第二章過程裝備控制基礎(chǔ)1

1、安徽工程大學(xué)過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用院系：機械與汽車工程學(xué)院院系：機械與汽車工程學(xué)院專業(yè)：過程裝備與控制工程專業(yè)：過程裝備與控制工程授課教師：何慧娟授課教師：何慧娟教學(xué)要求與學(xué)習(xí)目標：教學(xué)要求與學(xué)習(xí)目標：教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容: : 2.1 2.1 被控對象的特性被控對象的特性 2.2 2.2 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 2.3 2.3 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 教學(xué)目的與要求：教學(xué)目的與要求：1 1 了解被控對象特性的意義和重要性；了解被控對象特性的意義和重要性； 2 2 掌握對象動態(tài)特性及通道的含義掌握對象動態(tài)特性及通道的含義 3 3 了解被控對象特性的數(shù)學(xué)建模；了解被控對象特性的數(shù)學(xué)建模； 4 4

2、 掌握被控對象特性的實驗測定方法（系統(tǒng)辨識）；掌握被控對象特性的實驗測定方法（系統(tǒng)辨識）； 5 5 掌握表征被控對象特性的三大參數(shù)掌握表征被控對象特性的三大參數(shù)放大系數(shù)放大系數(shù)K K、時間常、時間常數(shù)數(shù)T T、滯后時間、滯后時間的物理意義及其對控制質(zhì)量的影響的物理意義及其對控制質(zhì)量的影響本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容: 2.1.1 被控對象的特性及其描述方法被控對象的特性及其描述方法 2.1.2 被控對象的三大特性參數(shù)被控對象的三大特性參數(shù)放大系數(shù)放大系數(shù)K、時間常數(shù)、時間常數(shù)T、滯后時間滯后時間本節(jié)思考題：本節(jié)思考題：Pg57：1、2、3、4；作業(yè)：作業(yè)：1 訓(xùn)練求取被控對象的特性訓(xùn)練求取被控對象

3、的特性參數(shù)參數(shù) Pg57：5 2 訓(xùn)練由實驗反應(yīng)曲線求訓(xùn)練由實驗反應(yīng)曲線求對象特性的三大參數(shù)對象特性的三大參數(shù)，進而求出被控對，進而求出被控對象的特性方程式：補充題象的特性方程式：補充題2提問：提問： 1 影響自動控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的因素影響自動控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的因素有哪些？有哪些？2 為什么要研究被控對象的特性？為什么要研究被控對象的特性？ 1 影響自動控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的因素有哪些？影響自動控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的因素有哪些？ 1 被控對象的特性被控對象的特性 2 組成的自動控制系統(tǒng)組成的自動控制系統(tǒng) 3 自動控制裝置的特性自動控制裝置的特性 檢測儀表與變送器檢測儀表與變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器

4、被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ys umym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量4 控制規(guī)律及控制器參數(shù)的設(shè)定控制規(guī)律及控制器參數(shù)的設(shè)定 在生產(chǎn)過程中，存在各種各樣的被控對象。這些對在生產(chǎn)過程中，存在各種各樣的被控對象。這些對象的特性各不相同。有的較易操作，工藝變量能夠控象的特性各不相同。有的較易操作，工藝變量能夠控制得比較平穩(wěn)；有的卻和很難操作，工藝變量容易產(chǎn)制得比較平穩(wěn)；有的卻和很難操作，工藝變量容易產(chǎn)生大幅度波動，只要稍不謹慎就回超出工藝允許的范生大幅度波動，只要稍不謹慎就回超

5、出工藝允許的范圍，輕則影響生產(chǎn)，重則造成事故。圍，輕則影響生產(chǎn)，重則造成事故。只有充分了解和只有充分了解和熟悉對象特性，才能使工藝生產(chǎn)在最佳狀態(tài)下運行。熟悉對象特性，才能使工藝生產(chǎn)在最佳狀態(tài)下運行。因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計時，先必須充分了解被控對象因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計時，先必須充分了解被控對象的特性，掌握它們的內(nèi)在規(guī)律，才能選擇合適的被控的特性，掌握它們的內(nèi)在規(guī)律，才能選擇合適的被控變量、操縱變量、合適的測量元件和控制器，選擇合變量、操縱變量、合適的測量元件和控制器，選擇合理的控制器參數(shù)，設(shè)計合乎工藝要求的控制系統(tǒng)。理的控制器參數(shù)，設(shè)計合乎工藝要求的控制系統(tǒng)。2 為什么要研究被控對象的特性？為什么

6、要研究被控對象的特性？ y被控變量被控變量m操縱變量操縱變量f干擾量干擾量通道通道被控對象的輸入變量至輸出變量之間的被控對象的輸入變量至輸出變量之間的信信號聯(lián)系號聯(lián)系干擾通道：干擾通道：f y 破壞作用破壞作用控制通道：控制通道：m y 調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用myf被控對象被控對象圖圖1 對象的輸入、輸出量對象的輸入、輸出量被控對象的特性：被控對象的特性：是指被控對象是指被控對象輸入變量輸入變量與與輸出變輸出變量量之間的關(guān)系。即被控對象的輸入量發(fā)生變化時，對之間的關(guān)系。即被控對象的輸入量發(fā)生變化時，對象的輸出量隨時間的變化規(guī)律。象的輸出量隨時間的變化規(guī)律。靜態(tài)特性、動態(tài)特性靜態(tài)特性、動態(tài)特性思考題思

7、考題P57：3 什么什么是被控對象的控制是被控對象的控制通道？什么是干擾通道？什么是干擾通道？通道？ 思考題思考題P57：1什么是什么是被控對象的特征？被控對象的特征？ 1 理論數(shù)學(xué)模型法理論數(shù)學(xué)模型法用定量地表達對象用定量地表達對象輸入、輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式（微分方程輸入、輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式（微分方程式、偏微分方程式、狀態(tài)方程等）來表達。式、偏微分方程式、狀態(tài)方程等）來表達。2 實驗輸出曲線或數(shù)據(jù)表格實驗輸出曲線或數(shù)據(jù)表格用對象在用對象在一定形式輸入作用下的輸出曲線或數(shù)據(jù)表一定形式輸入作用下的輸出曲線或數(shù)據(jù)表格來表示。根據(jù)輸入形式的不同，有階躍格來表示。根據(jù)輸入形式的不同，有階躍反應(yīng)曲線、

8、脈沖反應(yīng)曲線、矩形脈沖反應(yīng)反應(yīng)曲線、脈沖反應(yīng)曲線、矩形脈沖反應(yīng)曲線等。曲線等。機理建模機理建模 是通過對對象內(nèi)部的運動機理分析，根據(jù)是通過對對象內(nèi)部的運動機理分析，根據(jù)對象中物理或化學(xué)變化規(guī)律（如對象中物理或化學(xué)變化規(guī)律（如質(zhì)量守恒定質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律等律、能量守恒定律等），在忽略一些次要因），在忽略一些次要因素或做出一些近似處理后推導(dǎo)出的對象特性素或做出一些近似處理后推導(dǎo)出的對象特性方程。通過這種方法得到的數(shù)學(xué)模型叫機理方程。通過這種方法得到的數(shù)學(xué)模型叫機理模型。機理模型常表現(xiàn)為模型。機理模型常表現(xiàn)為微分方程式、偏微微分方程式、偏微分方程式、狀態(tài)方程等）。分方程式、狀態(tài)方程等）。 下

9、面以一階對象、二階對象為例討論機理下面以一階對象、二階對象為例討論機理建模的方法：建模的方法：列平衡方程列平衡方程單位時間內(nèi)單位時間內(nèi)流入流入對象的物料對象的物料（能量）（能量）單位時間內(nèi)單位時間內(nèi)流出流出對象的物料（能量）對象的物料（能量）=對象對象中儲存量的變化率中儲存量的變化率dtdHAQQ21（1）一階對象）一階對象:有自衡特性有自衡特性對象在受到干擾后，自身對象在受到干擾后，自身能重新恢復(fù)平衡的特性。能重新恢復(fù)平衡的特性。A面積面積圖圖2-1 有自衡單容液位對象有自衡單容液位對象HQ1Q2找出中間變量，消去中間變量，找出輸入找出中間變量，消去中間變量，找出輸入與輸出變量之間的關(guān)系與輸

10、出變量之間的關(guān)系Q2 中間變量中間變量R s出口閥的阻力系數(shù)出口閥的阻力系數(shù)2sHQR1sHdHQARdt 把輸入變量放在右邊，輸出變量放在把輸入變量放在右邊，輸出變量放在左邊，寫成方程的形式左邊，寫成方程的形式）（解得：式一階微分方程的一般形）（放大系數(shù)時間常數(shù)令TtteKxyKxydtdyTeQKHKQHdtdHTRKARTQRHdtdHARQRHdtdHATttSSsss)0(01)72(1)(1111QQ1Q11sHdHQARdt)102()(01121ttAQHdtHdAQdtdHAQQ無自衡特性無自衡特性對象在受到干擾時，對象在受到干擾時，不能不能重新恢復(fù)平衡的特性。重新恢復(fù)平衡的

11、特性。QQ1Q1Q1Q2(2) 二階對象二階對象H1Q1R1Q12H2R2Q2圖圖2-5 串聯(lián)水槽對象串聯(lián)水槽對象經(jīng)過以上步驟的推導(dǎo)：經(jīng)過以上步驟的推導(dǎo)：Pg15222121222122221 21221221 212211222()()()d HdHAR ARARARHRQdtdtd HdHTTTTHKQdtdtd ydyTTTTyKxdtdtTARTARKR或第一只貯槽的時間常數(shù)第二只貯槽的時間常數(shù)整個對象的放大系數(shù)二階常微分方程式(2) 二階對象二階對象H1Q1R1Q12H2R2Q2圖圖2-5 串聯(lián)水槽對象串聯(lián)水槽對象機理建模的優(yōu)點：機理建模的優(yōu)點：理論邏輯性強理論邏輯性強缺點：缺點：對

12、于復(fù)雜的對象，機理分析法很困難；另對于復(fù)雜的對象，機理分析法很困難；另外，由于作了假設(shè)，有時理論與實際不相符。外，由于作了假設(shè)，有時理論與實際不相符。 是在所要研究的對象上，人為施加一定的是在所要研究的對象上，人為施加一定的輸入作用，然后、用儀表測取并記錄表征對輸入作用，然后、用儀表測取并記錄表征對象特性的物理量隨時間變化規(guī)律，即得到一象特性的物理量隨時間變化規(guī)律，即得到一系列實驗數(shù)據(jù)或?qū)嶒炃€。然后對這些實驗系列實驗數(shù)據(jù)或?qū)嶒炃€。然后對這些實驗數(shù)據(jù)或曲線進行必要的數(shù)據(jù)處理，求取對象數(shù)據(jù)或曲線進行必要的數(shù)據(jù)處理，求取對象的特性參數(shù)，進而得到對象的數(shù)學(xué)模型。的特性參數(shù)，進而得到對象的數(shù)學(xué)模型。

13、特性參數(shù)特性參數(shù) 放大系數(shù)放大系數(shù)K 、時間常數(shù)、時間常數(shù)T、滯后時間滯后時間 1 放大系數(shù)放大系數(shù)K（靜態(tài)增益）（靜態(tài)增益） 概念：概念：數(shù)值上等于對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時數(shù)值上等于對象處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出的變化輸出的變化量量與與輸入的變化量之比。即：輸入的變化量之比。即：K=輸出變化量輸出變化量輸入變化量輸入變化量 = HQ1反映的是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸出和反映的是對象處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸出和 輸入之間的輸入之間的關(guān)系，所以放大系數(shù)關(guān)系，所以放大系數(shù)K是描述對象是描述對象靜態(tài)特性的參數(shù)靜態(tài)特性的參數(shù)。 有量綱有量綱思考題思考題P57：1 什么是被什么是被控對象的特控對象的特性性？表征被？表征被控對象特

14、性的參數(shù)有哪控對象特性的參數(shù)有哪些？它們的物理意義是些？它們的物理意義是什么？什么？ 被控對象的特性：被控對象的特性：是指被控對象是指被控對象輸入變量輸入變量與與輸出變量輸出變量之之間的關(guān)系。即被控對象的輸入量發(fā)生變化時，對象的輸出間的關(guān)系。即被控對象的輸入量發(fā)生變化時，對象的輸出量隨時間的變化規(guī)律。量隨時間的變化規(guī)律。思考題思考題P57：2 為什么說放大系數(shù)是對象的靜態(tài)特征，而時間常為什么說放大系數(shù)是對象的靜態(tài)特征，而時間常數(shù)和滯后時間是動態(tài)特征？數(shù)和滯后時間是動態(tài)特征？特性參數(shù)特性參數(shù) 放大系數(shù)放大系數(shù)K 、時間常數(shù)、時間常數(shù)T、滯后時間滯后時間 1 放大系數(shù)放大系數(shù)K（靜態(tài)增益）（靜態(tài)增

15、益） 不同通道的放大系數(shù)對控制系統(tǒng)的影響不同通道的放大系數(shù)對控制系統(tǒng)的影響 思考題思考題P57：4 在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)、在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間對控制有什么影響？時間常數(shù)、滯后時間對控制有什么影響？ 控制通道：控制通道：K大，控制作用強，控制靈敏；大，控制作用強，控制靈敏；K小，控小，控制作用弱。制作用弱。一般希望控制通道一般希望控制通道K大一些好，大一些好，但但K不能不能太大，否則會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。太大，否則會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。干擾通道：干擾通道：K大對控制不利。大對控制不利。希望干擾通道希望干擾通道K小好。小好。 概念：概念： 當對象受到階躍輸入作用

16、后被控變量達到新當對象受到階躍輸入作用后被控變量達到新的穩(wěn)態(tài)值的的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需的時間。所需的時間。T1 T2 T30.632h（）th（）0圖圖2-7 不同不同 時間常數(shù)的比較時間常數(shù)的比較是反映被控對象受到輸入作用后，輸出變量（被控是反映被控對象受到輸入作用后，輸出變量（被控變量）達到新穩(wěn)定值的快慢，它確定整個動態(tài)過程的長變量）達到新穩(wěn)定值的快慢，它確定整個動態(tài)過程的長短，由于它是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，所以短，由于它是反映被控變量變化快慢的參數(shù)，所以T是是反映對象反映對象動態(tài)特性的參數(shù)動態(tài)特性的參數(shù)。實驗中如何根據(jù)單容實驗中如何根據(jù)單容對象的響應(yīng)曲線，確對象的響應(yīng)曲線，確定時

17、間常數(shù)定時間常數(shù)T？ 不同通道的時間常數(shù)對控制系統(tǒng)的影響不同通道的時間常數(shù)對控制系統(tǒng)的影響思考題思考題P57：4 在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)、在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間對控制有什么影響？時間常數(shù)、滯后時間對控制有什么影響？ 控制通道：控制通道：T大，被控變量的變化比較緩大，被控變量的變化比較緩慢，對象比較平穩(wěn)，容易進行控制，但過渡慢，對象比較平穩(wěn)，容易進行控制，但過渡時間長；時間長；T小，被控變量的變化快，不易控小，被控變量的變化快，不易控制。制。T太大、太小都不利太大、太小都不利 干擾通道：干擾通道：T大、擾動作用比較平緩，被大、擾動作用比較平緩，被控變量變化較平穩(wěn)，

18、對象容易控制?？刈兞孔兓^平穩(wěn)，對象容易控制。一般希一般希望干擾通道望干擾通道T大一些好大一些好（ = 0 + C） 概念：概念：傳遞時間傳遞時間 0：是輸出變量的變化落后于輸入變量變化的時是輸出變量的變化落后于輸入變量變化的時間。一般由介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。間。一般由介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。例如圖例如圖2-8的溶解糟。的溶解糟。yy（t）y （t） 0 xt圖圖 2-8 有、無純滯后的一有、無純滯后的一階階躍響應(yīng)曲線階階躍響應(yīng)曲線容量滯后容量滯后 C 是因為物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力引起的。是因為物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力引起的。例如圖例如圖

19、2-6的雙容液位對象。的雙容液位對象。t0yt圖圖 2-6 具有容量滯后對象的反應(yīng)曲線具有容量滯后對象的反應(yīng)曲線 C 不同通道的不同通道的（ = 0 + C）對控對控制系統(tǒng)的影響制系統(tǒng)的影響對于控制通道：對于控制通道：應(yīng)盡量減小應(yīng)盡量減小 對于干擾通道：對于干擾通道： 大對控制有利大對控制有利思考題思考題P57：4 在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)、在控制系統(tǒng)中，對象的放大系數(shù)、時間常數(shù)、滯后時間對控制有什么影響？時間常數(shù)、滯后時間對控制有什么影響？ 補充作業(yè)題補充作業(yè)題2-1： 為了測定某重油預(yù)熱爐的對象特性，在某瞬間（假定為了測定某重油預(yù)熱爐的對象特性，在某瞬間（假定t0=0）突）突然將燃氣量

20、從然將燃氣量從2.5t/h增加到增加到3.0 t/h，重油出口溫度記錄儀得到的階躍，重油出口溫度記錄儀得到的階躍反映曲線如圖所示。假定對象為一階對象，試描述該重油預(yù)熱爐特反映曲線如圖所示。假定對象為一階對象，試描述該重油預(yù)熱爐特性方程式（分別以溫度變化量與燃氣變化量為輸出量與輸入量），性方程式（分別以溫度變化量與燃氣變化量為輸出量與輸入量），并解出燃料量變化量為單位階躍變化量時溫度變化量的函數(shù)表達式。并解出燃料量變化量為單位階躍變化量時溫度變化量的函數(shù)表達式。 （溫度測量儀表的測量范圍為（溫度測量儀表的測量范圍為0200；流量測量儀表的測量范圍；流量測量儀表的測量范圍為為05t/h。）。）燃料

21、量燃料量（t/h）t/min3.02.5溫度溫度/min重油預(yù)熱爐的階躍反應(yīng)曲線重油預(yù)熱爐的階躍反應(yīng)曲線教學(xué)目的與要求：教學(xué)目的與要求： 1 1 掌握簡單控制系統(tǒng)的組成掌握簡單控制系統(tǒng)的組成及其方塊圖和帶控制點工藝及其方塊圖和帶控制點工藝 流程圖；流程圖； 2 掌握設(shè)計簡單控制系統(tǒng)時，被控變量、操縱變量選擇掌握設(shè)計簡單控制系統(tǒng)時，被控變量、操縱變量選擇 的原則；的原則； 3 掌握簡單控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)正、反作用確定的方法掌握簡單控制系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)正、反作用確定的方法 4 掌握設(shè)計簡單控制系統(tǒng)時，控制閥的氣開氣關(guān)形式的掌握設(shè)計簡單控制系統(tǒng)時，控制閥的氣開氣關(guān)形式的 選擇

22、；選擇； 5 掌握各種控制規(guī)律的特點，可調(diào)參數(shù)對控制系統(tǒng)過渡掌握各種控制規(guī)律的特點，可調(diào)參數(shù)對控制系統(tǒng)過渡 過程的影響規(guī)律以及應(yīng)用場合；過程的影響規(guī)律以及應(yīng)用場合； 6 掌握控制器參數(shù)工程整定的方法原理；掌握控制器參數(shù)工程整定的方法原理； 7 會對過渡曲線進行分析，懂得需要對哪個控制參數(shù)進會對過渡曲線進行分析，懂得需要對哪個控制參數(shù)進 行調(diào)節(jié)，從而使過渡曲線滿足要求；行調(diào)節(jié)，從而使過渡曲線滿足要求；本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容 2.2.1 單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計 2.2.2 控制器的控制規(guī)律及正、反方向控制器的控制規(guī)律及正、反方向 2.2.3 控制器控制參數(shù)的工程

23、整定控制器控制參數(shù)的工程整定 本節(jié)思考題：本節(jié)思考題：Pg57Pg57：6 6、7 7、8 8、9 9、1010、1111、1212、1414、 本節(jié)作業(yè)：本節(jié)作業(yè)：1 1 強化簡單控制系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)基本概念的理解：強化簡單控制系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)基本概念的理解： Pg57 Pg57 ：1313、 1515、 16162 2 訓(xùn)練簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計：補充題訓(xùn)練簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計：補充題3 3、4 4 一一 單回路（簡單）控制系統(tǒng)的組成與設(shè)計單回路（簡單）控制系統(tǒng)的組成與設(shè)計思路思路 2.2.1 單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計1 何為單回路控制系統(tǒng)？何為單回路控制系統(tǒng)？ 一個一個

24、被控對象被控對象 一個一個檢測元件及變送器檢測元件及變送器 一個一個控制器控制器 一個一個執(zhí)行器執(zhí)行器 所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2 單回路控制系統(tǒng)工程上如何表達？單回路控制系統(tǒng)工程上如何表達？ （1）用帶控制點的工藝流程圖表示）用帶控制點的工藝流程圖表示2.2.1 單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計（2）用方塊圖來表示）用方塊圖來表示2 單回路控制系統(tǒng)工程上如何表達？單回路控制系統(tǒng)工程上如何表達？(1)用帶控制點的工藝流程圖表示用帶控制點的工藝流程圖表示2.2.1 單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計LTLC冷水冷水蒸汽蒸汽汽

25、汽包包加加熱熱室室揚子芳烴廠揚子芳烴廠10單元帶控制點的流程圖單元帶控制點的流程圖2 單回路控制系統(tǒng)工程上如何表達？單回路控制系統(tǒng)工程上如何表達？ （2）用方塊圖來表示）用方塊圖來表示 。2.2.1 單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)方塊圖單回路控制系統(tǒng)方塊圖被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量 被控變量的選擇被控變量的選擇 操縱變量的選擇操縱變量的選擇 檢測變送元件的選擇檢測變送元件的選擇 執(zhí)行器的選擇執(zhí)

26、行器的選擇 控制器及控制規(guī)律的選擇控制器及控制規(guī)律的選擇對控制器的參數(shù)進行工程整定對控制器的參數(shù)進行工程整定單回路控制系統(tǒng)方塊圖單回路控制系統(tǒng)方塊圖被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量2.2.1 單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計 被控變量的正確選擇是關(guān)系到被控系統(tǒng)能否達到預(yù)被控變量的正確選擇是關(guān)系到被控系統(tǒng)能否達到預(yù)期控制效果的重要因素。影響生產(chǎn)過程的因素很多，期控制效果的重要因素。影響生產(chǎn)過程的因素很多，只只有有影響

27、生產(chǎn)的關(guān)鍵變量才能作為被控變量影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量才能作為被控變量。所謂。所謂“關(guān)鍵關(guān)鍵”變量：變量：就是它們對就是它們對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量以及以及安全安全具有決定性的作用，具有決定性的作用，而人工操作又難以滿足要求的；或者人工操作雖然可以而人工操作又難以滿足要求的；或者人工操作雖然可以滿足要求，但是這種操作是既緊張而又頻繁的。滿足要求，但是這種操作是既緊張而又頻繁的。2.2.1 單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計單回路控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計一一 單回路控制系統(tǒng)的組成與設(shè)計思路單回路控制系統(tǒng)的組成與設(shè)計思路 (1) 被控變量被控變量: 生產(chǎn)過程中希望借助控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中希望借助控制系統(tǒng)保持恒定值保持恒

28、定值的工藝參數(shù)。的工藝參數(shù)。塔設(shè)備塔設(shè)備工程案例工程案例1：精餾塔被控：精餾塔被控變量的選擇變量的選擇工程案例工程案例1：精餾塔被控變量的選擇：精餾塔被控變量的選擇被控變量的選擇方案：被控變量的選擇方案：選直接指標：選直接指標：組分是工藝上的質(zhì)組分是工藝上的質(zhì)量指標，直接選餾出物的組分。量指標，直接選餾出物的組分。選間接指標：選間接指標：提餾段靈敏板的溫度。提餾段靈敏板的溫度。X(組分濃度）、組分濃度）、T（溫度）、（溫度）、P（壓（壓力）力）三者之間有一定的關(guān)系三者之間有一定的關(guān)系X =f(T,P)，從工藝的合理性考慮，選，從工藝的合理性考慮，選溫度作為被控變量溫度作為被控變量 .控制目標：

29、控制目標：使塔底（塔頂）餾出物使塔底（塔頂）餾出物達到規(guī)定純度。達到規(guī)定純度。（3）被控變量選擇原則）被控變量選擇原則P23 被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標或能反映工被控變量應(yīng)能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操作狀態(tài)藝操作狀態(tài),一般都是工藝過程中比較一般都是工藝過程中比較重要的變量重要的變量。 被控變量在工藝操作過程中經(jīng)常要受到一些干擾影被控變量在工藝操作過程中經(jīng)常要受到一些干擾影響而變化，因而響而變化，因而需要頻繁加以控制的變量需要頻繁加以控制的變量。 盡量采用盡量采用直接指標直接指標作為被控變量，當無法獲得直接作為被控變量，當無法獲得直接控制指標信號，或其測量、傳送控制指標信號，或

30、其測量、傳送 滯后很大時，可選擇滯后很大時，可選擇與直接控制指標有與直接控制指標有單值對應(yīng)關(guān)系的間接控制變量單值對應(yīng)關(guān)系的間接控制變量。 被控變量應(yīng)能被測量出來，并具有足夠大的被控變量應(yīng)能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度靈敏度。 被控變量應(yīng)是被控變量應(yīng)是獨立變量獨立變量。 應(yīng)考慮工藝合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。應(yīng)考慮工藝合理性和國內(nèi)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。（3） 被控變量選擇原則被控變量選擇原則其他典型設(shè)備：換熱器、反應(yīng)器的被控變量如何選其他典型設(shè)備：換熱器、反應(yīng)器的被控變量如何選擇？擇？工程案例工程案例2：換熱器溫度的控制：換熱器溫度的控制控制目標控制目標：使管程被加熱使管程被加熱物料的溫度達到工藝值。

31、物料的溫度達到工藝值。被控變量的選擇方案：被控變量的選擇方案：選直接指標：被加熱選直接指標：被加熱物料管程出口溫度物料管程出口溫度（3） 被控變量選擇原則被控變量選擇原則其他典型設(shè)備：換熱器、反應(yīng)器的被控變量如何選其他典型設(shè)備：換熱器、反應(yīng)器的被控變量如何選擇？擇？工程案例工程案例3：反應(yīng)器溫度的控制：反應(yīng)器溫度的控制控制目標控制目標：使釜內(nèi)介質(zhì)溫使釜內(nèi)介質(zhì)溫度達到一定的工藝值。度達到一定的工藝值。被控變量的選擇方案：被控變量的選擇方案：選直接指標：選直接指標：釜內(nèi)介質(zhì)釜內(nèi)介質(zhì)溫度溫度（1）操縱變量：）操縱變量：用來克服干擾對被控變量的影響，用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量稱為

32、操縱變量（實現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量（一般為介質(zhì)一般為介質(zhì)的流量，也有電壓，轉(zhuǎn)速等）。的流量，也有電壓，轉(zhuǎn)速等）。 考慮工藝的合理性考慮工藝的合理性例：換熱器例：換熱器 被加熱介質(zhì)？被加熱介質(zhì)？載熱體流量？載熱體流量？ （2）操縱變量選擇案例：）操縱變量選擇案例：可控可控因素因素不可控不可控因素因素 Q蒸蒸比比Q回回 對提餾段溫度的對提餾段溫度的 影響更及時、更顯著影響更及時、更顯著（K 大，大，T小、小、 ?。┬。还?jié)能角度：控制節(jié)能角度：控制Q蒸蒸比控制比控制 Q回回消耗的能量要小。消耗的能量要小。 所以選所以選Q蒸蒸為操縱變量為操縱變量被控變量被控變量.Q入入T入入x入入Q蒸蒸Q回回

33、T靈靈被控對象被控對象 考慮被控對象特性考慮被控對象特性（2）操縱變量的選擇案例：）操縱變量的選擇案例：例：塔設(shè)備例：塔設(shè)備干擾通道干擾通道控制通道控制通道干擾變量干擾變量f由由干擾通道干擾通道施加在對象上，起著施加在對象上，起著破壞作用破壞作用，使被控變量使被控變量偏離給定值偏離給定值；操縱變量操縱變量m由由控制通道控制通道施加在對象上，起著施加在對象上，起著校正作用校正作用，使被控變量使被控變量回復(fù)到給定值回復(fù)到給定值；不同通道的不同通道的K、T、 對控制系統(tǒng)的影響（復(fù)習(xí)）對控制系統(tǒng)的影響（復(fù)習(xí)）干擾變量干擾變量f操縱變量操縱變量m被控變量被控變量y被控對象被控對象（ K大、大、 T小、小

34、、 小小,對控制有利）對控制有利）( K小小、 T大、大、 大大對控制有利對控制有利) 操縱變量應(yīng)是操縱變量應(yīng)是可控可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。變量。 操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響更加響更加靈敏靈敏。 在選擇操縱變量時，除了從自動化角度考慮在選擇操縱變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考慮外，還要考慮工藝的合理性工藝的合理性與與生產(chǎn)的經(jīng)濟性生產(chǎn)的經(jīng)濟性。3 檢測變送元件及檢測位置如何選擇？檢測變送元件及檢測位置如何選擇？測量元件與變送器的作用：測量元件與變送器的作用：是控制系是控制系統(tǒng)中獲取信息和傳遞信息的裝置，也是統(tǒng)

35、中獲取信息和傳遞信息的裝置，也是系統(tǒng)進行控制的依系統(tǒng)進行控制的依 據(jù)。據(jù)。要求：要求：準確、及準確、及時反映被控變量的狀況。時反映被控變量的狀況。被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量（1）要注意測量元件的安裝：）要注意測量元件的安裝： 盡量減少測量元件純滯后的影響盡量減少測量元件純滯后的影響電極所測得的信號與中和槽內(nèi)溶液的電極所測得的信號與中和槽內(nèi)溶液的pH值在時間上就延遲了一段時值在時間上就延遲了一段時間間 0,主管道內(nèi)流體的流速副管道內(nèi)流

36、體的流速22110vlvl主管道長度副管道長度圖2-14 中和罐內(nèi)PH值的控制系統(tǒng)例:酸槽LCACl2電極l1中和槽ATPH（2）要盡量減少測量信號和控制信號的傳送滯后）要盡量減少測量信號和控制信號的傳送滯后測量信號傳送滯后：測量信號傳送滯后：是指由現(xiàn)場測量變送裝置是指由現(xiàn)場測量變送裝置的信號傳送到控制室的控制器所引起的滯后。電的信號傳送到控制室的控制器所引起的滯后。電信號可忽略，氣信號則滯后較大。信號可忽略，氣信號則滯后較大。一般氣壓信一般氣壓信號管路號管路300 m，直徑，直徑6mm。否則，要改為電信否則，要改為電信號。號。給定值給定值ys偏差偏差e控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象干擾干擾

37、f檢測變送裝置檢測變送裝置被控變量被控變量yym控制信號控制信號u操縱變量操縱變量m測量信測量信號傳送號傳送滯后滯后控制信號傳送滯后控制信號傳送滯后（2） 要盡量減少測量信號和控制信號的傳送滯后要盡量減少測量信號和控制信號的傳送滯后控制信號傳送滯后控制信號傳送滯后：是指由控制室內(nèi)控制器的是指由控制室內(nèi)控制器的輸出控制信號傳送到現(xiàn)場執(zhí)行器所引起的滯后。輸出控制信號傳送到現(xiàn)場執(zhí)行器所引起的滯后。一般現(xiàn)場與控制室之間都采用電信號，減少傳送一般現(xiàn)場與控制室之間都采用電信號，減少傳送滯后。對于氣動薄膜控制閥，則要加滯后。對于氣動薄膜控制閥，則要加電電氣轉(zhuǎn)換氣轉(zhuǎn)換器器，將電信號轉(zhuǎn)換信號，以控制氣動控制閥。

38、，將電信號轉(zhuǎn)換信號，以控制氣動控制閥。給定值給定值ys偏差偏差e控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象干擾干擾f檢測變送裝置檢測變送裝置被控變量被控變量yym控制信號控制信號u操縱變量操縱變量m測量信測量信號傳送號傳送滯后滯后控制信號傳送滯后控制信號傳送滯后3 檢測變送元件及檢測位置如何選擇？檢測變送元件及檢測位置如何選擇？被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量小結(jié)：小結(jié)：測量元件要測量元件要正確選用正確選用、合理安裝合理安裝、及時及時維修維修，以保

39、證測量元件有，以保證測量元件有足夠的測量精度足夠的測量精度、較較小的時間常數(shù)小的時間常數(shù)、盡量、盡量減小純滯后和信號傳遞滯減小純滯后和信號傳遞滯后。后。執(zhí)行器（控制閥）的作用：執(zhí)行器（控制閥）的作用：接受控制器送來的接受控制器送來的信號，自動地改變閥門的開度（即改變操縱變信號，自動地改變閥門的開度（即改變操縱變量），克服擾動的影響，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自量），克服擾動的影響，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。動控制。常見的有：常見的有：氣動薄膜，電動、液動執(zhí)行器。氣動薄膜，電動、液動執(zhí)行器。被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元

40、件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量執(zhí)行器如何選擇？執(zhí)行器如何選擇？ 按照按照生產(chǎn)過程的特點、安全運行和推動力生產(chǎn)過程的特點、安全運行和推動力等選等選擇閥的類型：氣動薄膜，電動、液動執(zhí)行器；擇閥的類型：氣動薄膜，電動、液動執(zhí)行器； 根據(jù)根據(jù)被控變量的大小被控變量的大小選擇閥的流通能力；選擇閥的流通能力； 從生產(chǎn)從生產(chǎn)安全的角度安全的角度選擇閥的氣開或氣關(guān)形式；選擇閥的氣開或氣關(guān)形式； 從從被控對象的特性、負荷的變化情況被控對象的特性、負荷的變化情況等選擇閥等選擇閥的流量特性。的流量特性。被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器

41、執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量控制（調(diào)節(jié)）器的作用：控制（調(diào)節(jié)）器的作用：將檢測變送信號與工藝將檢測變送信號與工藝上需要保持的設(shè)定值進行比較，得出偏差的大小，上需要保持的設(shè)定值進行比較，得出偏差的大小，根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按照預(yù)先設(shè)定好的控根據(jù)偏差的大小及變化趨勢，按照預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號發(fā)送制規(guī)律進行運算后，將運算結(jié)果用特定的信號發(fā)送給執(zhí)行器（控制閥），實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。給執(zhí)行器（控制閥），實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。控制器的選擇：控制器的選擇：1 控制

42、規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇2 正、反作用的確定正、反作用的確定被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量常見控制規(guī)律常見控制規(guī)律：一、一、控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律控制規(guī)律指的是控制器的輸出信號（指的是控制器的輸出信號（u）與輸入信號）與輸入信號（e=ym-ys）之間的關(guān)系。）之間的關(guān)系。即：即： u= f(e)=f（ ym-ys ）1 比例（比例（P）proportion2 積分（積分（I） integral3 微分（微分（D）diffe

43、rential4 組合（組合（PI、PD、PID）2.2.2 控制規(guī)律和正、反作用的選擇控制規(guī)律和正、反作用的選擇 要根據(jù)要根據(jù)廣義對象廣義對象的特性和工藝要求來決定的特性和工藝要求來決定控制器控制器廣義對象廣義對象干擾干擾給定值給定值 簡單控制系統(tǒng)簡化方塊圖簡單控制系統(tǒng)簡化方塊圖被控變量測量值被控變量測量值被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ysumym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量廣義對象廣義對象（1）概念：）概念：指控制器的輸出信號變化量指控制器的輸出信號變化量u與與輸入偏差信

44、號變化量輸入偏差信號變化量e之間成比例關(guān)系。之間成比例關(guān)系。 即：即：u（t） = K p e（t）（2）反映比例控制作用的強弱的參數(shù)：）反映比例控制作用的強弱的參數(shù)：比例放大系數(shù)比例放大系數(shù)K p （可調(diào)節(jié)）（可調(diào)節(jié)）（ K p= u / e），有量綱，如輸入輸出信號均），有量綱，如輸入輸出信號均為標準信號，則無量綱。為標準信號，則無量綱。K p 大大，比例控制作用，比例控制作用強強；K p 小小，比例控制作用，比例控制作用弱弱.%100()(minmaxminmaxminmaxminmax控制器的輸出變化范圍輸出的最大變化量，即儀表的量程輸入的最大變化量，即輸出變化量輸入變化量）uueeu

45、euuueee比例度比例度指控制器指控制器輸入的變化相對值輸入的變化相對值與相應(yīng)的與相應(yīng)的輸出變化相對值之比輸出變化相對值之比的百分數(shù)。工業(yè)中常用比例度來的百分數(shù)。工業(yè)中常用比例度來表示比例控制作用的強弱。表示比例控制作用的強弱。含義：含義：要使輸出信號作全范圍的變化，輸入信號必須要使輸出信號作全范圍的變化，輸入信號必須改變?nèi)砍痰陌俜种畮?，即輸入與輸出的比例范圍。改變?nèi)砍痰陌俜种畮祝摧斎肱c輸出的比例范圍。例如：例如：一個控制器，量程是一個控制器，量程是100200，輸出信號是，輸出信號是010mA，當輸入從，當輸入從140變化到變化到160 ，相應(yīng)的輸出從，相應(yīng)的輸出從3mA變化到變化到

46、8 mA，求控制器的比例度。，求控制器的比例度。%40%100010()38()100200()140160(） 都表示比都表示比例控制器控制作用的強弱。例控制器控制作用的強弱。 與與KP成反比，成反比， K p 大大比例控制作用比例控制作用強強，K p小小比例控制作用比例控制作用弱弱而而小小比例控制作用比例控制作用強強，大大比例控制作用比例控制作用弱弱 有余差。有余差。為什么？為什么？例如：例如：杠桿浮球構(gòu)成的比杠桿浮球構(gòu)成的比例液位控制系統(tǒng)：例液位控制系統(tǒng)：當當qV1 =qV2 時：杠桿為水平位置時：杠桿為水平位置當當qV1 qV2時：浮球下移，杠桿作用，時：浮球下移，杠桿作用， 進水閥進

47、水閥 開大，開大， qV2增大，增大，當當qV1 =qV2 時，新的平衡。時，新的平衡。浮球：浮球：測量元件測量元件杠桿：杠桿：調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ytytyt小于臨界值ty太大 偏小yt 偏大yt 適當 等于臨界值 K p 大：大：比例控制作用強比例控制作用強 ；K p 小：?。罕壤刂谱饔萌酰槐壤刂谱饔萌?；即：即：?。罕壤刂谱饔脧姡恍。罕壤刂谱饔脧姡淮螅罕壤刂谱饔萌?；大：比例控制作用弱； K p太大，太小對控制都不太大，太小對控制都不利，利， K p太大，穩(wěn)定性下降；太大，穩(wěn)定性下降；太小，過渡平穩(wěn)，太小，過渡平穩(wěn)，但余差大。但余差大。（4） 比例控制規(guī)律優(yōu)缺點比例控制規(guī)律優(yōu)缺點結(jié)構(gòu)簡單、

48、控制及時、參數(shù)整定方便。結(jié)構(gòu)簡單、控制及時、參數(shù)整定方便。控制結(jié)果控制結(jié)果有余差有余差。（5） 適應(yīng)場合：適應(yīng)場合：干擾少、擾動幅度小、負荷變化不大、滯后干擾少、擾動幅度小、負荷變化不大、滯后較小，控制要求不高、允許有余差存在。較小，控制要求不高、允許有余差存在。例如：例如：塔釜的塔釜的液位液位、貯槽的、貯槽的液位液位、冷凝器的、冷凝器的液液位等。位等。定義定義：是指控制器的輸出變化量：是指控制器的輸出變化量u與輸入偏差與輸入偏差e的積的積分成正比。即分成正比。即 ： 階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線當有偏差時，輸出信號將隨當有偏差時，輸出信號將隨時間增大。時間增大。當偏差為零時，輸出停止變當偏差為零

49、時，輸出停止變化而穩(wěn)定在某一值上，因而用化而穩(wěn)定在某一值上，因而用積分控制器組成控制系統(tǒng)可以積分控制器組成控制系統(tǒng)可以達到達到無余差。無余差。teutATI圖圖2-25 積分調(diào)節(jié)的開環(huán)特性積分調(diào)節(jié)的開環(huán)特性AtKdtteTdtteKtuItItI00)(1)()(KI積分速度積分速度 TI積分時間積分時間teutATI圖2-25 積分調(diào)節(jié)的開環(huán)特性積分作用為什么不單獨使用？積分作用為什么不單獨使用？ 當當e剛進入時，剛進入時， u幾乎為零，積分作用太幾乎為零，積分作用太微弱，控制不及時，即有滯后。微弱，控制不及時，即有滯后。（1）定義）定義：在比例控制的基礎(chǔ)上，再加上積：在比例控制的基礎(chǔ)上，再

50、加上積分控制作用，便構(gòu)成比例積分控制規(guī)律。分控制作用，便構(gòu)成比例積分控制規(guī)律?？乜刂萍燃皶r，又能消除余差。制既及時，又能消除余差。AtTKAKdtteTtekdtteKtektuIPPIpIp)(1)()()()(teutAKP A2KPA圖圖2-26 比例積分的開環(huán)特性比例積分的開環(huán)特性TI（2） 如何求取比例放大系數(shù)如何求取比例放大系數(shù)KP及積分時間及積分時間常數(shù)常數(shù)TI（實驗）（實驗）teutAKP A2KPA圖圖2-26 比例積分的開環(huán)特性比例積分的開環(huán)特性TI利用利用當當t= TI 時：時：u=2KPA具體操作：具體操作：給比例積分控制器輸入一個給比例積分控制器輸入一個幅值幅值 為為

51、A 的階躍變化，立即記的階躍變化，立即記下輸出的躍變值并開動秒表記下輸出的躍變值并開動秒表記時，時，當當u =2KPA時，時，此時的此時的時間為時間為TI；躍變值躍變值KPA除以階躍輸入幅除以階躍輸入幅值值A(chǔ)就是就是KPAtTKAKtuIPP)(TI 小（?。↘I大），大），積分作用強，積分作用強， 積積分速度快，余差消除快，但系統(tǒng)分速度快，余差消除快，但系統(tǒng)震蕩加劇，穩(wěn)定性下降。太小，震蕩加劇，穩(wěn)定性下降。太小，系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)不穩(wěn)定。 TI 小小,余差大余差大ytytytTI太小TI適當tyTI=TI太大圖圖2-27 積分時間對過渡過積分時間對過渡過程的影響程的影響 p31（4）比例積分控

52、制的優(yōu)缺點）比例積分控制的優(yōu)缺點 既控制及時、又能消除余差。既控制及時、又能消除余差。 但但TI過小過小，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。下降。（5）適應(yīng)場合：）適應(yīng)場合：適應(yīng)于適應(yīng)于壓力、流量、液位和那些壓力、流量、液位和那些沒有大的時間滯后的具體對象沒有大的時間滯后的具體對象。（1）理想微分控制規(guī)律（）理想微分控制規(guī)律（D） 定義定義：是指控制器的輸出變化量：是指控制器的輸出變化量u與輸入偏差與輸入偏差e的變化速度成正比。的變化速度成正比。 u=TD de/dt TD為微分時間，表示微分作用的強弱。為微分時間，表示微分作用的強弱。 de/dt 為偏差信號變化速度。為偏差信號變化速度。

53、 響應(yīng)曲線：響應(yīng)曲線：teutt0圖2-28 理想微分控制器特性t00 特點：特點：這種控制器用在系統(tǒng)這種控制器用在系統(tǒng)中，即使偏差很小，只要出現(xiàn)中，即使偏差很小，只要出現(xiàn)變化趨勢，馬上就進行控制，變化趨勢，馬上就進行控制，故有故有超前控制超前控制之稱，這就它的之稱，這就它的優(yōu)點，但它的輸出不能反映偏優(yōu)點，但它的輸出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即差的大小，假如偏差固定，即使數(shù)值很大，微分作用也沒有使數(shù)值很大，微分作用也沒有輸出，輸出，因而控制結(jié)果不能消除因而控制結(jié)果不能消除偏差偏差，不能單獨使用。，不能單獨使用。teutt0圖2-28 理想微分控制器特性t00（1）理想微分控制規(guī)律（）理

54、想微分控制規(guī)律（D） 數(shù)學(xué)表達式：數(shù)學(xué)表達式：)(dtdeTekuDpytytytTD太大TD適當tyTD=0TD太小 圖圖2-31 微分時間對系統(tǒng)過微分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響渡過程的影響 utt0KpA圖圖2-28 比例微分控制器特性比例微分控制器特性TD大大，微分作用強，微分作用強， 控制質(zhì)量提高?？刂瀑|(zhì)量提高。TD過大過大 ， 過度靈敏，會出現(xiàn)高頻震蕩。過度靈敏，會出現(xiàn)高頻震蕩。增加微分時間增加微分時間TD ，能克服系統(tǒng)的滯，能克服系統(tǒng)的滯后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)后，改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但微分時間不能太大，否的穩(wěn)定性。但微分時間不能太大，否則會使系統(tǒng)出現(xiàn)高頻振

55、蕩。則會使系統(tǒng)出現(xiàn)高頻振蕩。 微分時間對系統(tǒng)過渡過程微分時間對系統(tǒng)過渡過程(控控制質(zhì)量）的影響制質(zhì)量）的影響ytytytTD太大TD適當tyTD=0TD太小 圖圖2-31 微分時間對系統(tǒng)過微分時間對系統(tǒng)過渡過程的影響渡過程的影響 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：響應(yīng)快、能增加響應(yīng)快、能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性；有超前控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；有超前控制作用，可以克服對象的慣性；作用，可以克服對象的慣性；控制結(jié)果有余差控制結(jié)果有余差。 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：控制質(zhì)量高；無余差；參數(shù)整定較麻煩?？刂瀑|(zhì)量高；無余差；參數(shù)整定較麻煩。)1(dtdeTedtTekuDIp數(shù)學(xué)表達式：數(shù)學(xué)表達式： 適應(yīng)場合適應(yīng)場合：對象對象 滯后大；負荷變化

56、較大，但變化不滯后大；負荷變化較大，但變化不頻繁；對控制質(zhì)量要求高。頻繁；對控制質(zhì)量要求高。控制規(guī)律控制規(guī)律 數(shù)學(xué)表達式數(shù)學(xué)表達式 可調(diào)參數(shù)可調(diào)參數(shù) 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 適應(yīng)場合適應(yīng)場合 比比 例例 （P）比例積分比例積分（PI）比例積比例積分微分分微分 （PID）u=K p e K p ,（ ）%1001pK控制及時、過渡控制及時、過渡時間短、克服干時間短、克服干擾能力強。擾能力強。但控制結(jié)果有余但控制結(jié)果有余差差適用于控制通道滯適用于控制通道滯后較小，負荷變化后較小，負荷變化較小，工藝上沒有較小，工藝上沒有提出余差要求的系提出余差要求的系統(tǒng)統(tǒng).如：液位如：液位)1(1dteTeKup K p，T

57、1用于控制通道滯用于控制通道滯后較小，負荷變后較小，負荷變化較小，工藝參化較小，工藝參數(shù)不允許有余差數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)的系統(tǒng).如：壓力、如：壓力、流量等流量等能消除余差。能消除余差。但積分控制作用但積分控制作用比較緩慢、控制比較緩慢、控制不及時，系統(tǒng)穩(wěn)不及時，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降定性下降dtdeTedtTeKuDp11K p, T1, TD用于容量滯后較用于容量滯后較大，負荷變化大，大，負荷變化大，控制質(zhì)量要求較控制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)。高的系統(tǒng)。如溫如溫度、成分度、成分控制質(zhì)量高，積分控制質(zhì)量高，積分作用可消除余差，作用可消除余差，微分作用可提高系微分作用可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性統(tǒng)的穩(wěn)定性但參數(shù)整定較麻

58、煩。但參數(shù)整定較麻煩。二二 控制器正、反方向的確定控制器正、反方向的確定 1 各環(huán)節(jié)的正、反作用方向的規(guī)定各環(huán)節(jié)的正、反作用方向的規(guī)定（1）被控對象規(guī)定：）被控對象規(guī)定： 操縱變量操縱變量m ，被控變量，被控變量y ，為，為“正作用正作用” 操縱變量操縱變量m ，被控變量，被控變量y ，為，為“反作用反作用”被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ys umym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量二二 控制器正、反方向的確定控制器正、反方向的確定 1 各環(huán)節(jié)的正、反作用方向的規(guī)定各環(huán)節(jié)的正、反

59、作用方向的規(guī)定被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ys umym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量（2）測量元件：）測量元件： 輸入增加，輸出也增加，一般都為輸入增加，輸出也增加，一般都為“正作正作用用”。（3）執(zhí)行器的正、反作用方向的規(guī)定：）執(zhí)行器的正、反作用方向的規(guī)定：由它的氣開、氣關(guān)型式來確定。由它的氣開、氣關(guān)型式來確定。氣開閥為氣開閥為“正作用正作用”，氣關(guān)閥為氣關(guān)閥為“反作用反作用” 。氣開閥：氣開閥：有信號時閥開、無信號時閥關(guān)的氣動執(zhí)行器。有信號時閥開、無信號時閥關(guān)的氣動執(zhí)行

60、器。 氣關(guān)閥：氣關(guān)閥：有信號時閥關(guān)、無信號時閥開的氣動執(zhí)行器。有信號時閥關(guān)、無信號時閥開的氣動執(zhí)行器。被控變量被控變量干擾作用干擾作用 y給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象f測量元件與變送器測量元件與變送器yse= ym ys umym偏差偏差控制信號控制信號操縱變量操縱變量“正正”方向：方向：當輸入信號當輸入信號u增加時增加時，氣開閥的開度，氣開閥的開度增加增加。因而流過閥的流體流量因而流過閥的流體流量m增加增加，故氣開閥是故氣開閥是“正正”方向方向“反反”方向：方向：當輸入信號當輸入信號u增加增加時，氣關(guān)閥的開度時，氣關(guān)閥的開度減小減小。因而流過閥的流體流量因而流過閥的流