过程控制第五章课件

《过程控制第五章课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制第五章课件（102页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1.联系实际、实验，实际过程控制系统设计；2.学后能干什么？多将找工作的话题，女生是否适合学自动化（体力）？3.考研方面的信息，报考学校的选择，专业的排名；4.其他知识：嵌入式系统、单片机、C语言、组态软件、其他学科知识；5.自动化研究热点？（学科导论）6.讲习题、讲重点、联系以前课程知识；7.课程理论性强？公式很难（别讲）？结论？就读大学时，你应当掌握七项学就读大学时，你应当掌握七项学习，包括习，包括:自修之道、自修之道、基础知识、基础知识、实践贯通、实践贯通、培养兴趣、培养兴趣、积极主动、积极主动、掌控时间、掌控时间、为人处世。为人处世。 系统输出系统输出比较比较器器给定值给定值测量值测量

2、值偏差PIDPID调节器调节器参数整定参数整定第二、三章内容第二、三章内容控制电机控制电机或调节阀或调节阀第四章内容第四章内容过控第一章过控第一章自控第二章自控第二章内容内容检测技术检测技术课程内容课程内容 简单控制系统简单控制系统 简单控制系统的组成简单控制系统的组成 简单控制系统的特点简单控制系统的特点 现代生产过程的特点和要求现代生产过程的特点和要求 串级控制系统的概念举例串级控制系统的概念举例串级控制系统的分析串级控制系统的分析串级系统设计和实施中的几个问题串级系统设计和实施中的几个问题调节器的选型和整定方法调节器的选型和整定方法比值控制系统比值控制系统第一节第一节 串级控制系统的举例

3、与基本概念串级控制系统的举例与基本概念一、实际生产例子一、实际生产例子例例 1 连续槽反应器温度控制连续槽反应器温度控制 （如图（如图51） 反应器工作原理反应器工作原理 控制任务控制任务 恒定反应釜内温度恒定反应釜内温度 系统主要干扰系统主要干扰 进料流量、温度扰动进料流量、温度扰动 冷却液温度、压力扰动冷却液温度、压力扰动 简单控制系统设计简单控制系统设计（图（图51） 存在的问题存在的问题时间延迟引出的问题时间延迟引出的问题 当当D2D2温度突然升高，需经夹套、槽壁、反应器三个环节温度突然升高，需经夹套、槽壁、反应器三个环节才能使才能使 温度升高，此时调节器才开始改变参数，加大调节温度升

4、高，此时调节器才开始改变参数，加大调节阀开度，把冷却水加大。在延迟的时间内，阀开度，把冷却水加大。在延迟的时间内，D2D2的变化已经迅的变化已经迅速使速使 改变，也使改变，也使 很会升高，这样产生了很会升高，这样产生了 的偏差。的偏差。 （图（图52）（图（图53） 改进的控制系统方案图改进的控制系统方案图 （图（图54） 控制系统结构图控制系统结构图例例2：精溜塔提溜段的控制：精溜塔提溜段的控制精溜塔提溜段的控制图精溜塔提溜段的控制图 （图（图55） 工作原理工作原理 控制任务控制任务 恒定精溜塔内温度恒定精溜塔内温度 系统主要干扰系统主要干扰 进料流量、温度扰动进料流量、温度扰动 加热蒸汽

5、温度、压力扰动加热蒸汽温度、压力扰动 再沸器的传热条件再沸器的传热条件 简单控制系统设计简单控制系统设计 存在的问题存在的问题 加热蒸汽的压力波动对温度加热蒸汽的压力波动对温度的影响很大的影响很大（图（图56） 改进方案一改进方案一缺点：该方法增加了蒸汽管路的压力损失。造成经济的不缺点：该方法增加了蒸汽管路的压力损失。造成经济的不划算。划算。 （图（图57） 改进方案二改进方案二根据加热蒸汽流量信号控制调节阀，根据精溜塔温度根据加热蒸汽流量信号控制调节阀，根据精溜塔温度得到期望的加热蒸汽。得到期望的加热蒸汽。 （图（图58） 控制系统结构图控制系统结构图例例3 炼油厂管式加热炉温控制系统炼油厂

6、管式加热炉温控制系统 工作原理工作原理 控制任务控制任务 恒定出口原油温度恒定出口原油温度 系统主要干扰系统主要干扰 进料流量、温度扰动进料流量、温度扰动 燃料油方面扰动燃料油方面扰动 炉膛漏风和大气温度方面炉膛漏风和大气温度方面 喷油用过热蒸汽压力波动喷油用过热蒸汽压力波动 控制系统设计控制系统设计（ 图图510） 控制系统结构图控制系统结构图主对象、副对象；主对象、副对象；主变量、副变量；主变量、副变量；主调节器、副调节器；主调节器、副调节器；主给定值、副给定值；主给定值、副给定值；主环、副环；主环、副环；一次扰动、二次扰动。一次扰动、二次扰动。二、串级控制系统术语二、串级控制系统术语三、

7、串级控制系统的组成原理三、串级控制系统的组成原理1 1）将原被控对象分解为两个串联的被控对象；）将原被控对象分解为两个串联的被控对象；2 2）以连接分解后的两个被控对象的中间变量为副被控量，）以连接分解后的两个被控对象的中间变量为副被控量，构成一个简单控制系统，称为副调节系统或副环构成一个简单控制系统，称为副调节系统或副环3 3）以原对象的输出信号为主被控量，即分解后的第二个）以原对象的输出信号为主被控量，即分解后的第二个被控对象的输出信号，构成一个调节系统，称为主调被控对象的输出信号，构成一个调节系统，称为主调节系统或主环。节系统或主环。4 4）主调节系统中调节器的输出作为副调节器的给定值，

8、）主调节系统中调节器的输出作为副调节器的给定值，副调节器的输出信号作为主被控对象的输入信号。副调节器的输出信号作为主被控对象的输入信号。1 1）干扰作用于副回路）干扰作用于副回路2 2）干扰作用于主回路）干扰作用于主回路3 3）干扰同时作用于主、副回路）干扰同时作用于主、副回路四、串级控制系统消除干扰的工作过程四、串级控制系统消除干扰的工作过程五、串级控制系统特点五、串级控制系统特点1）分级控制思想）分级控制思想 将调节通道较长的对象分为两级，许多干扰在副环中消除将调节通道较长的对象分为两级，许多干扰在副环中消除掉，剩余的影响及其他干扰由主环消除。掉，剩余的影响及其他干扰由主环消除。2）串级系

9、统的结构组成）串级系统的结构组成 两个对象；两个调节器；两测量变送器；一个执行器两个对象；两个调节器；两测量变送器；一个执行器 3）系统工作方式）系统工作方式 副环工作于随动控制方式；主环工作于定值控制方式副环工作于随动控制方式；主环工作于定值控制方式4）控制性能）控制性能 系统对于干扰反应及时，克服干扰速度快，能克服系统滞系统对于干扰反应及时，克服干扰速度快，能克服系统滞后，改善控制精度和提高控制质量。后，改善控制精度和提高控制质量。第二节第二节 串级控制系统的分析串级控制系统的分析 常把副回路内的扰动称二次扰动，而把副环路之外的扰动常把副回路内的扰动称二次扰动，而把副环路之外的扰动称一次扰

10、动。称一次扰动。 与简单控制系统比较，串级控制增加了副回路，它的作用与简单控制系统比较，串级控制增加了副回路，它的作用是有效地克服二次扰动的影响。是有效地克服二次扰动的影响。串级控制的功能分析：串级控制的功能分析： 1 1、增强了系统的抗干扰能力、增强了系统的抗干扰能力y2y1在扰动在扰动D2(s)D2(s)作用下，副回路的传递函数为：作用下，副回路的传递函数为：为了便于分析，等效图为：为了便于分析，等效图为： 对于上图所示的串级系统，在给定信号对于上图所示的串级系统，在给定信号R1(S)R1(S)作用下的传作用下的传递函数为：递函数为： 在扰动作用下的传递函数为：在扰动作用下的传递函数为：

11、对于一个控制系统来说，在它的给定信号下，其输出量能对于一个控制系统来说，在它的给定信号下，其输出量能复现输入量的变化，即：复现输入量的变化，即：Y1(s)/R1(s) Y1(s)/R1(s) 越接近越接近1 1，则系统的控制，则系统的控制性能越好，当它在扰动作用下，其控制作用能迅速克服扰动的性能越好，当它在扰动作用下，其控制作用能迅速克服扰动的影响，即：影响，即：Y1(s)/D2(s)Y1(s)/D2(s)越接近零越好，其抗干扰的能力可用越接近零越好，其抗干扰的能力可用（5 54 4）表示：）表示： 若串级控制系统中的主、副调节器均采用纯比例环节，若串级控制系统中的主、副调节器均采用纯比例环节

12、，其比例系数分别为其比例系数分别为K1K1、K2K2，则上式可写成：，则上式可写成： 上式表明，串级控制系统中的主、副调节器的放大系数上式表明，串级控制系统中的主、副调节器的放大系数越大，则串级控制系统抗干扰的能力就越强。因此，主参数越大，则串级控制系统抗干扰的能力就越强。因此，主参数的控制质量就越高。的控制质量就越高。 为了与单回路反馈控制系统进行比较，下面用同样的方为了与单回路反馈控制系统进行比较，下面用同样的方法分析相同条件下单回路反馈控制系统的抗干扰能力。见下法分析相同条件下单回路反馈控制系统的抗干扰能力。见下图图: :在给定信号在给定信号R1(s)R1(s)条件下，传递函数为：条件下

13、，传递函数为：在扰动在扰动D2D2作用下，传递函数为：作用下，传递函数为：单回路反馈控制系统的抗干扰能力为：单回路反馈控制系统的抗干扰能力为： 设单回路控制系统中的调节器均采用纯比例环节，比例设单回路控制系统中的调节器均采用纯比例环节，比例系数为系数为K K，则：，则： 同理，单回路控制系统中的放大系数越大，则抗干扰的能同理，单回路控制系统中的放大系数越大，则抗干扰的能力就越强。与串级控制系统比较有：力就越强。与串级控制系统比较有：K1*K2K 上述分析可知，由于串级控制系统副回路的存在，能迅速上述分析可知，由于串级控制系统副回路的存在，能迅速克服进入副回路的二次扰动，从而大大减小了二次扰动对

14、主参克服进入副回路的二次扰动，从而大大减小了二次扰动对主参数的影响，提高了控制质量。另外由于控制作用的放大系数提数的影响，提高了控制质量。另外由于控制作用的放大系数提高了，抗扰动能力比单回路反馈控制系统强，克服扰动能更为高了，抗扰动能力比单回路反馈控制系统强，克服扰动能更为迅速。副环也起到了改善对象动态特性的作用。提高了系统的迅速。副环也起到了改善对象动态特性的作用。提高了系统的工作频率。工作频率。 2 2、改善了过程的动态特性，提高了控制作用的、改善了过程的动态特性，提高了控制作用的快速性快速性 a）时间常数减小）时间常数减小 分析串级系统中的副环，可把它看成一个等效对象，即：分析串级系统中

15、的副环，可把它看成一个等效对象，即：设各副回路中各环节的传递函数为：设各副回路中各环节的传递函数为：y2y1将上式代入副回路传递函数：将上式代入副回路传递函数：将上述两式代入得：将上述两式代入得：式中可看出，式中可看出， 分别为等效对象的增益和时间常数比较分别为等效对象的增益和时间常数比较 和和 由于：由于：永远成立永远成立因此有：因此有： 上式说明等效对象的时间常数缩小了上式说明等效对象的时间常数缩小了( )( )倍，倍，且随副调节器的比例增益的增大而缩小且随副调节器的比例增益的增大而缩小, ,从而加快了副环从而加快了副环的响应速度的响应速度。b）工作频率提高）工作频率提高 串级控制系统的特

16、征方程：串级控制系统的特征方程：假定主回路各环节传递函数：假定主回路各环节传递函数：y2y1 串级控制系统的工作频率：串级控制系统的工作频率： 同样求出单回路控制系统的工作频率：同样求出单回路控制系统的工作频率： 工作频率的提高可以使振荡周期缩短、系统的快速性增工作频率的提高可以使振荡周期缩短、系统的快速性增强，从而提高系统的控制品质。强，从而提高系统的控制品质。3 3、对负荷变化的适应性强、对负荷变化的适应性强 串级控制系统对负荷变化的适应性体现在两方面：串级控制系统对负荷变化的适应性体现在两方面：1 1）等效对象增益的适应性）等效对象增益的适应性 串级控制系统的副环等效增益：串级控制系统的

17、副环等效增益：控制系统整定控制系统整定特定负荷、确定工作点下特定负荷、确定工作点下调节器参数只适用于工作点附近的一个小范围调节器参数只适用于工作点附近的一个小范围生产过程的非线性生产过程的非线性负荷的变动负荷的变动生产过程控制质量将下降生产过程控制质量将下降一般情况下，一般情况下， 上式为：上式为： 因此，如果副对象增益或调节阀的特性随负荷变化时，对因此，如果副对象增益或调节阀的特性随负荷变化时，对等效增益影响不大，因而在不改变调节器整定参数的情况下，等效增益影响不大，因而在不改变调节器整定参数的情况下，系统的副环能自动克服非线性因素的影响，保持或接近原来的系统的副环能自动克服非线性因素的影响

18、，保持或接近原来的控制质量。控制质量。 2 2）随动系统的适应性）随动系统的适应性 串级控制系统主回路是一个定值控制系统，副回路是一串级控制系统主回路是一个定值控制系统，副回路是一个随动控制系统，当负荷改变时，主调节器将改变输出值，个随动控制系统，当负荷改变时，主调节器将改变输出值，副回路能快速及时跟踪，从而保证了控制品质。副回路能快速及时跟踪，从而保证了控制品质。例：串级系统的框图为：例：串级系统的框图为：其中：其中：Char5_1估算结果为：估算结果为：表一表一1主、副回路的设计主、副回路的设计 串级控制系统由主回路和副回路构成，主回路是一个定串级控制系统由主回路和副回路构成，主回路是一个

19、定值控制系统，对主参数的选择和主回路的设计，可按照单回值控制系统，对主参数的选择和主回路的设计，可按照单回路反馈控制系统设计。副回路设计原则是：路反馈控制系统设计。副回路设计原则是： （1 1）主副变量应有对应关系）主副变量应有对应关系 （2 2）副回路必须包括生产过程中的主要扰动，并且应该包括）副回路必须包括生产过程中的主要扰动，并且应该包括更多的扰动。更多的扰动。 为了充分利用副回路克服扰动的快速性、提高主参数的为了充分利用副回路克服扰动的快速性、提高主参数的控制精度，在副回路设计时，应将生产过程中的主要扰动包控制精度，在副回路设计时，应将生产过程中的主要扰动包括在副回路之中，这样，在扰动

20、影响主参数之前，已经受到括在副回路之中，这样，在扰动影响主参数之前，已经受到副回路的控制，使其影响大大消弱，确保主参数的控制质量。副回路的控制，使其影响大大消弱，确保主参数的控制质量。第三节第三节 串级系统设计和实施中的几个问题串级系统设计和实施中的几个问题例如：在下图所示的加热炉例如：在下图所示的加热炉主要扰动：燃料流主要扰动：燃料流量或其压力的波动量或其压力的波动出口温度与燃料压出口温度与燃料压力串级控制系统力串级控制系统主要扰动：被加热物料主要扰动：被加热物料流量、或燃烧热值流量、或燃烧热值出口温度与膛内出口温度与膛内油温串级控制油温串级控制对于精馏塔提馏段温度串级控制系统，对于精馏塔提

21、馏段温度串级控制系统， 串级控制系统主、副对象的时间常数相匹配是一个比较复串级控制系统主、副对象的时间常数相匹配是一个比较复杂的问题，原则上，主、副对象的时间常数相匹配应保证在使杂的问题，原则上，主、副对象的时间常数相匹配应保证在使主、副回路的工作频率之比大于主、副回路的工作频率之比大于3 3，为了达到此要求，主、副，为了达到此要求，主、副对象的时间常数之比应在对象的时间常数之比应在3 31010之间的范围内，实际应用中，之间的范围内，实际应用中，应根据实际情况而定。应根据实际情况而定。 若设置的串级控制系统的目的主要是利用副回路若设置的串级控制系统的目的主要是利用副回路克服主要克服主要扰动扰

22、动，则副回路的时间常数要小一点。只要能够将主要扰动包，则副回路的时间常数要小一点。只要能够将主要扰动包括在副回路中即可。括在副回路中即可。 若设置的串级控制系统的目的是若设置的串级控制系统的目的是针对时间常数过大、滞后针对时间常数过大、滞后严重严重，而希望利用串级控制系统改善对象动态性能，则副回路，而希望利用串级控制系统改善对象动态性能，则副回路的时间常数要大一点。的时间常数要大一点。 必须注意：副对象的时间常数和滞后接近主对象的时间常数必须注意：副对象的时间常数和滞后接近主对象的时间常数和滞后时间，就有发生和滞后时间，就有发生“共振共振”现象现象，应小心整定。，应小心整定。（3 3）副回路必

23、须使主、副对象的时间常数相匹配）副回路必须使主、副对象的时间常数相匹配（4 4）副回路的设计应考虑工艺的合理性、实现可能性和经济性）副回路的设计应考虑工艺的合理性、实现可能性和经济性 过程控制系统是为生产工艺要求服务的，应按工艺要求设过程控制系统是为生产工艺要求服务的，应按工艺要求设计串级控制系统，选择的副参数在工艺上是可以检测的。计串级控制系统，选择的副参数在工艺上是可以检测的。2 串级控制系统主、副调节器控制规律串级控制系统主、副调节器控制规律 串级控制系统主、副调节器起的作用是不同的，主调节器起串级控制系统主、副调节器起的作用是不同的，主调节器起定值控制作用，而副调节器起随动控制作用。主

24、参数是工艺操作定值控制作用，而副调节器起随动控制作用。主参数是工艺操作的重要指标，允许的波动范围小，一般要求无余差，副参数的引的重要指标，允许的波动范围小，一般要求无余差，副参数的引入是为了提高和保证主参数的控制质量。入是为了提高和保证主参数的控制质量。 在串级控制系统中，主、副调节器的控制规律有以下四种组在串级控制系统中，主、副调节器的控制规律有以下四种组合情况：合情况：（1 1）主、副调节器均选用比例控制规律）主、副调节器均选用比例控制规律（2 2）主调节器选用比例控制规律，副调节器选用比例积分控制）主调节器选用比例控制规律，副调节器选用比例积分控制规律，但这种选择一般是不采用的。规律，但

25、这种选择一般是不采用的。（3 3）主调节器选用比例积分控制规律，副调节器选用比例控制）主调节器选用比例积分控制规律，副调节器选用比例控制规律规律（4 4）主、副调节器均选用比例积分控制规律）主、副调节器均选用比例积分控制规律3 串级控制系统主、副回路工作频率的选择串级控制系统主、副回路工作频率的选择 前面已经指出：主、副回路的工作频率之比应大于前面已经指出：主、副回路的工作频率之比应大于3 3。由于主、。由于主、副回路是相互独立又密切相关的回路，在一定条件下，如受到某副回路是相互独立又密切相关的回路，在一定条件下，如受到某种干扰的作用，主参数的变化进入副环将引起副环参数波动振幅种干扰的作用，主

26、参数的变化进入副环将引起副环参数波动振幅的增加，而副环参数变化也影响主参数的的变化幅度。如此循环的增加，而副环参数变化也影响主参数的的变化幅度。如此循环往返，就会使主、副参数长时间大幅度波动，这就是串级系统的往返，就会使主、副参数长时间大幅度波动，这就是串级系统的共振。共振的产生使系统失去控制。共振。共振的产生使系统失去控制。 对于二阶系统：对于二阶系统：其幅频特性为：其幅频特性为：当系统的阻尼比为当系统的阻尼比为0.7070.707时，系统的幅频特性出现一个峰值。如时，系统的幅频特性出现一个峰值。如外界干扰信号的频率等于共振频率，系统将产生共振。共振频率外界干扰信号的频率等于共振频率，系统将

27、产生共振。共振频率 和自然频率和自然频率 之间有一定的关系之间有一定的关系，代入（代入（5 51919）将将11.4100.1下图为这个关系的曲线。从图中看出，在下图为这个关系的曲线。从图中看出，在 时有一个峰时有一个峰值，在值，在内有一个增幅区域。在该区域内，系统的幅值有明显的增大，内有一个增幅区域。在该区域内，系统的幅值有明显的增大，因此，称该区为广义共振区。上式称广义共振条件。因此，称该区为广义共振区。上式称广义共振条件。设主、副回路都是二阶系统，如避免副回路进入共振区，主环设主、副回路都是二阶系统，如避免副回路进入共振区，主环的工作频率的工作频率 与副环的共振频率与副环的共振频率 必须

28、必须由于系统工作频率由于系统工作频率 和自然频率和自然频率 之间的关系，即：之间的关系，即： 与与 比较，可以认为当比较，可以认为当满足：满足：对于副回路则有：对于副回路则有： 上式可写成：上式可写成：同样，从主回路看，副回路的输出对主环是一个持续的干扰作同样，从主回路看，副回路的输出对主环是一个持续的干扰作用，也可写出主环进入共振的条件：用，也可写出主环进入共振的条件：时时 在假定主、副回路均是二阶系统情况下，所得到结论与前面分在假定主、副回路均是二阶系统情况下，所得到结论与前面分析一致。析一致。考虑副回路的工作频率总是高于主回路的工作频率，为避免进考虑副回路的工作频率总是高于主回路的工作频

29、率，为避免进入共振区得到的条件为：入共振区得到的条件为：通常取通常取：Char5_24 防止调节器积分器饱和的措施防止调节器积分器饱和的措施 如副调节器是如副调节器是P P作用，主调节器是作用，主调节器是PIPI或或PIDPID作用，出现积分饱作用，出现积分饱和的条件与单回路控制系统相同，只要在主调节器反馈回路中加和的条件与单回路控制系统相同，只要在主调节器反馈回路中加一个间歇单元就可以有效防止积分饱和。一个间歇单元就可以有效防止积分饱和。 但如果主、副调节器均具有积分作用，就存在两个调节器输但如果主、副调节器均具有积分作用，就存在两个调节器输出分别达到极限值的可能性，此时，积分饱和的情况显然

30、比单回出分别达到极限值的可能性，此时，积分饱和的情况显然比单回路要严重。仅利用调节器反馈回路中加一个间歇单元，只能克服路要严重。仅利用调节器反馈回路中加一个间歇单元，只能克服副调节器的积分饱和，主调节器将产生积分饱和。必须采用新的副调节器的积分饱和，主调节器将产生积分饱和。必须采用新的措施：措施： 它是采用副参数它是采用副参数y2y2作为主调节器的外部反馈信号。在动态过作为主调节器的外部反馈信号。在动态过程中，主调节器的输出为：程中，主调节器的输出为：主、副调节器防止积分饱和原理主、副调节器防止积分饱和原理在系统工作正常时，在系统工作正常时，Y2Y2跟踪跟踪R2R2，使：，使：此时主调节器的输

31、出为：此时主调节器的输出为：上式说明主调节器实现比例积分，与上式说明主调节器实现比例积分，与R2R2作为正反馈信号相同，作为正反馈信号相同，当副回路出现长期偏差时，即当副回路出现长期偏差时，即 则主调节器的输出则主调节器的输出R2R2与输入与输入E1E1之间存在比例关系，由之间存在比例关系，由Y2Y2决定偏决定偏差项，此时，主调节器失去积分作用，在稳态时差项，此时，主调节器失去积分作用，在稳态时从式中可看出，从式中可看出，r2r2不会因副回路的偏差的长期存在而发生饱不会因副回路的偏差的长期存在而发生饱和。和。 这种方案的特性还有这种方案的特性还有 ：它使将副回路包围在主调节器：它使将副回路包围

32、在主调节器的正反馈回路中，实现了补偿反馈。这必定会改善主回路的的正反馈回路中，实现了补偿反馈。这必定会改善主回路的性能。性能。5 串级控制系统中主、副调节器正、反作用方向串级控制系统中主、副调节器正、反作用方向 主、副调节器正、反作用方向是保证串级系统正常运行主、副调节器正、反作用方向是保证串级系统正常运行的重要选择。它是根据调节阀气开、气关式已经选定的基础的重要选择。它是根据调节阀气开、气关式已经选定的基础上进行的。首先根据工艺生产安全等原则选择气开、气关式，上进行的。首先根据工艺生产安全等原则选择气开、气关式，然后根据生产工艺条件和调节阀型式决定副调节器的正、反然后根据生产工艺条件和调节阀

33、型式决定副调节器的正、反作用方向，最后根据主、副参数的关系决定主调节器的正、作用方向，最后根据主、副参数的关系决定主调节器的正、反作用方向。反作用方向。 根据反馈控制原理，要使一个过程控制系统正常工作，根据反馈控制原理，要使一个过程控制系统正常工作，控制系统必须采用负反馈。即主通道放大系数的乘积必须是正，控制系统必须采用负反馈。即主通道放大系数的乘积必须是正，也就是调节器放大系数、调节阀、对象的放大系数乘积为正。也就是调节器放大系数、调节阀、对象的放大系数乘积为正。各放大系数的正负是这样决定的：对于调节器，当测量值增加各放大系数的正负是这样决定的：对于调节器，当测量值增加输出增加，则调节器的系

34、数为负（即正作用调节器）；反之，输出增加，则调节器的系数为负（即正作用调节器）；反之，则为正（即反作用调节则为正（即反作用调节器器）。调节阀气开为正，气关为负。对）。调节阀气开为正，气关为负。对象的放大系数是当对象的输入增加时输出增加，放大系数为正，象的放大系数是当对象的输入增加时输出增加，放大系数为正，反之，为负。反之，为负。 第四节第四节 调节器的选型和整定方法调节器的选型和整定方法 串级控制系统主、副调节器的任务不同，对它们的选型串级控制系统主、副调节器的任务不同，对它们的选型也由不同考虑。副调节器的任务主要是快速克服副环内的二也由不同考虑。副调节器的任务主要是快速克服副环内的二次扰动，

35、且副参数不要求无差，一般选用次扰动，且副参数不要求无差，一般选用P P调节器。如主、副调节器。如主、副环的频率相差很大，可采用环的频率相差很大，可采用PIPI调节器。调节器。 主调节器的任务主要是准确保持被调量复合生产要求，主调节器的任务主要是准确保持被调量复合生产要求，主参数要求精度高，不允许有偏差，因此，主调节器必须有主参数要求精度高，不允许有偏差，因此，主调节器必须有积分作用。一般选用积分作用。一般选用PIPI调节器。如副环外的容积数目比较多，调节器。如副环外的容积数目比较多，同时有主要扰动落到副环外面，可采用同时有主要扰动落到副环外面，可采用PIDPID调节器。运行时，调节器。运行时，

36、主环频率低，副环频率高。这些频率决定调节对象的动态特主环频率低，副环频率高。这些频率决定调节对象的动态特性，但也与主、副调节器的整定有关。整定时，应尽量加大性，但也与主、副调节器的整定有关。整定时，应尽量加大副调节器的增益以提高副环的频率，使主、副环频率错开，副调节器的增益以提高副环的频率，使主、副环频率错开，最好在最好在3 3倍以上，减小相互之间的作用影响。副调节器应能很倍以上，减小相互之间的作用影响。副调节器应能很好的独立工作，保证切换方便。好的独立工作，保证切换方便。 在主、副环频率相差比较大时，相互之间影响不大，可在在主、副环频率相差比较大时，相互之间影响不大，可在主环开路的情况下，按

37、简单控制系统的方法整定副调节器。然主环开路的情况下，按简单控制系统的方法整定副调节器。然后，在副环调节器运行下整定主调节器。当主、副调节器频率后，在副环调节器运行下整定主调节器。当主、副调节器频率相近时，就需要在主、副环之间反复试凑，才能达到最佳的整相近时，就需要在主、副环之间反复试凑，才能达到最佳的整定。下面介绍比较常用的串级系统的整定方法。定。下面介绍比较常用的串级系统的整定方法。1 逐步逼近法逐步逼近法 就是在主回路断开的情况下，先整定副调节器的参数，就是在主回路断开的情况下，先整定副调节器的参数，再整定主调节器的参数；然后再进行副调节器的整定，比较上再整定主调节器的参数；然后再进行副调

38、节器的整定，比较上述两次整定所得的控制质量和调节器的参数值，假如达到了控述两次整定所得的控制质量和调节器的参数值，假如达到了控制品质指标，整定就告结束。否则，再照此法求取主调节器第制品质指标，整定就告结束。否则，再照此法求取主调节器第二次的整定值，如此循环下去，直到被控参数的品质指标满足二次的整定值，如此循环下去，直到被控参数的品质指标满足工艺要求为止。这样每循环一次，其整定参数值与最佳参数就工艺要求为止。这样每循环一次，其整定参数值与最佳参数就进一步，所以，这种整定法被称为逐步逼近法。进一步，所以，这种整定法被称为逐步逼近法。 整定步骤：整定步骤： (1) (1) 断开主回路，将副回路作为一

39、个单回路系统，按单回路断开主回路，将副回路作为一个单回路系统，按单回路反馈控制系统的整定方法，求取副调节器的整定参数值反馈控制系统的整定方法，求取副调节器的整定参数值 (2) (2) 将副调节器的参数置于所求得的数值上，把副回路作为将副调节器的参数置于所求得的数值上，把副回路作为一个等效对象，这样一个等效对象，这样, ,主回路又成为一个单回路系统。于是主回路又成为一个单回路系统。于是, ,同同样按单回路反馈控制系统的整定样按单回路反馈控制系统的整定 方法方法, ,求取主调节器的求取主调节器的整定参数值记为整定参数值记为 (3) (3) 主回路闭合主回路闭合, ,主调节器参数置于所求得的数值上主

40、调节器参数置于所求得的数值上, ,再求副再求副调节器的整定参数调节器的整定参数 ，然后整定主调节器，然后整定主调节器(4) (4) 至此已完成一次逼近循环至此已完成一次逼近循环, ,若控制质量已达到工艺要求若控制质量已达到工艺要求, ,整定即告结束整定即告结束, ,主、副调节器整定参数分别取主、副调节器整定参数分别取 和和若控制质量未达到工艺规定指标若控制质量未达到工艺规定指标, ,则依次法继续整定则依次法继续整定. . (5) (5) 将副调节器参数置于将副调节器参数置于 上上, ,在求取主调节器整定参在求取主调节器整定参数数 . .(6 ) (6 ) 照此法循环进行照此法循环进行, ,逐步

41、逼近逐步逼近, ,直到被控参数满足质量要求直到被控参数满足质量要求为止为止. . 逐步逼近法虽属可行逐步逼近法虽属可行, ,但是往往需要花费较多时间但是往往需要花费较多时间. . 2 2 两步整定法两步整定法 根据串级控制系统的设计原则根据串级控制系统的设计原则, ,串级控制系统主对象、副对串级控制系统主对象、副对象的时间常数应适当匹配象的时间常数应适当匹配, ,要求主副对象时间常数之比要求主副对象时间常数之比T01/T02T01/T02在在310310范围内范围内. .这样这样, ,主回路主回路, ,副回路的工作频率和振荡周期相差副回路的工作频率和振荡周期相差很大很大, ,主副回路的动态联系

42、很小主副回路的动态联系很小, ,甚至可以忽略不计甚至可以忽略不计. .所以所以, ,副调副调节器整定好之后节器整定好之后, ,可以把副回路作为主回路的一个环节可以把副回路作为主回路的一个环节, ,按单回按单回路反馈控制系统整定方法来整定主调节器参数路反馈控制系统整定方法来整定主调节器参数, ,而不必再考虑主而不必再考虑主调节器参数的变化对副回路的影响调节器参数的变化对副回路的影响. . 另外另外, ,一般的串级控制系统一般的串级控制系统, ,对于副参数的质量指标没有严格对于副参数的质量指标没有严格要求要求, ,而对于主参数的质量指标要求很高而对于主参数的质量指标要求很高. .在一般情况下在一般

43、情况下, ,设置副设置副参数是为了提高主参数的控制质量参数是为了提高主参数的控制质量, ,在副调节器参数整定好后在在副调节器参数整定好后在整定主调节器参数整定主调节器参数, ,虽然会影响副参数的质量虽然会影响副参数的质量, ,但只要主参数的但只要主参数的质量通过主调节器参数的整定得到保证质量通过主调节器参数的整定得到保证, ,副回路的控制质量可以副回路的控制质量可以允许牺牲一些允许牺牲一些. . 所谓两步整定法所谓两步整定法, ,就是先整定副调节器参数就是先整定副调节器参数, ,后整定主调节器后整定主调节器参数的方法参数的方法. . 整定步骤整定步骤: :(1) (1) 在工况稳定在工况稳定,

44、 ,主回路闭合主回路闭合, ,主副调节器都在纯比例作用运行的主副调节器都在纯比例作用运行的条件下条件下, ,将主调节器的比例带将主调节器的比例带置于置于100%100%的刻度上的刻度上, , 用单回路反馈用单回路反馈控制系统的整定方法来整定副回路控制系统的整定方法来整定副回路, ,按某种衰减比按某种衰减比( (如如4:1)4:1)将副调将副调节器的比例带由大逐渐减小调节节器的比例带由大逐渐减小调节, ,求取副调节器的比例带求取副调节器的比例带2s2s和振和振荡周期荡周期T2s.T2s. (2) (2) 将副调节器的比例带将副调节器的比例带22置于所求取的置于所求取的2s2s上上, ,把副回路作

45、把副回路作为主回路中的一个环节为主回路中的一个环节, ,用同样方法整定主回路用同样方法整定主回路, ,求取主回路在同求取主回路在同样衰减比样衰减比( (如如4:1)4:1)下的主调节器的比例带下的主调节器的比例带1s1s和振荡周期和振荡周期T1s.T1s. (3) (3) 根据求取的根据求取的1s,T1s1s,T1s和和2s,T2s2s,T2s值值, ,按经验公式计算主副调按经验公式计算主副调节器的比例带节器的比例带1,1,积分时间常数积分时间常数T1T1和微分时间常数和微分时间常数TdTd的实际数值的实际数值. . (4) (4) 按按 先副后主先副后主 先比例后积分再微分先比例后积分再微分

46、 的整定程序的整定程序, ,将主副将主副调节器参数设置在调节器上调节器参数设置在调节器上. . (5) (5) 观察控制过程观察控制过程, ,必要时进行适当调整必要时进行适当调整, ,直到过程品质最佳直到过程品质最佳位置位置. . 两步整定法比逐步逼近法简便两步整定法比逐步逼近法简便, ,而且能过满足串级控制系统而且能过满足串级控制系统中主参数副参数的不同要求中主参数副参数的不同要求, ,所以应用很广所以应用很广. .第五节第五节 比值控制系统比值控制系统 工艺生产中经常要求两种或多种原料成一定比例关系，一工艺生产中经常要求两种或多种原料成一定比例关系，一旦失调，会影响生产的正常进行、影响产品

47、质量、浪费原料、旦失调，会影响生产的正常进行、影响产品质量、浪费原料、造成环境污染，甚至造成生产事故。造成环境污染，甚至造成生产事故。 比值控制系统的定义：把两种或两种以上物料自动保持一比值控制系统的定义：把两种或两种以上物料自动保持一定比例关系的控制系统。定比例关系的控制系统。 一、常见的比值控制系统一、常见的比值控制系统、单闭环比值控制系统、单闭环比值控制系统在单闭环比值控制系统中，主动量通过比值器作为从动量在单闭环比值控制系统中，主动量通过比值器作为从动量调节器的给定值。当从动量与主动量不成预定比例时，通过调调节器的给定值。当从动量与主动量不成预定比例时，通过调节阀的调节作用，改变从动量

48、，以保持两者间的比例关系。这节阀的调节作用，改变从动量，以保持两者间的比例关系。这里，主动量处于开环状态，从动量构成了闭合回路，故称为单里，主动量处于开环状态，从动量构成了闭合回路，故称为单闭环比值控制系统。闭环比值控制系统。 例如：冶金炉及隧道窑燃烧过程的单闭环比值控制系统。当炉例如：冶金炉及隧道窑燃烧过程的单闭环比值控制系统。当炉膛温度偏离给定值时，温度控制系统中的温度调节器发出控制膛温度偏离给定值时，温度控制系统中的温度调节器发出控制信号，改变调节阀的开度，从而改变煤气量。见下图信号，改变调节阀的开度，从而改变煤气量。见下图单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统空气量以一定比值空气量以一定

49、比值跟着变化，两者按跟着变化，两者按一定比例送到炉膛。一定比例送到炉膛。这里，煤气量是主这里，煤气量是主动量，空气量为从动量，空气量为从动量。为煤气动量。为煤气流量，流量，2 2为空气流为空气流量。量。随改变的方框图随改变的方框图5 52323如下。煤气量的变化，如下。煤气量的变化，相当于改变空气量的给定值。所以，空气量就要跟随改变，从相当于改变空气量的给定值。所以，空气量就要跟随改变，从而保持了比例关系。如果调节器而保持了比例关系。如果调节器 选用比例积分作用，则平衡选用比例积分作用，则平衡时时式中；式中； 为两个流量变送器的传递函数；为两个流量变送器的传递函数； 比值调节器的传递函数。比值

50、调节器的传递函数。单闭环比值控制系统，由于结构简单，调整方便，并能实单闭环比值控制系统，由于结构简单，调整方便，并能实现两个流量间较精确的比例关系，因此得到了广泛的应用。但现两个流量间较精确的比例关系，因此得到了广泛的应用。但是，由于主动量的自发扰动不受控制，从动量又随主动量而变是，由于主动量的自发扰动不受控制，从动量又随主动量而变化，因而通过该系统控制后的总动量是不固定的，不能消除流化，因而通过该系统控制后的总动量是不固定的，不能消除流量的自发扰动。这对于要求严格的工艺生产过程可能是不允许量的自发扰动。这对于要求严格的工艺生产过程可能是不允许的。的。、双闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统双

51、闭环比值控制系统是为了克服单闭环比值控制系统的双闭环比值控制系统是为了克服单闭环比值控制系统的缺点而产生的。如图（缺点而产生的。如图（5 52424）主动量、从动量都由闭主动量、从动量都由闭合的回路来控制，两者合的回路来控制，两者间通过比值器实现其比间通过比值器实现其比值关系，故称为双闭环值关系，故称为双闭环比值控制系统。比值控制系统。在以石油为原料的在以石油为原料的合成氨生产过程中，工合成氨生产过程中，工艺要求进入一段转化炉艺要求进入一段转化炉的石油与水蒸气的石油与水蒸气成一定比例成一定比例一一段段转转化化炉炉要求、流量比较恒定，因此，设计了双闭环比值控制系统。要求、流量比较恒定，因此，设计

52、了双闭环比值控制系统。其框图为：其框图为：在生产恒定的情况下，主动量通过本身的闭合回路保持在给定在生产恒定的情况下，主动量通过本身的闭合回路保持在给定值（）上，同时，通过比值器给出从动量回路的给定值值（）上，同时，通过比值器给出从动量回路的给定值（）。从动量根据给定值（）进行调节，以保持主动量、从（）。从动量根据给定值（）进行调节，以保持主动量、从动量之间为一定比例。动量之间为一定比例。 （ 图图525）当从动量发生扰动时，由该回路克服，使扰动不会影响到主动量。当从动量发生扰动时，由该回路克服，使扰动不会影响到主动量。当主动量发生扰动时，主动量回路在克服扰动的过程中，通过比当主动量发生扰动时，

53、主动量回路在克服扰动的过程中，通过比值器是从动量跟随主动量变化而变化。最后使主动量恢复到给定值器是从动量跟随主动量变化而变化。最后使主动量恢复到给定值，而从动量与主动量间的比值不变。双闭环比值控制系统实质值，而从动量与主动量间的比值不变。双闭环比值控制系统实质上是由一个随动的主动量控制回路与一个随动的从动量控制回路上是由一个随动的主动量控制回路与一个随动的从动量控制回路构成。构成。双闭环比值控制系统既能保持主动量、从动量在变化情况下双闭环比值控制系统既能保持主动量、从动量在变化情况下的比值关系，同时又能消除两个流量的自发扰动。的比值关系，同时又能消除两个流量的自发扰动。3 3 变比值控制系统变

54、比值控制系统 不难发现不难发现, ,无论是单环还是双环比值控制系统无论是单环还是双环比值控制系统, ,主副流量之间主副流量之间的比值都是确定的。但在有些生产过程中，两个流量之比不是一的比值都是确定的。但在有些生产过程中，两个流量之比不是一个常数，而要根据另一个参数的变化来不断修正，显然这是一个个常数，而要根据另一个参数的变化来不断修正，显然这是一个变比值控制问题。变比值控制问题。例如：例如： 变环炉触煤层温度控制变环炉触煤层温度控制 反应器工作原理反应器工作原理 执行器的选择执行器的选择 控制系统框图控制系统框图这个方案实际上是一个串级比值控制系统。它的副回路是一个这个方案实际上是一个串级比值

55、控制系统。它的副回路是一个单环比值系统，其比值由除法器来实现。当主参数即触煤层温单环比值系统，其比值由除法器来实现。当主参数即触煤层温度受某种干扰作用发生变化时，主调节器将会改变副调节器的度受某种干扰作用发生变化时，主调节器将会改变副调节器的设定值设定值r2r2，即改变两个流量的比值，增大或减小水蒸气量，从，即改变两个流量的比值，增大或减小水蒸气量，从而使温度回到设定值。而使温度回到设定值。在变比值控制系统中，主参数往往是选择衡量质量的最终指标，在变比值控制系统中，主参数往往是选择衡量质量的最终指标，因此，这种系统，由于它具有按主参数反馈自动矫正比值的优因此，这种系统，由于它具有按主参数反馈自

56、动矫正比值的优点，将会随质量仪表的发展在生产中得到较广泛的应用。点，将会随质量仪表的发展在生产中得到较广泛的应用。4 4、串级比值控制系统、串级比值控制系统上面介绍了实现两种物料成一定比例的比值控制系统。在上面介绍了实现两种物料成一定比例的比值控制系统。在化工生产过程中，有些化学反应过程需要通过第三个参数去自化工生产过程中，有些化学反应过程需要通过第三个参数去自动矫正主动量、从动量的比值。例如在生产硝酸氨时，氨氧化动矫正主动量、从动量的比值。例如在生产硝酸氨时，氨氧化生成一氧化氮的过程是放热反应，为了化学反应正常进行，应生成一氧化氮的过程是放热反应，为了化学反应正常进行，应使反应温度保持在一定

57、范围内，而影响温度的主要因素是氨和使反应温度保持在一定范围内，而影响温度的主要因素是氨和空气的比值。据分析，氨在混合器中浓度下降，将引起炉空气的比值。据分析，氨在混合器中浓度下降，将引起炉温下降摄氏度，当反应温度受各种扰动作用而发生变化时，温下降摄氏度，当反应温度受各种扰动作用而发生变化时，均需要用改变氨量来补偿。均需要用改变氨量来补偿。为了保持硝酸氨氧化炉温度在一定范围内，故设计了如下为了保持硝酸氨氧化炉温度在一定范围内，故设计了如下图图以氧化炉温度为主参数、氨气和空气的比值为副参数的串级以氧化炉温度为主参数、氨气和空气的比值为副参数的串级比值控制系统。副回路就是一个变比值控制系统，空气与氨

58、比值控制系统。副回路就是一个变比值控制系统，空气与氨气流量通过除法器运算后，作为两个流量的比值送入副调节气流量通过除法器运算后，作为两个流量的比值送入副调节除法器除法器 （ 图图528）器，根据器，根据x(t)x(t)给定值，由副回路来改变氨气流量，以控制给定值，由副回路来改变氨气流量，以控制其氨气与空气流量间的比值。当氧化炉温度不变时，空气与氨其氨气与空气流量间的比值。当氧化炉温度不变时，空气与氨气的比值保持不变。当炉温受到扰动作用而变化时，主调节器气的比值保持不变。当炉温受到扰动作用而变化时，主调节器的输出（即副回路的给定值）发生变化，于是副调节器发出控的输出（即副回路的给定值）发生变化，

59、于是副调节器发出控制信号去改变氨气调节阀的开度，改变氨气流量，使炉温恢复制信号去改变氨气调节阀的开度，改变氨气流量，使炉温恢复为给定值。可见，比值控制系统中的氨气和空气流量值比是变为给定值。可见，比值控制系统中的氨气和空气流量值比是变化的，因而也可叫做变比值控制系统。见系统的方框图如下化的，因而也可叫做变比值控制系统。见系统的方框图如下Q2Q1二、比值控制系统的设计二、比值控制系统的设计1 主动量、从动量的确定主动量、从动量的确定 生产过程中起主导作用、可测而不可控、较昂贵的物料流生产过程中起主导作用、可测而不可控、较昂贵的物料流量选择为主动量，其他为从动量；主、从动量的选择应服从工量选择为主

60、动量，其他为从动量；主、从动量的选择应服从工艺需要。艺需要。2 控制方案的选择控制方案的选择 根据生产工艺情况、扰动情况、控制要求选择合适的控制根据生产工艺情况、扰动情况、控制要求选择合适的控制方案。方案。3 调节器控制规律的选择调节器控制规律的选择 根据控制方案和控制要求选择。根据控制方案和控制要求选择。4 比值系数的计算比值系数的计算 比比值值控控制制系系统统中中，主主动动量量Q1Q1与与从从动动量量Q2Q2之之间间为为一一定定比比值值关关系，即：系，即： 或或 Q2 = KQ1Q2 = KQ1式式中中K K由由工工艺艺指指标标决决定定，是是主主动动量量、从从动动量量的的质质量量流流量量或

61、或体体积积流流量量之之比比，它它与与实实际际控控制制系系统统的的比比值值系系数数是是有有区区别别的的。在在比比值值控控制制系系统统的的使使用用中中，比比值值系系数数的的计计算算是是一一个个重重要要的的问问题题。控控制制系系统统由由过过程程检检测测控控制制仪仪表表和和控控制制对对象象组组成成。常常用用的的单单元元组组合合仪仪表表间间均均以以标标准准统统一一信信号号联联系系。如如气气动动仪仪表表是是0.21.0kgf/cm20.21.0kgf/cm2的的压压力力信信号号，电电动动仪仪表表是是010mA 010mA DCDC或或420mA 420mA DCDC的的电电信信号号。而而生生产中是两种物料

62、的体积流量或质量流量，所以，必须将流量的产中是两种物料的体积流量或质量流量，所以，必须将流量的比值比值K K换算成仪表信号的比值系数换算成仪表信号的比值系数。例如：合成塔比值控制系统，如（图例如：合成塔比值控制系统，如（图530）：）：要求要求A A、B B两种物料的流两种物料的流量保持一定比例，其中量保持一定比例，其中B B不可控，当它改变时，不可控，当它改变时，由调节器控制调节阀，由调节器控制调节阀，A A、B B管路上都安装了节流元管路上都安装了节流元件。件。DTDT为变送器，它将为变送器，它将两个压差变成两个电流，两个压差变成两个电流，R R为比值器，将压差控制为比值器，将压差控制电流

63、作为设定值送到调电流作为设定值送到调节器，系统框图如下节器，系统框图如下 是比例积分作用，通过调节是比例积分作用，通过调节A A物料流量以保持物料流量以保持 设设A A为主流量，为主流量，B B为副流量。为副流量。 设两个物料流量的比值为设两个物料流量的比值为K K，这与系统中采用哪知类型仪表，这与系统中采用哪知类型仪表有关，对于电动（有关，对于电动（DianDian）单元（）单元（DanDan）组合（）组合（ZuZu）DDZDDZ仪表分为：仪表分为：DDZ-IDDZ-I型型/ DDZ-II/ DDZ-II型型/ DDZ-III/ DDZ-III型型, ,其中，其中， DDZ-IDDZ-I型采

64、用型采用010mA 010mA DCDC作为统一标准信号，它以电子管作为主要放大元件，作为统一标准信号，它以电子管作为主要放大元件，19641964年年生产，已经本淘汰。生产，已经本淘汰。DDZ-IIDDZ-II型也采用型也采用010mA DC010mA DC作为统一标准信作为统一标准信号，它以晶体管作为主要放大元件，号，它以晶体管作为主要放大元件，19701970年生产，也很少使用。年生产，也很少使用。 DDZ-IIIDDZ-III型也采用型也采用420mA DC420mA DC或或(15V)(15V)作为统一标准信号，它是作为统一标准信号，它是国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）

65、推荐，采用了安全火花型防爆措施和）推荐，采用了安全火花型防爆措施和直流直流(24V)(24V)电源集中供电，并考虑了和计算机联通的问题。以电源集中供电，并考虑了和计算机联通的问题。以线性集成电路作为主要元件。线性集成电路作为主要元件。QDZQDZ是是(Qi)(Dan)(Zu)(Qi)(Dan)(Zu)是气动单元是气动单元组合仪表，也分组合仪表，也分IIIIIIII型，统一采用型，统一采用(0.21.0kgf/cm2)(0.21.0kgf/cm2)标准信标准信号。号。 DDZDDZ仪表广泛用于冶金、电站、轻纺、建筑石油、化工等仪表广泛用于冶金、电站、轻纺、建筑石油、化工等工业部门，其控制系统由控

66、制对象与电动单元组合仪表组成，工业部门，其控制系统由控制对象与电动单元组合仪表组成，对象的输出是被控量，如温度、压力、流量、液位等工艺参数，对象的输出是被控量，如温度、压力、流量、液位等工艺参数，它经变送器转换成电信号后，一边送显示单元，一边送调节单它经变送器转换成电信号后，一边送显示单元，一边送调节单元，与给定的的值进行比较，调节单元按偏差以一定的控制规元，与给定的的值进行比较，调节单元按偏差以一定的控制规律发控制命令，控制执行单元动作，改变调节阀的开度，达到律发控制命令，控制执行单元动作，改变调节阀的开度，达到调节的目的。使被控制量与给定值相等。调节的目的。使被控制量与给定值相等。现以现以

67、DDZ-IIIDDZ-III为例，实现方法分两种情况讨论。为例，实现方法分两种情况讨论。（1 1）流量与其测量信号之间是非线性关系）流量与其测量信号之间是非线性关系调节单元调节单元执行单元执行单元给定单元给定单元显示单元显示单元变送单元变送单元控制对象控制对象被控量被控量控制量控制量DDZ 对于节流元件，压差与流量的平方成正比。对对于节流元件，压差与流量的平方成正比。对A A、B B两条管两条管路上的节流元件可分别写成：路上的节流元件可分别写成：显然：显然：其中其中 分别为节流元件的放大系数。分别为节流元件的放大系数。压差变送器压差变送器DTDT的转换公式为：的转换公式为：B B物料的流量信号

68、经比值器后：物料的流量信号经比值器后：是比值器是比值器R R的比值系数，由（的比值系数，由（1 1）(4)(4)联立得：联立得：由于调节器由于调节器QCQC是是PIPI作用，在稳态下应有作用，在稳态下应有：则比值系数则比值系数：其中比值为：其中比值为：（2 2）流量与其测量信号之间是呈线性关系）流量与其测量信号之间是呈线性关系 在在有有些些系系统统中中, ,在在变变送送器器后后又又加加上上开开方方器器, ,使使流流量量与与测测量量信信号号之间不再是非线性关系之间不再是非线性关系, ,此时构成的系统如（图此时构成的系统如（图5 53333）由于采用了开方器由于采用了开方器, ,比值系数的计算需要

69、稍加改动比值系数的计算需要稍加改动. .从压差变送器输出的信号仍为从压差变送器输出的信号仍为IAIA和和IB,IB,他们经过开方器后得到他们经过开方器后得到同样同样,IB ,IB 经过比值器后得到：经过比值器后得到：同样同样, ,经过合并经过合并, ,并使并使IA=IB*,IA=IB*,最后得到最后得到. . 通通过过比比值值系系数数的的计计算算可可以以看看到到, ,在在比比值值系系统统中中, ,各各种种仪仪表表的的零零点点调调整整非非常常重重要要. .否否则则名名为为比比值值控控制制, ,实实际际上上这这个个比比值值却却随随着着负负荷荷改变改变, ,不能达到比值的目的不能达到比值的目的. .

70、（558）（559）（560）三、比值控制系统的工程整定三、比值控制系统的工程整定 常见的比值控常见的比值控制系统制系统单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统串级比值控制系统串级比值控制系统主调节器按串级控制主调节器按串级控制系统的整定方法整定系统的整定方法整定主动量回路可主动量回路可按单回路反馈按单回路反馈控制系统整定控制系统整定比值控制系统比值控制系统从动回路整定从动回路整定随动控制系统随动控制系统利用临界振荡利用临界振荡过程进行整定过程进行整定纯比例调节纯比例调节比例积分调节比例积分调节准确、迅速的跟随准确、迅速的跟随给定值变化，余差给定值变化，余差要小

71、，不准有超调要小，不准有超调量量一个周期就回一个周期就回到给定值，超到给定值，超调要小调要小具体整定步骤：具体整定步骤：（1 1） 根据计算求得的比值系数根据计算求得的比值系数，在满足工艺生产流，在满足工艺生产流量比的条件下，将比值控制系统投入自动运行。量比的条件下，将比值控制系统投入自动运行。（2 2） 置置调调节节器器积积分分时时间间常常数数T1=T1=，调调节节比比例例度度由由大大逐逐渐渐减减小小，得得到到系系统统响响应应迅迅速速、调调节节灵灵敏敏的的处处于于振振荡荡与与不不振振荡荡的的临界过程。临界过程。（3 3）适适当当放放宽宽比比例例度度，投投入入积积分分作作用用，并并减减小小积积

72、分分时时间间，直直到到系系统统出出现现振振荡荡与与不不振振荡荡或或微微小小振振荡荡、而而且且超超调调量量又又不不大大的的响应过程曲线为止。响应过程曲线为止。第五章第五章 串级控制与比值控制系统串级控制与比值控制系统一一.串级控制的概念串级控制的概念来由及结构它主要用来克服进入副回路的二次干扰。来由及结构它主要用来克服进入副回路的二次干扰。二二.串级系统的功能串级系统的功能1.1.内环具有快速作用，有效克服二次干扰的影响，内环具有快速作用，有效克服二次干扰的影响，副回路很快，可看成是理想随动系统，副回路很快，可看成是理想随动系统，2.2.由于内环起了改善对象动态特性的作用，因此可以加由于内环起了

73、改善对象动态特性的作用，因此可以加大主调节器的增益，提高系统的工作频率。大主调节器的增益，提高系统的工作频率。3.3.由于内环的存在，使串级系统有一定自适应能力由于内环的存在，使串级系统有一定自适应能力三三.串级系统设计串级系统设计1.1.副回路设计副回路设计2.2.主副回路频率选择：主副回路频率选择：Td1Td1 （3 31010）Td2Td2四四.串级系统整定，两种方法串级系统整定，两种方法五五.比值控制比值控制比值：比值： K=Q1/ Q2K=Q1/ Q2比值系数之计算比值系数之计算流量与其测量信号之间是呈非线性关系时的比值系数流量与其测量信号之间是呈非线性关系时的比值系数计算计算流量与其测量信号之间是呈线性关系时的比值系数计算流量与其测量信号之间是呈线性关系时的比值系数计算