复位，应能确保生产工艺设备的安全。气信号中断，控制阀复位，应能确保生产工艺设备的安全。如果阀处于打开位置时危害性小，应用气关式；反之，如果阀处于打开位置时危害性小，应用气关式；反之，阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀例一：加热炉的燃料进料阀应采用？例一：加热炉的燃料进料阀应采用？气开

7、阀气开阀，即当信号中断时应切断进炉燃料，以免，即当信号中断时应切断进炉燃料，以免炉温过高发生事故。炉温过高发生事故。例二：控制进入设备的易结晶气体的控制阀，例二：控制进入设备的易结晶气体的控制阀，应选用？应选用？气关阀气关阀，以防堵塞。，以防堵塞。15:34执行器控制阀的流量特性控制阀的流量特性理想流量特性，即在阀的前后理想流量特性，即在阀的前后压差固定压差固定的条件下，的条件下，流量流量与与阀杆位移阀杆位移之间的关系，它完全取决于之间的关系，它完全取决于阀的结构参数阀的结构参数。 理想流量特性主要有理想流量特性主要有线性线性、等百分比等百分比及及快开快开三种。这三三种。这三种特性完全取决于种

8、特性完全取决于阀芯的形状阀芯的形状，不同的阀芯曲面可以得，不同的阀芯曲面可以得到不同的理想流量特性。到不同的理想流量特性。 15:34执行器快开：平板结构快开：平板结构线性：曲面形状，线性：曲面形状，“瘦瘦”等百分比：曲面形状，等百分比：曲面形状，“胖胖”15:34执行器15:34阀门定位器 阀门定位器接受阀门定位器接受控制器控制器的的输出信号输出信号，然后将控制器，然后将控制器的输出信号的输出信号成比例成比例地输出到地输出到执行机构执行机构，当阀杆移动以后，当阀杆移动以后，其其位移量位移量又通过机械装置又通过机械装置负反馈负反馈作用于作用于阀门定位器阀门定位器阀门定位器的工作机理阀门定位器的

9、工作机理控制器控制器控制器控制器阀门定位器阀门定位器阀门定位器阀门定位器执行机构执行机构执行机构执行机构控制阀控制阀控制阀控制阀15:34阀门定位器分类分类分类分类15:34阀门定位器YT-1000R-PTMYT-1000R-PTM（带反馈）（带反馈）电气阀门定位器电气阀门定位器SIEMENSSIEMENS西门子阀门定位器西门子阀门定位器 6DR5115-0EG00-0AA06DR5115-0EG00-0AA098009800元元10501050元元15:34阀门定位器力矩平衡力矩平衡力矩平衡力矩平衡气信号气信号气信号气信号执行机构执行机构执行机构执行机构力矩平衡力矩平衡力矩平衡力矩平衡电电-

10、 -气阀门定位器气阀门定位器 具有两个重要特点：具有两个重要特点： 1 1、具有电气转换作用、具有电气转换作用 2 2、具有阀门定位功能、具有阀门定位功能 工作原理方框图：工作原理方框图：15:34控制规律 双位控制双位控制理想的双位控制器其输出理想的双位控制器其输出p p与输入偏差与输入偏差e e 之间的关系为之间的关系为特点：控制器只有两个输出，相应的执行器只有特点：控制器只有两个输出，相应的执行器只有开和关两个极限位置。开和关两个极限位置。双位控制又称为开关控制。双位控制又称为开关控制。15:34控制规律继电器继电器电磁阀电磁阀15:34控制规律比例控制比例控制( P )( P )比例控

11、制规律及其特点比例控制规律及其特点比例控制器比例控制器K KC Ce eu u图图4-7 4-7 比例控制器比例控制器e e（偏差）为控制器的输入信号，（偏差）为控制器的输入信号，u u为输出信号（变化为输出信号（变化量），量），K KC C为为比例增益比例增益（放大倍数），（放大倍数）， K KC C越大，比例作越大，比例作用越强。用越强。比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量15:34控制规律比例度比例度比例度比例度比例度与比例增益成反比。比例度与比例增益成反比。比例度越小，则比例增益越大，比例控制作用就越强；比例度越小，则比例增益越大，比例控

12、制作用就越强；反之，比例度越大，则比例增益越小，比例控制作用反之，比例度越大，则比例增益越小，比例控制作用就越弱。就越弱。结论结论15:34比例度对过渡过程的影响比例度对过渡过程的影响实现快速控制实现快速控制15:34控制规律积分控制（积分控制（I I）一、积分控制规律及其特点一、积分控制规律及其特点当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的基础上，再加上积分控制作用。基础上，再加上积分控制作用。 积分控制作用的输出变化量积分控制作用的输出变化量u u与输入偏差与输入偏差e e的积分的积分成正比，即成正比，即 表示积分速度表示积分速度注意：注意：具

13、有积分控制规律的控制器，其输出信号的大小，具有积分控制规律的控制器，其输出信号的大小，不仅决定于不仅决定于偏差信号的大小偏差信号的大小，还取决于，还取决于偏差存在时间偏差存在时间的长短。的长短。15:34控制规律比例积分控制规律（比例积分控制规律（PIPI）与积分时间（）与积分时间（ ）比例积分控制规律是比例作用与积分作用的叠加，比例积分控制规律是比例作用与积分作用的叠加，其数学表达式为：其数学表达式为：为比例增益，为比例增益， 为为积分时间积分时间，比例积分控制器的传递函数为：比例积分控制器的传递函数为：15:34控制规律1 1、积分时间越小，积分作用越强。反之，积分时间越大，、积分时间越小

14、，积分作用越强。反之，积分时间越大，积分作用越弱。积分作用越弱。2 2、若积分时间为正无穷大，就没有积分作用，此时的、若积分时间为正无穷大，就没有积分作用，此时的比例积分控制器就称为纯比例控制器了。比例积分控制器就称为纯比例控制器了。结论结论15:34积分积分时间对过渡过程的影响时间对过渡过程的影响减小积分时间，减小积分时间，积分作用增强积分作用增强，克服余差的能力增强，克服余差的能力增强，准确性增强准确性增强，但是震荡加剧，但是震荡加剧，稳定性降低稳定性降低，快速性降低快速性降低。15:34控制规律微分控制（微分控制（D D）一、微分控制规律及其特点一、微分控制规律及其特点控制器的微分控制规

15、律，是指输出信号的变化量与控制器的微分控制规律，是指输出信号的变化量与偏差偏差信号的变化速度信号的变化速度成正比，即成正比，即为微分时间为微分时间当当偏差变化速度偏差变化速度相同时，相同时， 越大，控制器的微分作越大，控制器的微分作用用控制器的输出变化控制器的输出变化反之。反之。因此，微分时间是衡量微分作用强弱的重要参数。因此，微分时间是衡量微分作用强弱的重要参数。15:34控制规律微分作用的特点：微分作用的特点：1 1、微分控制器的输出只与偏差的变化速度有、微分控制器的输出只与偏差的变化速度有关，与偏差是否存在无关。关，与偏差是否存在无关。2 2、微分控制器的输出不能反应偏差的大小。、微分控

16、制器的输出不能反应偏差的大小。3 3、微分控制规律不能单独使用。、微分控制规律不能单独使用。微分作用微分作用( _)15:34微分微分时间对过渡过程的影响时间对过渡过程的影响微分作用具有微分作用具有抑制振荡抑制振荡的效的效果，可以果，可以提高系统的稳定性提高系统的稳定性,减少被控变量的波动幅度减少被控变量的波动幅度,并并降低余差降低余差。微分作用也微分作用也不能加得过大不能加得过大。微分控制具有微分控制具有“超前超前”控制控制作用作用。15:34控制规律 比例积分微分控制（比例积分微分控制（PIDPID）同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为

17、器称为比例积分微分控制器比例积分微分控制器比例积分微分控制器比例积分微分控制器。 比例度比例度（或者比例增益（或者比例增益K Kc c）、积分时间）、积分时间 T TI I和微分时间和微分时间 T TD D。可调参数有哪些？可调参数有哪些？15:34怎样使一个怎样使一个PID控制器变成纯比控制器变成纯比例控制器？例控制器？当当比比例例积积分分微微分分控控制制器器的的积积分分时时间间趋趋于于无无穷穷大大，微微分分时时间间为为零零的的时时候候，这这时时的的控控制制器器相相当当于于纯纯比比例例控控制制器器。15:34控制规律控制规律优缺点优缺点适用场合适用场合位式位式结构简单结构简单 ; ;价格便价

18、格便宜宜 ; ;控制质量不高控制质量不高 ; ;被控变量会振荡被控变量会振荡 对象容量大对象容量大 , ,负荷变化小负荷变化小 , ,控控制质量要求不高制质量要求不高 , ,允许等幅振允许等幅振荡荡 比例比例（P P）结构简单结构简单 ; ;控制及控制及时时 ; ;参数整定方便参数整定方便 ; ;控制结果有余差控制结果有余差 对象容量大对象容量大 , ,负荷变化不大、负荷变化不大、纯滞后小纯滞后小 , ,允许有余差存在允许有余差存在 , ,例如一些塔釜液位、贮槽液位、例如一些塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽压力冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统等控制系统等 比例积分比例积分 PIPI

19、能能消除余差消除余差 ; ;积分积分作用控制缓慢作用控制缓慢 ; ;会会使系统稳定性变差使系统稳定性变差 对象滞后较大对象滞后较大 , ,负荷变化较大负荷变化较大 , ,但变化缓慢但变化缓慢 , ,要求控制结果无要求控制结果无余差。此种规律余差。此种规律广泛应用于压广泛应用于压力、流量、液位力、流量、液位和那些没有大和那些没有大的时间滞后的具体对象的时间滞后的具体对象 15:34控制规律控制规律优缺点优缺点适用场合适用场合比例微分比例微分PDPD响应快响应快、偏差小、偏差小、能能增加系统稳定性增加系统稳定性; ;有有超前控制作用超前控制作用, ,可以克服对象的惯可以克服对象的惯性性; ;控制结

20、果有余控制结果有余差差对象对象滞后大滞后大, ,负荷变化不大负荷变化不大, ,被被控变量变化不频繁控变量变化不频繁, ,控制结果控制结果允允许有余差存在许有余差存在 比例积分比例积分微分微分PIDPID控制质量高控制质量高; ;无余无余差差; ;参数整定较麻参数整定较麻烦烦 对象滞后大对象滞后大; ;负荷变化较大负荷变化较大, ,但但不甚频繁不甚频繁; ;对控制质量要求高。对控制质量要求高。例如精馏塔、反应器、加热炉例如精馏塔、反应器、加热炉等等温度控制系统温度控制系统及某些及某些成分控成分控制系统制系统 15:34控制器系统正常运行系统正常运行负反馈系统负反馈系统如何保证能构成负反馈系统？如

21、何保证能构成负反馈系统？15:34作用方向的规定作用方向的规定各环节各环节正、反作用的确定正、反作用的确定当该环节的当该环节的输入信号输入信号增加增加时，如果时，如果输出信号输出信号也随之也随之增加增加，该环节为该环节为正作用正作用。执行器执行器气开式为正作用方向气开式为正作用方向气关式为反作用方向气关式为反作用方向15:34测量变送环节测量变送环节一般都为一般都为正正被控变量增加被控变量增加测量值增加测量值增加被控对象被控对象操纵变量增加操纵变量增加被控变量被控变量增加增加被控变量被控变量减小减小正正反反15:34控制器控制器偏差的计算：偏差的计算：正作用：正作用：e(t)=y(t)-SP反

22、作用：反作用：e(t)=SP-y(t)当当设定值不变设定值不变，被控变量的，被控变量的测量值增加测量值增加，控制器，控制器输出量增加输出量增加，当被控变量的当被控变量的测量值不变测量值不变，设定值减小设定值减小，控制器，控制器输出量增加输出量增加，为为正作用正作用。当当设定值不变设定值不变，被控变量的，被控变量的测量值增加测量值增加，控制器，控制器输出量减小输出量减小，当被控变量的当被控变量的测量值不变测量值不变，设定值减小设定值减小，控制器，控制器输出量减小输出量减小，为为反作用反作用。15:34如何构成负反馈系统？如何构成负反馈系统？控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送测量变送

23、“”“”“”两个两个“”、“”或者三个或者三个“”15:34控制器正、反作用的确定步骤：控制器正、反作用的确定步骤：执行器执行器气开式气开式“”气关式气关式“”被控对被控对象象确定确定“”“”“”测量变测量变送送“”控制器控制器根据根据反馈准则反馈准则，确定，确定“”“”“”15:34例题例题如图所示为一台釜式反应器的如图所示为一台釜式反应器的温温度度控制系统示意图。为维持一定控制系统示意图。为维持一定的反应温度需用的反应温度需用蒸气蒸气进行进行加热加热，但如果但如果温度过高温度过高，会有，会有爆炸爆炸的危的危险，则下列有关控制阀及控制采险，则下列有关控制阀及控制采取的形式及作用方向合理的是（

24、取的形式及作用方向合理的是（）。）。A控制阀为气开型，控制器为正作用式控制阀为气开型，控制器为正作用式B控制阀为气开型，控制器为反作用式控制阀为气开型，控制器为反作用式C控制阀为气关型，控制器为反作用式控制阀为气关型，控制器为反作用式D控制阀为气关型，控制器为正作用式控制阀为气关型，控制器为正作用式15:34精馏塔精馏塔被控变量是塔内温度被控变量是塔内温度回流阀回流阀执行器？执行器？被控对象？被控对象？测量变送？测量变送？控制器？控制器？15:3415:3415:34简单控制系统的设计概述简单控制系统的设计概述1、确定控制方案（被控变量的选择与确认、确定控制方案（被控变量的选择与确认、操纵变量

25、的选择与确认、检测点的初步选操纵变量的选择与确认、检测点的初步选择，绘制工艺流程图等等）。择，绘制工艺流程图等等）。2、仪表及装置的选型（检测仪表、控制器、仪表及装置的选型（检测仪表、控制器、执行器）。执行器）。3、相关工程内容的设计（控制室设计、供电、相关工程内容的设计（控制室设计、供电、供气系统、仪表配管配线，联锁保护系统供气系统、仪表配管配线，联锁保护系统的设计等等）。的设计等等）。15:34阅读教材回答以下问题：阅读教材回答以下问题：1、所谓关键变量是指什么？、所谓关键变量是指什么？2、什么是直接参数？、什么是直接参数？3、什么情况下选用间接参数作为被控变量？、什么情况下选用间接参数作

26、为被控变量？4、所选用的间接指标需满足什么条件？、所选用的间接指标需满足什么条件？1、被控变量的选择、被控变量的选择15:341、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 “关键关键”变量：对产品的变量：对产品的产量产量、质量质量以及以及安全安全具有具有决定性的作用，决定性的作用，人工操作人工操作难以满足要求，或者人难以满足要求，或者人工操作可以满足要求，但是这种操作既紧张又频工操作可以满足要求，但是这种操作既紧张又频繁，劳动强度很大。繁，劳动强度很大。方法一方法一：选择能直接反映生产过程中产品：选择能直接反映生产过程中产品产量产量、质质量量和和安全安全又又易于测量易于测量

27、的参数作为被控变量，称为的参数作为被控变量，称为直直接参数法接参数法。例如温度、压力、液位、流量反映等生。例如温度、压力、液位、流量反映等生产工艺状态的参数。产工艺状态的参数。15:34方法二方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有接参数有单值对应关系单值对应关系、灵敏灵敏、易于测量易于测量的参数作为的参数作为被控变量，称为被控变量，称为间接参数法间接参数法。例如组分（某物质含量）。例如组分（某物质含量）、转化率等。、转化率等。1、被控变量的选择、被控变量的选择单值对应关系：单值对应关系：单值对应也叫映射。对于集合单值对应也叫映射。对于集合

28、A与与B，如果按照某种对应关系如果按照某种对应关系f，使，使A的任何一个元素的任何一个元素a，在，在B中都有唯一的元素中都有唯一的元素b和它对应，这样的对应关系和它对应，这样的对应关系叫做从集合叫做从集合A到集合到集合B的的“单值对应单值对应”。（一对一）。（一对一）15:34被控变量的选择原则被控变量的选择原则被控变量的选择原则被控变量的选择原则 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反映映工艺操作工艺操作状态状态，一般是工艺过程中较，一般是工艺过程中较重要的变量重要的变量。 被被控控变变量量在在工工艺艺操操作作过过程程中中经经常常要要受受到到一一些些

29、干干扰扰影响而影响而变化变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。为维持其恒定，需要较频繁的调节。 尽尽量量采采用用直直接接指指标标作作为为被被控控变变量量。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信信号号滞滞后后很很大大时时，可可选选择择与与直直接接指指标标有有单单值值对对应应关关系系的的间间接接指指标标作作为被控变量。为被控变量。 15:34 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合合理理性性和和国国内内仪仪表产品现状表产品现状。 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大的的灵灵敏敏度。度。 被控变量应是被控变量应

30、是独立可控独立可控的。的。 被控变量的选择原则被控变量的选择原则一个好的产品它的生产过程绝不能随心所欲，必须要按一个好的产品它的生产过程绝不能随心所欲，必须要按照一定的规范标准来实施。这一规范标准就称之为照一定的规范标准来实施。这一规范标准就称之为工艺工艺。15:34图精馏过程示意图图精馏过程示意图1精馏塔；精馏塔；2蒸汽加热器蒸汽加热器举例举例精馏工艺精馏工艺阅读教材：阅读教材：1、精馏塔的作用及工作原理？、精馏塔的作用及工作原理？2、精馏工艺要求有哪些？、精馏工艺要求有哪些？3、扰动量有哪些？、扰动量有哪些？15:34 从工艺合理性考虑，常常选择从工艺合理性考虑，常常选择温度温度作为被控变

31、量作为被控变量 第一，如塔压波动，就会第一，如塔压波动，就会破坏破坏原来的原来的气气液平衡，液平衡，影响相对挥发度，使塔处于不良工况。同时，随影响相对挥发度，使塔处于不良工况。同时，随着塔压的变化，往往还会引起与之相关的其他着塔压的变化，往往还会引起与之相关的其他物物料量料量的变化，影响塔的物料平衡，引起负荷的波的变化，影响塔的物料平衡，引起负荷的波动动。经济性。经济性。 第二，在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上第二，在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的温度温度与与组分组分之间就有一定的之间就有一定的单值对应关系单值

32、对应关系。15:34合成氨合成氨氨合成塔中，N2与H2气体在催化剂（铁触媒(以铁为主，混合的催化剂)）作用下合成 NH3。（放热反应） 成分：滞后大，成本高，不宜作为被控变量。（直接变量） 温度：单值对应关系，间接反映合成率。（间接变量） 15:34操纵变量操纵变量1、定义、定义用来克服扰动对被控变量的影响、用来克服扰动对被控变量的影响、实现控实现控制作用制作用的变量称为的变量称为操纵变量操纵变量。操纵变量是执行器的输出。操纵变量是执行器的输出。操纵变量对被控变量影响显著且可控性好。操纵变量对被控变量影响显著且可控性好。最常见的操纵变量是介质的最常见的操纵变量是介质的流量流量。15:34U U

33、表示操纵变量，表示操纵变量，F F表示扰动，表示扰动，Y Y表示被控变量表示被控变量被控对象的输入输出关系如下图：被控对象的输入输出关系如下图：G Gf f(s)(s)Gp(s)Gp(s)U(s)U(s)F(s)F(s)Y(s)Y(s)扰动与操纵变量同时影响被控变量扰动与操纵变量同时影响被控变量15:341 1、通道：某个参数影响另一个参数的通路。、通道：某个参数影响另一个参数的通路。2 2、扰动通道：扰动影响被控变量的通路。、扰动通道：扰动影响被控变量的通路。3 3、控制通道：控制变量影响被控变量的通路。、控制通道：控制变量影响被控变量的通路。4 4、扰动作用与控制作用之间的关系？、扰动作用

34、与控制作用之间的关系？相互对立而依存相互对立而依存控制作用抑制扰动的影响，没有扰动就无须控制控制作用抑制扰动的影响，没有扰动就无须控制15:34操纵变量的选择的原则操纵变量的选择的原则1 1、可控，变化范围是生产允许的。、可控，变化范围是生产允许的。2 2、对被控变量影响最大。、对被控变量影响最大。3 3、工艺的合理性，生产的经济性。、工艺的合理性，生产的经济性。注意注意：不宜选生产负荷不宜选生产负荷作为操纵变量，以免作为操纵变量，以免 产量受到波动。产量受到波动。15:35举例举例把乳化物制作成干燥颗粒把乳化物制作成干燥颗粒被控变量？被控变量？可选择的操纵变量？可选择的操纵变量？乳化物的流量

35、乳化物的流量空气流量空气流量蒸汽流量蒸汽流量操纵变量？操纵变量？15:35参数整定：参数整定：对于对于PID控制规律，控制规律，比例度比例度、积分时间积分时间TI和和微分时间微分时间TD大大小决定比例、积分、微分控制的强弱和控制的品质。小决定比例、积分、微分控制的强弱和控制的品质。稳稳准准快快15:35理论计算的方法和工程整定法理论计算的方法和工程整定法比例度比例度、积分时间、积分时间TI和微分时间和微分时间TD的确定方法的确定方法：理论计算的法理论计算的法：数学模型已经准确确定，复杂：数学模型已经准确确定，复杂工程整定工程整定法法OhOh nono！15:35工程整定法工程整定法（1）经验凑

36、凑试法法（2）临界比例度法界比例度法（3）衰减曲）衰减曲线法法15:35（1）经验凑凑试法法规定顺序规定顺序，对，对比例度比例度、积分时间积分时间TI和和微分时间微分时间TD逐个整逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。定，直到获得满意的过渡过程为止。被控变被控变量量特特 点点% TImin TDmin温度温度对对象象容容量量滞滞后后大大，被被控控变变量量受受干干扰扰后后变变化化迟迟缓缓，%应应小小，TI要要大大，一一般般要加微分要加微分T D20603100.53流量流量对对象象容容量量滞滞后后一一般般较较小小，被被控控变变量量有有波波动动，%要要大大，TI要要小小，不不用用微微分分T D40

37、100 0.11压力压力对象容量滞较小，一般不用微分对象容量滞较小，一般不用微分30700.43液位液位一一般般要要求求不不高高，一一般般不不用用微微分分，允允许许存在余差时存在余差时不用不用积积分分。208015:35整定的步骤整定的步骤1.先在表先在表10-1中中选用一个用一个较大的比例度大的比例度，用，用纯比例作用比例作用进行凑行凑试。通。通过改改变给定定值施加干施加干扰（一般（一般给定定值的的变化不超化不超过给定定值的的5%），），观察被控察被控变量的量的过渡渡过程是否程是否出出现4:1衰减曲衰减曲线。经过反复改反复改变进行凑行凑试，直到，直到过渡渡过程符合要求程符合要求为止。止。2.

38、将将比例度适当增加比例度适当增加10%20%，再根据表，再根据表10-1中中积分范分范围值选取一个取一个积分分时间，加入，加入给定定值干干扰，观察曲察曲线过渡渡过程。通程。通过对积分分时间进行反复凑行反复凑试，直到，直到出出现满意的曲意的曲线。3.如系如系统需要加入需要加入微分控制微分控制，可取，可取TD(1/31/4)TI，然后，然后适当减小适当减小和和TI，通，通过反复改反复改变微分微分时间进行凑行凑试。直至。直至满足工足工艺要求要求为止。止。 理想曲线两个波理想曲线两个波，前高后低前高后低4比比115:35（2）临界比例度法界比例度法在在纯比例作用下，比例作用下，先通先通过反复反复试凑凑

39、得到得到临界振界振荡过渡渡过程程，记录下曲下曲线的的临界界比例度比例度k和和临界界振振荡周期周期Tk，然后根据，然后根据经验数据表求出控制器各参数数据表求出控制器各参数值。0SPtty(t)TK图 临界振荡过渡曲线15:35控制控制规律规律% T I/min T D/minP 2KPI2.2K0.85TKPID1.7K0.5 TK0.13 TK表表临界振荡曲线法控制器参数经验数据表临界振荡曲线法控制器参数经验数据表（4：1衰减比）衰减比）适当微调参数，达到理想的过渡过程曲线适当微调参数，达到理想的过渡过程曲线理想曲线两个波理想曲线两个波，前高后低前高后低4比比115:35（3）衰减曲）衰减曲线

40、法法 1、先将控制器先将控制器变为纯比例作用比例作用，并将，并将比例度比例度预置在置在较大大的的数数值上上（一般（一般为100%）。在达到。在达到稳定后定后，用改，用改变给定定值的的办法法加入加入阶跃干干扰，观察被控察被控变量量记录曲曲线的衰减比，然后的衰减比，然后减小减小比例度比例度，直至出，直至出现4 1或或10 1衰减比衰减比为止。止。记录下此下此时的的比例度比例度s 和衰减和衰减周期周期TS 。控制控制规律规律% T I/min T D/minP sPI1.2s0. 5TsPID0.8s0.3 Ts0.1 Ts适当微调参数，达到理想的过渡过程曲线适当微调参数，达到理想的过渡过程曲线理想

41、曲线两个波理想曲线两个波，前高后低前高后低4比比115:35简单控制系统的投运控制系统投运控制系统投运通过适当的通过适当的方法方法使控制器从使控制器从手动手动工作工作状态状态平稳平稳地地转到自动转到自动工作状态。工作状态。手动手动自动自动控制器控制器平稳平稳方法方法15:35手动手动控制器控制器自动自动调节阀调节阀手动输出手动输出自动输出自动输出手动输出手动输出自动输出自动输出If扰动、破坏系统原本的平衡扰动、破坏系统原本的平衡15:35投运前的准备工作投运前的准备工作（检查）（检查）：1. 1. 熟悉熟悉工艺要求工艺要求、控制指标控制指标，了解各，了解各工艺变量间的关系工艺变量间的关系。2.

42、 2. 系统各系统各组成部件组成部件（控制器、执行器、测量变送装置安装（控制器、执行器、测量变送装置安装的位置）、的位置）、管线走向要清楚管线走向要清楚。3. 3. 气源、电源、管路气源、电源、管路进行全面检查，保证处于正常状态。进行全面检查，保证处于正常状态。4. 4. 调节阀的调节阀的气开气开、气关气关形式，设置好形式，设置好控制器正反作用控制器正反作用和和PIDPID参数参数。 5. 5. 进行联动试验。进行联动试验。变送器输入端施加信号，观察显示仪表、控制器、变送器输入端施加信号，观察显示仪表、控制器、调节阀是否正常工作。调节阀是否正常工作。15:35系统的投运：系统的投运：系统投运主

43、要完成系统投运主要完成控制器控制器和和执行器（执行器（调节阀调节阀）的投运的投运将控制器置于将控制器置于“手手动”位置，位置，关关闭截止截止阀1 1和和阀2 2。手手动操作旁路操作旁路阀3 3直至工况直至工况稳定，定，转入手入手动遥控。遥控。15:35待待被控被控变量量稳定定并并接近接近设定定值时，将控制器从将控制器从“手手动”切切换到到“自自动”。用控制器的用控制器的手操手操电路路进行遥控。行遥控。控制器控制器处于手于手动状状态。将将阀1 1全开，然后慢慢开大全开，然后慢慢开大阀2 2并关小并关小阀3 3，同，同时调整气整气压P P，逐步增大通逐步增大通过调节阀的流量。的流量。保持保持操操纵

44、变量的量的稳定定以保以保证控制控制量的基本不量的基本不变。直到截止。直到截止阀2 2全全开开旁路旁路阀3 3全关全关为止。止。自动控制不代表过渡过程满足要求，接下来调整自动控制不代表过渡过程满足要求，接下来调整PID参数。参数。15:35如果如果记录曲曲线突突变，记录指指针在最大或最小位置在最大或最小位置时，故障多，故障多半出自半出自仪表表。（因因为工工艺参数一般是参数一般是缓慢慢变化的，并且有一定化的，并且有一定规律性。律性。）如果如果记录曲曲线呈直呈直线不不变，或者，或者记录曲曲线原来是波原来是波动的，突的，突然然变成一条直成一条直线。也可判断故障一般出自。也可判断故障一般出自仪表表，因，因为工工艺参数参数一般会一般会变化。化。（可以可以人人为改改变某一参数某一参数，观察一下察一下被控被控变量的量的变化情况化情况，如，如果果仍旧不仍旧不变，可判断，可判断仪表表出了故障。出了故障。） 如果记录曲线一直正常波动，但如果记录曲线一直正常波动，但记录曲线记录曲线逐步逐步变得变得无规则无规则，或者系统或者系统慢慢慢慢变得变得难以控制难以控制，甚至，甚至手动控制手动控制也也难以实现难以实现。此类。此类故障一般出自故障一般出自工艺故障工艺故障。常见故障常见故障教材教材P188