[畢業(yè)設計精品]啤酒生產(chǎn)線殺菌預熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)的設計.doc

過程控制系統(tǒng)課程設計說明書啤酒生產(chǎn)線殺菌預熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)的設計1 概述我國居民對物質(zhì)需求的不斷增長，導致了我國現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展。而伴隨著生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)過程自動化已經(jīng)成為一項龐大的系統(tǒng)工程，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日益復雜。微電子技術，數(shù)據(jù)通信技術，網(wǎng)絡技術和計算機多媒體技術在生產(chǎn)過程自動化中已經(jīng)得到日益廣泛的應用，過程控制儀表已經(jīng)向電子化，微型化，數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展；過程控制系統(tǒng)從傳統(tǒng)的儀表控制系統(tǒng)向計算機集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)迅速發(fā)展已經(jīng)成為成為不爭的事實。過程控制通常是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制，它是自動化技術最重要的組成部分之一，自動控制的主要任務是對生產(chǎn)過程的有關參數(shù)進行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化，在保持產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下，使連續(xù)型生產(chǎn)過程自動的進行下去。人們要控制一個過程，必須了解過程的特性，過程特性的數(shù)學描述就稱為過程的數(shù)學模型。在控制系統(tǒng)的分析和設計中，過程的數(shù)學模型是極為重要的基礎資料。過程的特性可從穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩方面來考察，前者指的是過程在輸入和輸出變量達到平穩(wěn)狀態(tài)下的行為，后者指的是輸出變量和狀態(tài)變量在輸入影響下的變化過程的情況。生產(chǎn)過程是由各個環(huán)節(jié)或工藝設備組成的。各個工藝設備之間必然存在著相互聯(lián)系和相互影響，因此，在設計簡單控制系統(tǒng)時必須要有正確的設計思想，要站在全局自動化的立場上，從整個生產(chǎn)過程過程出發(fā)來考慮問題，從而做到既保證連續(xù)生產(chǎn)物料供求關系的協(xié)調(diào)，又保證產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量；既使生產(chǎn)過程能充分發(fā)揮設備的潛力，又保證生產(chǎn)過程的安全與可靠。過程控制系統(tǒng)分為多種，有簡單控制系統(tǒng)和復雜控制系統(tǒng)，而復雜過程控制系統(tǒng)又可分為：串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)和均值控制系統(tǒng)等幾種。在本次控制系統(tǒng)的選擇中，因為設計題目要求是：對啤酒生產(chǎn)線的殺菌過程中的預熱區(qū)的溫度控制系統(tǒng)進行設計，所以本著簡單、實用的原則我把它設計成一個簡單的單回路系統(tǒng)來滿足題目要求。2 啤酒殺菌過程及方法簡介過去的20年是我國啤酒產(chǎn)銷量高速增長的時期，從2002年起我國成為第一大啤酒生產(chǎn)和銷售國。隨之而來的是消費者對啤酒口感的要求愈來愈高,啤酒的口感是啤酒質(zhì)量的一個重要標志性指標，其影響因素很多，除原料、釀酒工藝、罐裝工藝以及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的衛(wèi)生處理狀況外，殺菌工藝也是一個非常重要的因素。殺菌工藝不僅影響到啤酒的口味，同時也影響到啤酒的保質(zhì)期。因此殺菌工藝是啤酒生產(chǎn)過程中一道非常重要的工序。目前普遍采用的是巴氏殺菌法，它是一種利用較低的溫度既可殺死病菌又能保持物品中營養(yǎng)物質(zhì)風味不變的消毒法。巴氏消毒法是法國微生物學家巴斯德為葡萄酒消毒時發(fā)明，并以他的名字來命名的一種消毒方法。指在規(guī)定時間內(nèi)以不太高的溫度處理液體食品的一種加熱滅菌方法。巴氏消毒的原理是在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越低，細菌繁殖越慢；溫度越高，繁殖越快。但溫度太高，細菌就會死亡。不同的細菌有不同的最適生長溫度和耐熱、耐冷能力。巴氏消毒其實就是利用病原體不是很耐熱的特點，用適當?shù)臏囟群捅貢r間處理，將其全部殺滅。但經(jīng)巴氏消毒后，仍保存小部分無害或有益、較耐熱的細菌或細菌芽孢。根據(jù)殺菌溫度，處理時間及玻璃瓶受熱沖擊和壓力變化的能力，瓶裝啤酒殺菌過程由三個溫區(qū)組成：預熱區(qū)，過熱及保溫區(qū)，冷卻區(qū)。加熱手段為熱蒸汽。本次課程設計主要對預熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)進行設計，以滿足生產(chǎn)工藝要求。啤酒殺菌流工藝程圖如下：圖2-1 啤酒殺菌工藝流程圖3 溫度控制系統(tǒng)介紹溫度控制系統(tǒng)是以溫度作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在化工、石油、冶金等生產(chǎn)過程的物理過程和化學反應中，溫度往往是一個很重要的參量，需要準確地加以控制。除了這些部門之外，溫度控制系統(tǒng)還廣泛應用于其他領域，例如啤酒的加工生產(chǎn)。它是用途很廣的一類工業(yè)控制系統(tǒng)。溫度控制系統(tǒng)常用來保持溫度恒定或者使溫度按照某種規(guī)定的程序變化。下圖為啤酒預熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)原理圖：圖3-1 啤酒預熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)原理圖圖3-2 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如上圖所示，溫度控制系統(tǒng)由被控對象、測量裝置、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)等部分構(gòu)成。被控對象是一個裝置或一個過程，它的溫度是被控制量。測量裝置對被控溫度進行測量，并將測量值與給定值比較，若存在偏差便由調(diào)節(jié)器對偏差信號進行處理，再輸送給執(zhí)行機構(gòu)來增加或減少供給被控對象的熱量，使被控溫度調(diào)節(jié)到整定值。測量裝置是溫度控制系統(tǒng)的重要部件，包括溫度傳感器和相應的輔助部分，如放大、變換電路等。測量裝置的精度直接影響溫度控制系統(tǒng)的精度，因此在高精度溫度控制系統(tǒng)中必須采用高精度的溫度測量裝置。溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)大多采用可控熱交換器。根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的校正后的偏差信號，調(diào)節(jié)流入熱交換器的熱載體（液體或氣體）的流量，來改變供給（或吸收）被控對想的熱量，以達到調(diào)節(jié)溫度的目的。在一些簡單的溫度控制系統(tǒng)中，也常采用電加熱器作為執(zhí)行機構(gòu)，對被控對象直接加熱。通過調(diào)節(jié)電壓（或電流）的大小可改變供出的熱量。不同的應用部門對溫度控制系統(tǒng)品質(zhì)有不同的要求，并選用不同類型的調(diào)節(jié)器。如果精度要求不高，可采用兩位調(diào)節(jié)器,一般情況下多采用pid調(diào)節(jié)器。高精度溫度控制系統(tǒng)則常采用串級控制。串級控制系統(tǒng)由主回路和副回路兩個回路構(gòu)成，具有控制精度高、抗干擾能力強、響應快、動態(tài)偏差小等優(yōu)點，常用于干擾強,且溫度要求精確的生產(chǎn)過程,如化工生產(chǎn)中反應器的溫度控制。多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進行熱交換時的溫度變化過程，它既是一個時間過程，也是沿空間的一個傳播過程，需要用偏微分方程來描述各點溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設計理論還很不成熟，而且往往過于復雜而難于在工程實際問題中應用。解決的途徑有二：一是把溫度控制系統(tǒng)作為時滯系統(tǒng)來考慮。時滯較大時采用時滯補償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點之一。另一途徑是采用分散控制方式，把分布參數(shù)的被控過程在空間上分段化，每一段過程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來控制，構(gòu)成空間上分布的多站控制系統(tǒng)。采用分散控制常可獲得較好的控制精度。4 控制系統(tǒng)的設計過程控制系統(tǒng)設計和應用的兩個重要內(nèi)容：控制方案的設計、選擇檢測變送器、選擇執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)閥、選擇調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)器整定參數(shù)值的確定等幾個部分。4.1 控制系統(tǒng)方案選擇設計和應用好一個過程控制系統(tǒng)，首先應全面了解被控制過程，其次根據(jù)工藝要求對系統(tǒng)進行研究，確定最佳的控制方案，最后，對過程控制系統(tǒng)進行設計，整定和投運。對于過程控制系統(tǒng)而言，控制方案的選擇和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定是其兩個重要的內(nèi)容，如果控制方案設計不合理，僅憑調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定無法獲得良好的控制質(zhì)量；相反控制方案很好，但是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的不合適，也不能使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)形式可分為單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)包含一個測量變送器，一個調(diào)節(jié)器，一個執(zhí)行器和對象，對對象的某一個被控制參數(shù)進行閉環(huán)負反饋控制。在系統(tǒng)分析設計和整定中，單回路系統(tǒng)設計方法是最基本的方法，適用于其他各類復雜控制系統(tǒng)的分析，設計，整定和投運。本次溫度控制系統(tǒng)設計中啤酒溫度被作為被控量，為了使系統(tǒng)變得簡單無需設置副被控量，因此采用單回路控制系統(tǒng)即可實現(xiàn)預熱區(qū)溫度的控制。詳細的原因?qū)⒃谙乱还?jié)和串級系統(tǒng)比較中重點介紹。采用單回路控制方式來實現(xiàn)啤酒生產(chǎn)線殺菌預熱區(qū)溫度控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：圖4-1 單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖調(diào)節(jié)器pid調(diào)節(jié)器執(zhí)行器氣動薄膜式執(zhí)行器被控對象換能器被控量啤酒溫度檢測變送器ddz型熱電阻溫度變送器4.2 系統(tǒng)控制過程分析溫度控制系統(tǒng)的控制階段主要分為：平衡階段和抗干擾調(diào)節(jié)階段。下面我將分別對這兩個階段進行分析。下圖問系統(tǒng)控制圖：圖4-2 控制圖4.2.1 系統(tǒng)動態(tài)平衡階段分析系統(tǒng)由蒸汽給未經(jīng)殺菌的啤酒傳遞熱量使其保持預熱溫度。當蒸汽的量和品質(zhì)不變，未殺菌的啤酒的量和品質(zhì)也保持不便，則控制系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，并保持此動態(tài)平衡狀態(tài)，直至有新干擾發(fā)生，或人們對被預熱區(qū)的出口溫度t有新的要求。4.2.2 系統(tǒng)抗干擾調(diào)節(jié)階段分析該溫控系統(tǒng)干擾主要來自：啤酒流量的變化、啤酒溫度的變化、蒸汽源不夠穩(wěn)定、蒸汽溫度的變化、換能器環(huán)境溫度的變化。干擾產(chǎn)生的結(jié)果主要有：1 啤酒流量的變化：流量上升，出口溫度t下降；2 啤酒溫度上升，出口溫度t上升；3 蒸汽壓力上升導致流量的上升，出口溫度t上升。無論是由于何種原因，何種干擾，只要它的作用使出口溫度t有了變化，控制系統(tǒng)就能通過調(diào)節(jié)器來克服，使出口溫度t回到原來的平衡狀態(tài)。顯然出口溫度t只能有兩種改變，一種是溫度上升，還有一種是溫度下降。下面我將分別對這兩種變換進行分析：1 溫度t上升：當外界干擾使出口溫度t上升時，溫度變送器的熱電阻阻值增加，電流值增大，使反饋測量值z增大，偏差e因此減小，控制器發(fā)揮作用使氣動執(zhí)行器的開度減小，熱蒸汽流量減小，使出口溫度t下降。2 溫度t下降：當外界干擾使出口溫度t下降時，溫度變送器的熱電阻阻值降低，電流值減小，使反饋測量值z減小，偏差e因此增大，控制器發(fā)揮作用使氣動執(zhí)行器的開度增大，熱蒸汽流量增大，使出口溫度t上升。4.3 單回路與串級控制系統(tǒng)的比較單回路反饋控制系統(tǒng)，又稱簡單控制系統(tǒng)，是指由一個被控過程、一個檢測變送器、一個調(diào)節(jié)器和一個執(zhí)行器所組成的對一個被控變量進行控制的單回路反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的基本單元、其結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于調(diào)整和投運，能滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求、因此在工業(yè)生產(chǎn)小應用十分廣泛，尤其適用于被控過程的純滯后和慣性小、負荷和擾動變化比較平緩，或者控制質(zhì)量要求不太高的場合。串級控制系統(tǒng)的采用了兩個控制器，我們將溫度控制器稱為主控制器，把流量控制器稱為副控制器。主控制器的輸出作為副控制器的設定，然后由副控制器的輸出去操縱調(diào)節(jié)閥。在串級控制系統(tǒng)中出現(xiàn)了兩個被控對象，即主對象（溫度對象）和副對象（流量對象），所以有兩個被控參數(shù)，主被控參數(shù)（溫度）和副被控參數(shù)（流量）。主被控參數(shù)的信號送往主控制器，而副被控參數(shù)的信號被送往副控制器作為測量，這樣就構(gòu)成了兩個閉合回路，即主回路（外環(huán)）和副回路（內(nèi)環(huán)）。串級控制系統(tǒng)的特點，改善了對象特征，起了超前控制的作用；改善了對象動態(tài)特性，提高了工作頻率；提高了控制器總放大倍數(shù)，增強了抗干擾能力；具有一定的自適應能力，適應負荷和操作條件的變化。串級控制系統(tǒng)的設計原則，在選擇副參數(shù)時，必須把主要干擾包含在副回路中，并力求把更多的干擾包含在副回路中；選擇副參數(shù)，進行副回路的設計時，應使主、副對象的時間常數(shù)適當匹配；方案應考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟性。串級控制系統(tǒng)的應用場合，被控對象的控制通道純滯后時間較長，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標時，可采用串級控制系統(tǒng)；對象容量滯后比較大，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標時，可采用串級控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈且幅值很大的干擾；被控對象具有較大的非線性，而負荷變化又較大。串級控制系統(tǒng)應用中的問題，主、副控制器控制規(guī)律的選擇，串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律選擇都應按照工藝要求來進行，主控制器一般選用pid控制規(guī)律，副控制器一般可選p控制規(guī)律；主、副控制器正、反作用方式的確定，主控制器的作用方向只與工藝條件有關。由于本次溫度控制系統(tǒng)設計中啤酒溫度被作為被控量，故無需設置副被控量，因此無須采用串級控制回路，采用單回路控制系統(tǒng)即可實現(xiàn)預熱區(qū)溫度的控制。4.4 變送器的選擇被控參數(shù)的測量和變送必須迅速正確地反映其實際變化情況，為系統(tǒng)設計提供準確的控制依據(jù)。測量和變送環(huán)節(jié)的描述：，即：。參數(shù)選擇原則：減小tm和m均對提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量有利。若tm較大，則會使記錄曲線與實際參數(shù)之間產(chǎn)生較大的動態(tài)誤差。從減小測量變送環(huán)節(jié)誤差角度考慮，應減少儀表的量程，即增大km。1 系統(tǒng)設計測量和變送中涉及的問題： 信號濾波； 信號處理； 純時延問題； 測量時延問題； 信號傳遞時延問題。2 信號傳遞時延將降低控制質(zhì)量。對比可采取以下改善措施： 若測量信號為電信號，可將轉(zhuǎn)換器安裝在儀表盤附近，以縮短氣壓信號的傳送距離。 若調(diào)節(jié)器輸出為氣壓信號，可在5060 m距離間，裝一繼動器，提高氣壓信號的傳輸功率，以減小傳遞時間。 若調(diào)節(jié)器輸出為電信號，應將轉(zhuǎn)換器安裝在調(diào)節(jié)閥附近，或采用電氣閥門定位器。檢測變送器包括監(jiān)測遠見和變送器在自動控制系統(tǒng)中被控變量的信號線經(jīng)過檢測變送器專程氣信號或者電信號后，才送至調(diào)節(jié)器。檢測元件又稱傳感器，其作用時將被控變量加以轉(zhuǎn)換，輸出一個與之成對應比例關系的信號。由于本次設計中預熱區(qū)溫度為被控量，因此檢測元件應選擇溫度變送器。溫度變送器有ddziii型溫度變送器、一體化溫度變送器和智能式溫度變送器。常見的溫度檢測儀表有熱電偶溫度變換器、熱電阻溫度變換器和輻射式溫度計，熱電偶溫度變換器主要適用于測量500-1800范圍的中高溫度，熱電阻溫度變換器主要適用于測量500以下范圍的中低溫度，輻射式溫度計主要適用于測量2000以上的高溫。而本次設計中預熱區(qū)溫度要求為411 ，即要求精度為0.2，為節(jié)約成本以及達到較高的精度要求，在本次設計中選用ddziii型溫度變送器中的熱電阻溫度變送器。4.5 調(diào)節(jié)閥的選擇調(diào)節(jié)閥類型的選擇：氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥口徑（dg、dg）大小的選擇：主要依據(jù)是閥的流通能力。正常工況下要求調(diào)節(jié)閥開度處于1585之間。調(diào)節(jié)閥氣開、氣關形式的選擇：主要以安全方面考慮。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇：系統(tǒng)總的放大倍數(shù)盡可能保持不變，通常被控過程的特性是非線性的(一階以上特性)，而變送器、調(diào)節(jié)器(若比例作用時)和執(zhí)行機構(gòu)的放大系數(shù)是常數(shù)。因此往往通過選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性來補償被控過程特性的非線性，從而達到系統(tǒng)總放大倍數(shù)不變的目的?？刂崎y是自動控制系統(tǒng)中的一個重要組成部分，其作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的輸出命令，直接控制能量或物料等介質(zhì)的輸送量達到控制工藝參數(shù)的目的。由于控制閥安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，長年與生產(chǎn)介質(zhì)直接接觸。且往往工作在高溫，高壓，深冷，強腐蝕，易堵塞等惡劣條件下。因此，如果對控制閥選擇不當或者維護不善。就會使整個控制系統(tǒng)不能可靠工作或嚴重影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量，根據(jù)能源的種類控制閥分為氣動，電動和液動三種，其中氣動控制閥具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格便宜防火防爆等優(yōu)點。在自動控制中用得很多。在本次設計當中，我選用氣動式。氣動執(zhí)行器以壓縮空氣為能源，結(jié)構(gòu)簡單，輸出推力大，動作可靠，性能穩(wěn)定，價格便宜，本質(zhì)安全防爆，氣動執(zhí)行器中的氣動薄膜式執(zhí)行器在實際應用中最為廣泛，本設計中要求對啤酒溫度進行控制，加熱手段為熱蒸汽，因此可選擇氣動薄膜式執(zhí)行器為執(zhí)行元件。其原理是： 當信號壓力通入氣室時，推桿產(chǎn)生位移，彈簧受壓，直到彈簧產(chǎn)生的反作用力與薄膜上的推力相平衡為止。推桿的位移范圍就是執(zhí)行機構(gòu)的行程，推桿從零到全行程，閥門就從全開（全關）到全關（全開）。4.6 儀表性能指標的計算4.6.1 精度檢測儀表的精度反映測量值接近真實值的準確程度，一般用一系列誤差來衡量。1 絕對誤差絕對誤差指儀表指示值與被測參數(shù)真值之間的差值，即：2 引用誤差把絕對誤差折合成標尺范圍的百分數(shù)表示，即：3 精度等級按儀表工業(yè)規(guī)定，去掉最大引用誤差的“”號和“%”號，稱為儀表的精度等級，目前已系列化。只能從下列數(shù)系中選取最接近的合適數(shù)值作為精度等級，即0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。根據(jù)此次設計的啤酒溫度要求為411 ，所以選用0.2精度的等級。在確定一個儀表的精度等級時，要求儀表的允許誤差應該大于或等于儀表校驗時所得到的最大引用誤差；而根據(jù)工藝要求來選擇儀表的精度等級時，儀表的允許誤差應該小于或等于工藝上所允許的最大引用誤差。這一點在實際工作中要特別注意。4.6.2 靈敏度和靈敏限靈敏度表示儀表對被測參數(shù)變化反應的能力，是指儀表達到穩(wěn)態(tài)后輸出增量與輸入增量之比，即：靈敏限是指引起儀表指針發(fā)生可見變化的被測參數(shù)的最小變化量。一般，儀表的靈敏限數(shù)值不大于儀表允許誤差絕對值的一半4.6.3 回差在外界條件不變的情況下，當被測參數(shù)從小到大（正行程）和從大到?。ǚ葱谐蹋r，同一輸入的兩個相應輸出值常常不相等。兩者絕對值之差的最大值 和儀表量程之比的百分數(shù)稱為回差，也稱變差即：回差產(chǎn)生原因：由于傳動機構(gòu)的間隙、運動件的摩擦、彈性元件的彈性滯后等?；夭钤叫?，儀表的重復性和穩(wěn)定性越好。應當注意，儀表的回差不能超過儀表引用誤差，否則應當檢修。4.7 調(diào)節(jié)器的選擇根據(jù)被控過程特性與生產(chǎn)工藝要求，了解調(diào)節(jié)器控制規(guī)律對控制質(zhì)量的影響，合理選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律，是過程控制方案設計的重要內(nèi)容之一。選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律就是為了使調(diào)節(jié)器的特性與控制過程的特性能很好配合，使所設計的系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)工藝對控制質(zhì)量指標的要求。p控制規(guī)律：適用于控制通道滯后較小，時間常數(shù)不太大，擾動幅度較小，負荷變化不大，控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。pi控制規(guī)律：引入積分作用能消除余差。適用于控制通道滯后小，負荷變化不太大，工藝上不允許有余差的場合，如流量或壓力的控制。pd控制規(guī)律：引入了微分，會有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過程，改善了控制質(zhì)量。適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動作用頻繁的系統(tǒng)，應盡可能避免使用微分作用。pid控制規(guī)律：可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量，它適用于容量滯后大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場合，如反應器、聚合釜的溫度控制。根據(jù)以上分析可知選擇pid控制規(guī)律能夠很好的滿足設計要求，故選pid控制規(guī)律。4.8 pid參數(shù)整定4.8.1 pid控制介紹pid控制器的本質(zhì)是一個二階線性控制器，它通過調(diào)整比例、積分和微分三項參數(shù)，使得大多數(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)獲得良好的閉環(huán)控制性能。pid控制器的優(yōu)點如下： 技術成熟； 易被人們熟悉和掌握； 不需要建立數(shù)學模型； 控制效果好； 魯棒性強?；緋id控制器的理想算式為：式中u(t)調(diào)節(jié)器的輸出；e(t)調(diào)節(jié)器的輸入（常常是設定值與被控量之差，即e(t)=r(t)-c(t)）；kp調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)；ti 調(diào)節(jié)器的積分時間；td調(diào)節(jié)器的微分時間。設u(k)為第k次采樣時刻調(diào)節(jié)器的輸出值，可得離散的pid算式為：式中為積分系數(shù)， 為微分系數(shù)。4.8.2 pid整定方法的選擇1 穩(wěn)定邊界法：它屬于閉環(huán)整定方法，根據(jù)純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)（臨界比例度pm和振蕩周期tm），按經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。 置調(diào)節(jié)器,比例度，將系統(tǒng)投入運行。 逐漸減小p ，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界值pm和tm。根據(jù)pm和tm，按經(jīng)驗公式計算出控制器的參數(shù)整定值。表4-1 穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計算表注意穩(wěn)定邊界方法在下面兩種情況下不宜采用： 臨界比例度過小時，調(diào)節(jié)閥容易游移于全開或全關位置，對生產(chǎn)工藝不利或不容許。例如，一個用燃料油加熱的爐子，如果閥門發(fā)生全關狀態(tài)就要熄火。 工藝上的約束條件嚴格時，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的安全。2 衰減曲線法它也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。方法是： 把調(diào)節(jié)器設成比例作用（，），置于較大比例度，投入自動運行。 在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過程曲線。 適當改變比例度，重復上述實驗，到出現(xiàn)滿意的衰減曲線為止。表4-2 衰減比為4：1時整定參數(shù)計算表3 經(jīng)驗法 憑經(jīng)驗湊試。 其關鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”。在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，憑經(jīng)驗先將控制器參數(shù)放在一個數(shù)值上，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，根據(jù)p、 ti 、 td對過渡過程的影響為指導，對比例度p 、積分時間ti和微分時間td逐個整定，直到獲得滿意的曲線為止。經(jīng)驗法的方法簡單，但必須清楚控制器參數(shù)變化對過渡過程曲線的影響關系。在缺乏實際經(jīng)驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。表4-3 控制器整定參數(shù)的經(jīng)驗取值范圍以上三種工程整定方法各有優(yōu)缺點。穩(wěn)定邊界法簡便而易掌握，過程曲線易于判斷，整定質(zhì)量較好，適用于一般的溫度、壓力、流量和液位控制系統(tǒng)。但對臨界比例度小或者工藝生產(chǎn)約束條件嚴格，對過渡過程不允許出現(xiàn)等幅振蕩的控制系統(tǒng)不適用。衰減曲線法的優(yōu)點是方法較為準確可靠，而且安全，整定質(zhì)量也較高。但當外界干擾作用強烈而頻繁，或由于儀表、控制閥、工藝上的某種原因而使記錄曲線不規(guī)則，或難以從曲線判別其遞減比和衰減周期的控制系統(tǒng)不適用。經(jīng)驗法簡單可靠，能夠適用于各種控制系統(tǒng)，特別是干擾頻繁、記錄曲線不大規(guī)則的控制系統(tǒng)。因為是靠經(jīng)驗來整定的，對同一過渡過程曲線可能有不同的認識，從而得出不同的結(jié)論，整定質(zhì)量