過(guò)程控制工程第一章單回路控制系統(tǒng)課件

單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●

單回路反饋控制系統(tǒng)

四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、測(cè)量變送、控制器和控制閥反饋控制中的最基本系統(tǒng)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、有效、應(yīng)用最成熟、最普遍---占70%以上1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●單回路反饋控制系統(tǒng)例2：水槽液位控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成F1增加→L增加→變送器輸出信號(hào)增加→偏差（測(cè)量值-設(shè)定值）為正、增加→控制器輸出減小→閥開(kāi)度增加→F2增加→L降低；工作過(guò)程：F1F2LCF1F2A.C

例2：水槽液位控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成F1增加→1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控對(duì)象測(cè)量變送偏差給定測(cè)量液位●給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱(chēng)為系統(tǒng)輸入量。也稱(chēng)為參考輸入量（信號(hào)）?！癖豢刂屏课挥谙到y(tǒng)的輸出端，稱(chēng)為系統(tǒng)輸出量。●

輸出量（全部或一部分）通過(guò)測(cè)量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號(hào)與返回的輸出信號(hào)之差）信號(hào)。輸出量的返回過(guò)程稱(chēng)為反饋。返回的全部或部分輸出信號(hào)稱(chēng)為反饋信號(hào)。1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控測(cè)量偏差給定1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●維持被控參數(shù)保持在設(shè)定值上，偏差越小越好●偏差控制：糾正偏差過(guò)程工業(yè)中，此類(lèi)系統(tǒng)占大多數(shù)●按被控參數(shù)分類(lèi)：溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章●控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.2被控變量的選擇即，要控制什么基于工藝要求，選擇的結(jié)果直接影響生產(chǎn)（產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)安全）●控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)1.2被控變量的選擇即，要控制什么●分類(lèi)1.2被控變量的選擇直接控制

最基本的熱工參數(shù)，一般是可以直接進(jìn)行測(cè)量和控制的參數(shù)溫度、壓力、液位、流量間接控制

質(zhì)量指標(biāo)，以及一些特殊的參數(shù)成份、物性參數(shù)等，在一般條件下，無(wú)法直接測(cè)量和控制應(yīng)根據(jù)工藝參數(shù)的關(guān)系，用可測(cè)的參數(shù)，間接進(jìn)行控制●分類(lèi)1.2被控變量的選擇直接控制最基本的熱工參數(shù)，一般1.2被控變量的選擇例1：苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)

質(zhì)量指標(biāo)是最重要的控制參數(shù)如塔頂產(chǎn)品的純度xD

但xD

目前無(wú)法直接測(cè)量，因此，只能用間接控制參數(shù)進(jìn)行控制。根據(jù)精餾原理，xD=f(TD,p),即與溫度和壓力成非線性函數(shù)關(guān)系。理論上，固定一項(xiàng)，就可用另一項(xiàng)控制xD

。一般的，實(shí)際中都采用恒定p，通過(guò)控制塔頂溫度來(lái)控制塔頂成分。

1.2被控變量的選擇例1：苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)是1.2被控變量的選擇選擇原則：（1）

測(cè)量滯后P

（2）

工藝合理性T工藝合理性：①規(guī)定塔壓穩(wěn)定，保證分離度，保證效率②各塊塔板壓力恒定，XD與T有對(duì)應(yīng)關(guān)系∴選擇XD=F（T）050100%苯、甲苯百分含量（%）050100%TP一定T一定P1.2被控變量的選擇選擇原則：0501.2被控變量的選擇●選擇被控變量的原則（1）盡可能選擇直接質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)；（2）必須選擇間接量指標(biāo)參數(shù)時(shí)，選擇對(duì)目標(biāo)參數(shù)影響最顯著的可控參數(shù)，單值對(duì)應(yīng)關(guān)系最好；（3）靈敏度好，反映產(chǎn)品質(zhì)量變化，易于控制；（4）考慮工藝的合理性、測(cè)量?jī)x表的選擇。操縱變量的選擇：（1）一般選系統(tǒng)中可以調(diào)整的物料量或能量參數(shù)，多是流量；（2）不止一個(gè)，重要因素1.2被控變量的選擇●選擇被控變量的原則（1）盡可能選擇直單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●對(duì)象特性分析精餾塔:

影響塔頂成分的有,溫度、壓力、進(jìn)料流量、進(jìn)料成分等

對(duì)于實(shí)際過(guò)程，影響輸出的因素一般不只一個(gè)，因此，實(shí)際上都是多輸入系統(tǒng)（MIMO)F1F2FnY1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●對(duì)象特性分1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng):

必須從影響被控量的諸多影響參數(shù)中

選擇一個(gè)，作為操縱變量

其它影響量則只能視作干擾量了控制：用操縱量克服干擾量對(duì)被控變量的影響F1(s)F2(s)U(s)Y(s)Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s)F1(s)+GPD2(s)F2(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇設(shè)計(jì)單回路控1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇操縱量—輸出：控制通道干擾量—輸出：干擾通道干擾作用與控制作用相互對(duì)立而存在問(wèn)題：如何選擇一個(gè)良好的操縱變量。分析通道特性通道的概念：通道就是某個(gè)參數(shù)影響另外一個(gè)參數(shù)的通路1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇操縱量—輸出1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●

干擾通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)

GPC(s)Y(s)F(s)干擾作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●干擾通道1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大倍數(shù)Kf的影響結(jié)論：

Kf越大，系統(tǒng)的余差也越大，控制質(zhì)量越差Y()=Kf1+KCKo分析過(guò)程：Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)GPC(s)F(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間常數(shù)Tf的影響

結(jié)論：Tf越大，個(gè)數(shù)越多，干擾對(duì)被控變量的影響越小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差越小，控制質(zhì)量提高干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置：越離被控變量近的干擾，對(duì)被控變量的影響也越大1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯后τf的影響

結(jié)論：

干擾通道的純滯后對(duì)控制系統(tǒng)質(zhì)量沒(méi)有影響，只是滯后了干擾對(duì)控制的影響Y(s)=GPD(s)e-τs1+Gc(s)

GPC(s)F(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇

干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響特性參數(shù)靜態(tài)質(zhì)量的影響動(dòng)態(tài)質(zhì)量的影響Kf增加余差增加無(wú)影響Tf增加無(wú)影響過(guò)渡過(guò)程時(shí)間減小，振蕩幅值減小f增加無(wú)影響無(wú)影響1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇

干擾通道特1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●

控制通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●控制通道1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大倍數(shù)K0的影響靜態(tài)：控制通道放大倍數(shù)K0大，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差小，見(jiàn)式（1-7）動(dòng)態(tài)：控制系統(tǒng)衰減比ξ與Kc與K0的乘積有關(guān)，見(jiàn)式（1-18），且

KcK0越大，ξ越小，穩(wěn)定性差，因此，要保證KcK0=常數(shù)。在KcK0=常數(shù)情況下，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差不變。從控制角度看，K0大些，說(shuō)明控制通道對(duì)系統(tǒng)的影響大，易于調(diào)節(jié)，因此，一般希望K0大些好1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間常數(shù)T0的影響從控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)進(jìn)行分析結(jié)論：控制通道的時(shí)間常數(shù)大，經(jīng)過(guò)的容量數(shù)多，系統(tǒng)的工作頻率低，控制不及時(shí)、系統(tǒng)控制質(zhì)量差，如溫度系統(tǒng)。

一般希望控制通道時(shí)間常數(shù)小些好。但控制通道時(shí)間常數(shù)過(guò)小，將使得系統(tǒng)過(guò)于靈敏，也會(huì)使穩(wěn)定性變差，如流量系統(tǒng)

1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯后τ0的影響

結(jié)論：純滯后τ0的存在，使得控制不及時(shí)，增加動(dòng)態(tài)偏差，降低穩(wěn)定性。

控制通道純滯后是控制系統(tǒng)非常不利的因素，會(huì)嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)品質(zhì)，以至于使控制系統(tǒng)發(fā)散，造成嚴(yán)重后果，因此，實(shí)際工程中，必須重視。

1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●操縱變量的選擇

兼顧考慮工藝的合理性，工藝上不易頻繁改變的量也不宜作為操縱變量。實(shí)質(zhì)上是決定了控制通道的選擇。原則：（1）

操縱變量必須可控（2）

選擇通道放大倍數(shù)相對(duì)大的（3）選擇通道時(shí)間常數(shù)相對(duì)小的（干擾通道時(shí)間常數(shù)大些）（4）選擇通道的純滯后盡量小（5）選擇使干擾點(diǎn)遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●操縱變量的1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響圖特性參數(shù)對(duì)靜態(tài)質(zhì)量的影響對(duì)動(dòng)態(tài)質(zhì)量的影響K0增加余差減?。ǚ€(wěn)定前提下）系統(tǒng)趨向于振蕩T0增加無(wú)影響過(guò)渡過(guò)程時(shí)間增加，系統(tǒng)頻率變慢0增加無(wú)影響穩(wěn)定程度大大降低1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇控制通道特性單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.4控制閥的選擇控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件接受控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)。選擇內(nèi)容：口徑大小、開(kāi)閉形式、流量特性、結(jié)構(gòu)形式1.4控制閥的選擇控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件口徑大小●●直接決定介質(zhì)流過(guò)的能力1.4控制閥的選擇

通過(guò)計(jì)算閥的流通能力，并且保證具有一定的余量，具有較寬的可控范圍。

口徑過(guò)大，正常流量時(shí)閥門(mén)處于小的開(kāi)度，閥的特性不好；

口徑過(guò)小，正常流量時(shí)閥門(mén)處于大的開(kāi)度，閥的特性也不好。口徑大小●●直接決定介質(zhì)流過(guò)的能力1.4控制閥的選擇通開(kāi)閉形式●●氣動(dòng)控制閥：1.4控制閥的選擇●電動(dòng)控制閥：一般均為電開(kāi)式（電機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)）氣開(kāi)式—輸入氣壓信號(hào)（來(lái)自控制器）增大，閥的開(kāi)度增大；氣閉式—輸入氣壓信號(hào)（來(lái)自控制器）增大，閥的開(kāi)度減?。婚_(kāi)閉形式●●氣動(dòng)控制閥：1.4控制閥的選擇●電動(dòng)控制閥：一控制閥的氣開(kāi)、閉形式的選擇原則：●1.4控制閥的選擇（1）安全角度：即當(dāng)出現(xiàn)意外事故時(shí)，如氣源中斷，或電源中斷，此時(shí)輸入控制閥的氣壓信號(hào)最小，這時(shí)，考慮到工藝設(shè)備的安全性，必須使閥門(mén)全閉（氣開(kāi)式）或閥門(mén)全開(kāi)（氣閉式）如：鍋爐燃?xì)饪刂崎y——?dú)忾_(kāi)式

（2）質(zhì)量角度：出現(xiàn)以外事故，考慮產(chǎn)品質(zhì)量（3）消耗角度：原料、成品及動(dòng)力消耗（4）介質(zhì)特點(diǎn)：特殊介質(zhì)，考慮氣結(jié)晶、蒸發(fā)等因素

具體工藝過(guò)程，對(duì)控制閥開(kāi)閉有要求的場(chǎng)合，要區(qū)分主次因素（安全第一），對(duì)控制閥開(kāi)閉沒(méi)有要求時(shí)，可以任選控制閥的氣開(kāi)、閉形式的選擇原則：●1.4控制閥的選擇（1）1.4控制閥的選擇流量特性●流量特性：指流體通過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量和閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系

Q/Qmax=f(L/Lmax)Q/Qmax相對(duì)流量f(L/Lmax)相對(duì)開(kāi)度1.4控制閥的選擇流量特性●流量特性：指流體通過(guò)閥門(mén)的相對(duì)1.4控制閥的選擇流量特性●

目前控制閥的特性有三種：

線性特性、對(duì)數(shù)特性（等百分比特性）、快開(kāi)特性

L/LmaxF/Fmax1.4控制閥的選擇流量特性●目前控制閥的特性有三種：L/

一般的，生產(chǎn)負(fù)荷變化→對(duì)象特性發(fā)生變化如，熱交換器：負(fù)荷（被加熱的流體）增大：通過(guò)熱交換器的時(shí)間縮短，純滯后減??；特性改變流速增大，傳熱效果變好控制系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，已經(jīng)整定好了PID參數(shù)，一旦對(duì)象特性發(fā)生變化時(shí)，原來(lái)好的PID參數(shù)就變得不好了1.4控制閥的選擇流量特性●●什么時(shí)候選擇非線性特性？1.4控制閥的選擇流量特性●●什么時(shí)候選擇非線性特性？（1）選擇自整定調(diào)節(jié)器，代價(jià)大（2）通過(guò)控制閥的特性選擇進(jìn)行彌補(bǔ)

K∝1/K0G0如對(duì)象負(fù)荷靜態(tài)部分K0與控制閥流量F成反比，對(duì)象負(fù)荷動(dòng)態(tài)部分G0與控制閥流量F成正比，控制閥特性取線性；P15表1-1控制閥流量特性的選擇課本P15分析的例子P16表1-2控制閥流量特性經(jīng)驗(yàn)選擇1.4控制閥的選擇流量特性●解決辦法：（1）選擇自整定調(diào)節(jié)器，代價(jià)大1.4控制閥的選擇流量特性●1.4控制閥的選擇結(jié)構(gòu)形式●直通單座、直通雙座、角閥、高壓閥、蝶閥、隔膜閥、三通閥適用于不同工藝場(chǎng)合表1-4

ABC1.4控制閥的選擇結(jié)構(gòu)形式●ABC1.4控制閥的選擇閥門(mén)定位器●

控制閥的輔助裝置

接受控制器信號(hào)，輸出控制控制閥

作用：

提高控制閥控制精度，準(zhǔn)確定位；功率放大；可改變控制閥流量特性；可實(shí)現(xiàn)分程控制

1.4控制閥的選擇閥門(mén)定位器●控制閥的輔助裝置單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●容量滯后：

由于測(cè)量元件具有一定的時(shí)間常數(shù)，一階慣性環(huán)節(jié)理論上講，只有當(dāng)過(guò)渡時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，輸出才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)（等于工藝參數(shù)值）。因此，測(cè)量變送的輸出一般小于工藝參數(shù)實(shí)際值，不利于系統(tǒng)控制測(cè)量變送裝置的容量滯后對(duì)控制系統(tǒng)不利。1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●容量1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●純滯后：

參數(shù)變化信號(hào)傳遞到測(cè)量點(diǎn)需要一定的時(shí)間

使得廣義對(duì)象中含有純滯后環(huán)節(jié)，不利于控制，要盡量克服1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●純滯1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法傳遞滯后的影響●

測(cè)量信號(hào)傳送滯后：變送器→控制室控制信號(hào)傳送滯后：控制室→控制閥

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與控制室有較長(zhǎng)的一段距離，對(duì)于氣動(dòng)信號(hào)的傳遞，就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的傳送滯后。一般比較小，對(duì)于電信號(hào)，可以忽略。

1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法傳遞滯后的影響●測(cè)量1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●測(cè)量滯后：選擇快速反應(yīng)的測(cè)量元件，以減小時(shí)間常數(shù)選擇合適的測(cè)量點(diǎn)，以減小純滯后使用微分單元，以克服容量滯后

微分環(huán)節(jié)起到超前作用，參考書(shū)上的推導(dǎo)，在分子上多了一個(gè)零點(diǎn)，對(duì)給定值的變化起到快速跟蹤作用。但是，微分環(huán)節(jié)會(huì)使得系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，因此，要合理使用。

1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●測(cè)量1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●傳送滯后：一般，氣動(dòng)儀表容易產(chǎn)生傳送滯后，在氣動(dòng)管線比較長(zhǎng)時(shí)，可考慮加入氣動(dòng)繼動(dòng)裝置。1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●傳送單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章教學(xué)進(jìn)程單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章教學(xué)進(jìn)1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇控制質(zhì)量：系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差PID

三作用控制器PID：Proportional

IntegralDerivativePID控制：對(duì)偏差信號(hào)

(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律。1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇控制質(zhì)其中：Kpe

(t)——

比例控制項(xiàng)，Kp為比例系數(shù)

——

積分控制項(xiàng)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)；

——

微分控制項(xiàng)，d為微分時(shí)間常數(shù)；1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇

PID控制器，3個(gè)可調(diào)整的參數(shù)：比例度δ（P）、積分時(shí)間Ti（I）、微分時(shí)間Td（D）

PID控制的傳遞函數(shù)：其中：Kpe(t)——比例控制項(xiàng)，Kp1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇●PID控制是控制工程中技術(shù)成熟、理論完善、應(yīng)用最為廣泛的一種控制策略，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，已形成了一套完整的控制方法和典型結(jié)構(gòu)?！裨诤芏嗲樾蜗?，PID控制并不一定需要全部的三項(xiàng)控制作用，而是可以方便靈活地改變控制策略，實(shí)施P、PI、PD或PID控制。顯然，比例控制部分是必不可少的?！馪ID不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)，而且對(duì)大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過(guò)程也可應(yīng)用?！馪ID控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活，在眾多工業(yè)過(guò)程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇●1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響R(s)E(s)Gc(s)Go(s)F(s)F(s)Go(s)E(s)Gc(s)1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響R(s)E(s)G終值定理：1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響結(jié)論：

當(dāng)控制器為純比例作用時(shí)，系統(tǒng)余差與放大倍數(shù)成反比，即與比例度成正比，比例度δ越大，余差越大；當(dāng)控制器引入積分作用時(shí)，可消除余差；微分作用對(duì)余差沒(méi)有影響。

終值定理：1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響結(jié)論：1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響（1）比例放大倍數(shù)K的影響：

Kc0，相當(dāng)于開(kāi)路

Kc

控制精度提高（余差減小），——矛盾

系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用純比例控制。0ty(t)

Kc增大比例控制器：1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響（1）比例放大倍數(shù)K的影響：（2）Ti的影響：比例作用基礎(chǔ)上疊加對(duì)偏差的積分輸出—消除余差

Ti小，積分作用強(qiáng)，消除余差的能力強(qiáng)，但是，系統(tǒng)振蕩加劇，衰減比變??；

Ti大，積分作用弱，消除余差的能力弱。

1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響

PI控制器：0ty(t)

Ti減?。?）Ti的影響：比例作用基礎(chǔ)上疊加對(duì)偏差的積分輸出—（3）微分時(shí)間Td

：

也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID

微分輸出與偏差變化速度成正比，

——“超前”調(diào)節(jié)作用

Td大，微分作用大，控制系統(tǒng)靈敏，但穩(wěn)定性變差P、I、D三參數(shù)相互配合——控制器參數(shù)整定

PD控制器：

1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響（3）微分時(shí)間Td：也是和比例作用配合，P、PI、PD、1.6.3控制規(guī)律的選擇

（1）對(duì)控制要求不高的參數(shù)，可只采用比例控制器；（2）對(duì)控制要求不高，且慣性較大的參數(shù)，可采用比例-微分控制器；（3）對(duì)于精度要求高的，要加入積分規(guī)律，PI；（4）較重要，控制精度要求比較高，希望動(dòng)態(tài)偏差小，被控對(duì)象的時(shí)間滯后比較大的，PID控制規(guī)律選擇原則：工業(yè)常見(jiàn)控制器有：P、PI、PD、PID1.6.3控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律選擇原則：工業(yè)常見(jiàn)控制器有：?jiǎn)位芈贩答伩刂葡到y(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響

如同一條水管安裝有多個(gè)水龍頭，各個(gè)龍頭的流量相互影響所謂關(guān)聯(lián)，就是系統(tǒng)之間彼此相互有影響提餾段溫度與塔底液位控制系統(tǒng)家中煤氣供量，高峰期互相影響

TCLC1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響由此可見(jiàn)，這兩套控制系統(tǒng)存在著相互關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)在很大程度上影響控制系統(tǒng)的性能，要非常注意1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響關(guān)聯(lián)蒸汽閥開(kāi)大，蒸汽量增加，溫度上升，但同時(shí)由于蒸發(fā)量增大，塔釜液位會(huì)下降；同樣，液位閥開(kāi)大，采出量增加，液位下降，同時(shí)由于被加熱的液體減少，溫度會(huì)增加。由此可見(jiàn)，這兩套控制系統(tǒng)存在著相互關(guān)聯(lián)。1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法相對(duì)增益方法Gc1(s)Gcn(s)R1(s)nnRn(s)Y1(s)Yn(s)U1(s)Un(s)ji1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法相對(duì)增益方法Gc1(s)Gcn(1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法Gc1(s)Gc2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)U1(s)U2(s)Gc1(s)Gc2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)U1(s)U2(s)u不等于u1;u保持不變y不等于y1;y保持不變1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法Gc1(s)Gc2(s)R1(s相對(duì)增益的計(jì)算：j–i通道第一次計(jì)算只有第j個(gè)操縱變量變化，其它各操縱變量均維持不變的增益：第二次計(jì)算其它各操縱變量都變化（處于閉環(huán)控制）的增益：于是，j–i通道的相對(duì)增益為：

相對(duì)增益定義：相互關(guān)聯(lián)程度1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法相對(duì)增益的計(jì)算：相對(duì)增益定義：相互關(guān)聯(lián)程度1.7.2分析系統(tǒng)（5）λij<0，其它回路閉合時(shí)，本回路將變成不穩(wěn)定（條件穩(wěn)定回路）（1）λij=1，其它回路閉合與否對(duì)本通道沒(méi)有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)沒(méi)有關(guān)聯(lián)；（2）λij>1，其它回路閉合對(duì)本通道有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)使得本回路增益變小，負(fù)關(guān)聯(lián)。（λij越大關(guān)聯(lián)越大）（3）λij<1，其它回路閉合對(duì)本通道有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)使得本回路增益變大，正關(guān)聯(lián)。（λij越小關(guān)聯(lián)越大）（4）λij=0，其它回路開(kāi)環(huán)時(shí)，ui對(duì)yi沒(méi)有影響，j–i通道的控制回路不能構(gòu)成1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法（5）λij<0，其它回路閉合時(shí)，本回路將變成不穩(wěn)定（條件穩(wěn)相對(duì)增益矩陣A–布里斯托爾陣列1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法（6）λij→∞，只有在其它回路開(kāi)環(huán)時(shí)，才能用ui控制yi，即此通道的控制回路才能成立。

可見(jiàn)，可根據(jù)λij對(duì)1的偏離程度大小判斷關(guān)聯(lián)程度λij偏離1越大，系統(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)越厲害●

每行（列）相對(duì)增益之和為1。●

已知各通道的開(kāi)環(huán)增益K相對(duì)增益矩陣A–布里斯托爾陣列1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方1.7.3削弱或消除系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的方法關(guān)鍵：深入仔細(xì)分析關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生方法：通過(guò)工藝分析，找出關(guān)聯(lián)，并提出解決關(guān)聯(lián)的方法若能計(jì)算相對(duì)增益（矩陣），可進(jìn)行量化分析

（1）按照變量配對(duì)，若λ均在1的附近，說(shuō)明關(guān)聯(lián)不大，此時(shí)，可采用控制系統(tǒng)參數(shù)整定的方法，即拉開(kāi)工作頻率范圍，可以削弱關(guān)聯(lián)的影響；（2）若相對(duì)增益都離1較遠(yuǎn)，說(shuō)明彼此關(guān)聯(lián)較厲害，必須從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手解決，如采用解耦控制方案；（3）相對(duì)增益有些離1遠(yuǎn)，有些在1附近，可采用重新變量配對(duì)，再進(jìn)行處理。1.7.3削弱或消除系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的方法關(guān)鍵：深入仔細(xì)分析關(guān)聯(lián)的例子：離心泵輸出管線上的流量和壓力控制控制系統(tǒng)

流量和壓力控制系統(tǒng)存在關(guān)聯(lián)，可采用控制器參數(shù)整定的方法，拉開(kāi)各自的工作頻率。若流量控制重要，可使流量控制器敏感些（減小比例度，減小微分時(shí)間），這樣，系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)，流量系統(tǒng)快速調(diào)整，然后，壓力系統(tǒng)再緩慢控制。反之亦然。

1.7.3削弱或消除系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的方法PCFC例子：離心泵輸出管線上的流量和壓力控制控制系統(tǒng)流單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章教學(xué)進(jìn)程單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章教學(xué)進(jìn)

原則：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)總放大倍數(shù)必須為負(fù)值（保證負(fù)反饋）1.8單回路系統(tǒng)投運(yùn)和整定控制器正反作用的確定Gc(s)Gv(s)Go(s)

Gm(s)R(s)E(s)Y(s)根據(jù)：對(duì)象Go(s)、控制閥Gv(s)、測(cè)量變送器Gm(s)的正反作用，保證：總符號(hào)為負(fù)，確定：控制器Gc(s)的符號(hào)。原則：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)總放大倍數(shù)必須為負(fù)值（保證負(fù)反饋）1.8單回正：輸入信號(hào)，輸出信號(hào)負(fù)：輸入信號(hào)，輸出信號(hào)

●

對(duì)象、控制閥、測(cè)量變送裝置●

若控制閥為氣閉式，膜頭壓力增大閥門(mén)關(guān)小●對(duì)象特性，輸出流量F2增大，液位L減小●測(cè)量變送●控制器符號(hào)應(yīng)該為負(fù)，即反作用LC水槽液位控制系統(tǒng)1.8單回路系統(tǒng)投運(yùn)和整定正：輸入信號(hào)，輸出信號(hào)●對(duì)象、控制閥、測(cè)量變送裝置一般，對(duì)于儀表控制器，都帶有正反作用開(kāi)關(guān)，對(duì)于計(jì)算機(jī)控制，可以通過(guò)程序設(shè)置

1.8單回路系統(tǒng)投運(yùn)和整定1.8.1控制系統(tǒng)投運(yùn)

●關(guān)鍵是自動(dòng)和手動(dòng)的切換要求，必須保證是無(wú)擾動(dòng)切換手動(dòng)：通過(guò)控制器，手動(dòng)給出控制器的輸出，手動(dòng)輸出自動(dòng)：控制器根據(jù)偏差，自動(dòng)計(jì)算給出控制器的輸出，自動(dòng)輸出無(wú)擾動(dòng)切換一般，對(duì)于儀表控制器，都帶有正反作用開(kāi)關(guān)，1.8單回路系統(tǒng)投手動(dòng)時(shí)，自動(dòng)輸出跟蹤手動(dòng)輸出自動(dòng)時(shí)，手動(dòng)輸出跟蹤自動(dòng)輸出1.8.1控制系統(tǒng)投運(yùn)雙向平衡無(wú)擾動(dòng)切換●

電動(dòng)III型、I系列、EK系列●電動(dòng)II型

一般，儀表控制器帶有自動(dòng)/手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，計(jì)算機(jī)控制時(shí)，也必須設(shè)置這樣的開(kāi)關(guān)手動(dòng)時(shí)，自動(dòng)輸出跟蹤手動(dòng)輸出自動(dòng)時(shí)，手動(dòng)輸出跟蹤自動(dòng)輸出1.1.8.2控制系統(tǒng)整定目前基本控制器一般均為PID控制器（比例、積分、微分控制器）PID控制器整定，調(diào)節(jié)P、I、D參數(shù)，使得控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)達(dá)到滿意。一旦控制控制系統(tǒng)安裝到位，控制系統(tǒng)的品質(zhì)就取決于控制器的參數(shù)設(shè)置●整定的目的對(duì)象特性、控制方案、干擾的形式和大小、控制器參數(shù)整定

選擇什么樣的控制系統(tǒng)性能指標(biāo)常見(jiàn)的，如4：1衰減等，根據(jù)不同的實(shí)際情況，有所不同。1.8.2控制系統(tǒng)整定目前基本控制器一般均為PID控制器（比●整定方法兩類(lèi)：理論計(jì)算和工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定●理論整定方法基于控制原理的計(jì)算方法（時(shí)域法、頻域法、根軌跡法等）例子：已知一廣義對(duì)象傳遞函數(shù)為：采用純比列控制器，過(guò)渡過(guò)程4:1衰減，求。●整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定●理論整定方法例子：已知一●工程整定方法理論整定方法，必須要求已知各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，對(duì)于一般的實(shí)際問(wèn)題，難于滿足。另外，理論計(jì)算也比較煩瑣，工程上一般不采用。工程整定方法，直接在閉合的控制回路中對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。經(jīng)驗(yàn)方法，簡(jiǎn)單、方便，易于掌握，工程實(shí)際中廣泛采用。1.8.2控制系統(tǒng)整定●工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定（1）臨界比例度法步驟：

●系統(tǒng)閉環(huán)

●TI最大、TD最?。](méi)有積分、微分作用）

●比例度δ放到100%（K=1），由大往小逐漸改變，每改變一次，通過(guò)設(shè)定值的改變給控制系統(tǒng)施加階躍干擾，觀察輸出Y的變化

●若Y衰減振蕩，則繼續(xù)減小δ；若Y發(fā)散振蕩，則應(yīng)增大δ

●當(dāng)Y出現(xiàn)等幅振蕩（臨界振蕩），此時(shí)δk稱(chēng)為臨界比例度，振蕩周期Tk稱(chēng)為臨界周期。工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定（1）臨界比例度法工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定

有了δk和Tk后，按經(jīng)驗(yàn)公式確定δ、Ti、TD，按此參數(shù)可使控制系統(tǒng)呈4：1衰減。若還有差距，可適當(dāng)調(diào)整δ1.8.2控制系統(tǒng)整定0tTk等幅振蕩曲線臨界周期有了δk和Tk后，按經(jīng)驗(yàn)公式確定δ、Ti、TD，按此參數(shù)

δ%Ti，minTD，minP

2δk

PI2.2δk0.85Tk

PID1.7δk0.5Tk0.13Tk1.8.2控制系統(tǒng)整定表1-5臨界比例度整定控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式臨界比例度法優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：有些實(shí)際系統(tǒng)不允許進(jìn)行等幅振蕩測(cè)試，另外，對(duì)象也必須是二階以上系統(tǒng)，或是一階加純滯后的對(duì)象，否則，不能出現(xiàn)振蕩。

δ%Ti，minTD，minP2δk

PI2.2δk0（2）衰減曲線法與臨界法類(lèi)似

4：1衰減曲線：

●比例度δ放到100%（K=1），由大往小逐漸改變，每改變一次，通過(guò)設(shè)定值的改變給控制系統(tǒng)施加階躍干擾，觀察輸出Y的變化

●若Y衰減比大于4：1，則繼續(xù)減小δ；若小于4：1，則應(yīng)增大δ，直到出現(xiàn)4：1衰減振蕩，記錄此時(shí)比例度δs和振蕩周期Ts

●按經(jīng)驗(yàn)公式確定δ、Ti、TD工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定（2）衰減曲線法工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定

δ，%Ti，minTD，minPδs

PI1.2δs0.5Ts

PID0.8δs0.3Ts0.1Ts1.8.2控制系統(tǒng)整定表1-6衰減曲線法整定控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式y(tǒng)tTs4:1衰減曲線

δsTs振蕩周期比例度

δ，%Ti，minTD，minPδs

PI1.2δs0.1.8.2控制系統(tǒng)整定yttr10:1衰減曲線

δs

tr

先比例，后積分，最后微分的順序優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)際應(yīng)用缺點(diǎn)：有時(shí)4：1衰減不太好確定，只能近似

10：1衰減曲線：與以上步驟相同，只是采用10：1衰減曲線，經(jīng)驗(yàn)公式見(jiàn)教材

1.8.2控制系統(tǒng)整定yttr10:1衰減曲線δstr（3）反應(yīng)曲線法

測(cè)試廣義對(duì)象的時(shí)間特性步驟：●系統(tǒng)開(kāi)環(huán)、穩(wěn)定（測(cè)量值等于給定值）●手動(dòng)操作控制器產(chǎn)生一個(gè)階躍輸出，它將作用于廣義對(duì)象上，記錄Y的曲線（反應(yīng)曲線）工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定（3）反應(yīng)曲線法工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定1.8.2控制系統(tǒng)整定ΔpP0tΔyT0τ0yACBDt對(duì)象反應(yīng)曲線

純滯后時(shí)間τ

時(shí)間常數(shù)To1.8.2控制系統(tǒng)整定ΔpP0tΔyT0τ0yACBDt對(duì)象1.8.2控制系統(tǒng)整定控制器參數(shù)控制器類(lèi)型δ/%Ti/minTD/minP(K0/T0)100%——PI(1.1K0/T0)100%3.3—PID(0.85K0/T0)100%20.5表1-8反應(yīng)曲線法整定控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式廣義對(duì)象特性可用一階加純滯后環(huán)節(jié)近似按經(jīng)驗(yàn)公式，可計(jì)算P、I、D參數(shù)此方法簡(jiǎn)單，但有些實(shí)際場(chǎng)合，不允許進(jìn)行開(kāi)環(huán)階躍實(shí)驗(yàn)1.8.2控制系統(tǒng)整定控制器參數(shù)控制器類(lèi)型δ（4）其他方法，如智能方法等

測(cè)試廣義對(duì)象的時(shí)間特性

工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定例子：蒸汽加熱器溫控系統(tǒng)，電動(dòng)II型控制器手動(dòng)輸出從6mA->7mA,加熱器溫度從85->87.8oC。儀表量程50-100oC測(cè)得=1.2，T0=2.5min,如采用PI控制器，其整定參數(shù)？工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定例子：蒸汽加熱器溫控系統(tǒng)，單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●

單回路反饋控制系統(tǒng)

四個(gè)基本環(huán)節(jié)：被控對(duì)象、測(cè)量變送、控制器和控制閥反饋控制中的最基本系統(tǒng)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、有效、應(yīng)用最成熟、最普遍---占70%以上1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●單回路反饋控制系統(tǒng)例2：水槽液位控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成F1增加→L增加→變送器輸出信號(hào)增加→偏差（測(cè)量值-設(shè)定值）為正、增加→控制器輸出減小→閥開(kāi)度增加→F2增加→L降低；工作過(guò)程：F1F2LCF1F2A.C

例2：水槽液位控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成F1增加→1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控對(duì)象測(cè)量變送偏差給定測(cè)量液位●給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱(chēng)為系統(tǒng)輸入量。也稱(chēng)為參考輸入量（信號(hào)）?！癖豢刂屏课挥谙到y(tǒng)的輸出端，稱(chēng)為系統(tǒng)輸出量。●

輸出量（全部或一部分）通過(guò)測(cè)量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號(hào)與返回的輸出信號(hào)之差）信號(hào)。輸出量的返回過(guò)程稱(chēng)為反饋。返回的全部或部分輸出信號(hào)稱(chēng)為反饋信號(hào)。1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控測(cè)量偏差給定1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●維持被控參數(shù)保持在設(shè)定值上，偏差越小越好●偏差控制：糾正偏差過(guò)程工業(yè)中，此類(lèi)系統(tǒng)占大多數(shù)●按被控參數(shù)分類(lèi)：溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章●控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.2被控變量的選擇即，要控制什么基于工藝要求，選擇的結(jié)果直接影響生產(chǎn)（產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)安全）●控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)1.2被控變量的選擇即，要控制什么●分類(lèi)1.2被控變量的選擇直接控制

最基本的熱工參數(shù)，一般是可以直接進(jìn)行測(cè)量和控制的參數(shù)溫度、壓力、液位、流量間接控制

質(zhì)量指標(biāo)，以及一些特殊的參數(shù)成份、物性參數(shù)等，在一般條件下，無(wú)法直接測(cè)量和控制應(yīng)根據(jù)工藝參數(shù)的關(guān)系，用可測(cè)的參數(shù)，間接進(jìn)行控制●分類(lèi)1.2被控變量的選擇直接控制最基本的熱工參數(shù)，一般1.2被控變量的選擇例1：苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)

質(zhì)量指標(biāo)是最重要的控制參數(shù)如塔頂產(chǎn)品的純度xD

但xD

目前無(wú)法直接測(cè)量，因此，只能用間接控制參數(shù)進(jìn)行控制。根據(jù)精餾原理，xD=f(TD,p),即與溫度和壓力成非線性函數(shù)關(guān)系。理論上，固定一項(xiàng)，就可用另一項(xiàng)控制xD

。一般的，實(shí)際中都采用恒定p，通過(guò)控制塔頂溫度來(lái)控制塔頂成分。

1.2被控變量的選擇例1：苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)是1.2被控變量的選擇選擇原則：（1）

測(cè)量滯后P

（2）

工藝合理性T工藝合理性：①規(guī)定塔壓穩(wěn)定，保證分離度，保證效率②各塊塔板壓力恒定，XD與T有對(duì)應(yīng)關(guān)系∴選擇XD=F（T）050100%苯、甲苯百分含量（%）050100%TP一定T一定P1.2被控變量的選擇選擇原則：0501.2被控變量的選擇●選擇被控變量的原則（1）盡可能選擇直接質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)；（2）必須選擇間接量指標(biāo)參數(shù)時(shí)，選擇對(duì)目標(biāo)參數(shù)影響最顯著的可控參數(shù)，單值對(duì)應(yīng)關(guān)系最好；（3）靈敏度好，反映產(chǎn)品質(zhì)量變化，易于控制；（4）考慮工藝的合理性、測(cè)量?jī)x表的選擇。操縱變量的選擇：（1）一般選系統(tǒng)中可以調(diào)整的物料量或能量參數(shù)，多是流量；（2）不止一個(gè)，重要因素1.2被控變量的選擇●選擇被控變量的原則（1）盡可能選擇直單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●對(duì)象特性分析精餾塔:

影響塔頂成分的有,溫度、壓力、進(jìn)料流量、進(jìn)料成分等

對(duì)于實(shí)際過(guò)程，影響輸出的因素一般不只一個(gè)，因此，實(shí)際上都是多輸入系統(tǒng)（MIMO)F1F2FnY1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●對(duì)象特性分1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng):

必須從影響被控量的諸多影響參數(shù)中

選擇一個(gè)，作為操縱變量

其它影響量則只能視作干擾量了控制：用操縱量克服干擾量對(duì)被控變量的影響F1(s)F2(s)U(s)Y(s)Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s)F1(s)+GPD2(s)F2(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇設(shè)計(jì)單回路控1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇操縱量—輸出：控制通道干擾量—輸出：干擾通道干擾作用與控制作用相互對(duì)立而存在問(wèn)題：如何選擇一個(gè)良好的操縱變量。分析通道特性通道的概念：通道就是某個(gè)參數(shù)影響另外一個(gè)參數(shù)的通路1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇操縱量—輸出1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●

干擾通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)

GPC(s)Y(s)F(s)干擾作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●干擾通道1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大倍數(shù)Kf的影響結(jié)論：

Kf越大，系統(tǒng)的余差也越大，控制質(zhì)量越差Y()=Kf1+KCKo分析過(guò)程：Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)GPC(s)F(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間常數(shù)Tf的影響

結(jié)論：Tf越大，個(gè)數(shù)越多，干擾對(duì)被控變量的影響越小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差越小，控制質(zhì)量提高干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置：越離被控變量近的干擾，對(duì)被控變量的影響也越大1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯后τf的影響

結(jié)論：

干擾通道的純滯后對(duì)控制系統(tǒng)質(zhì)量沒(méi)有影響，只是滯后了干擾對(duì)控制的影響Y(s)=GPD(s)e-τs1+Gc(s)

GPC(s)F(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇

干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響特性參數(shù)靜態(tài)質(zhì)量的影響動(dòng)態(tài)質(zhì)量的影響Kf增加余差增加無(wú)影響Tf增加無(wú)影響過(guò)渡過(guò)程時(shí)間減小，振蕩幅值減小f增加無(wú)影響無(wú)影響1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇

干擾通道特1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●

控制通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●控制通道1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大倍數(shù)K0的影響靜態(tài)：控制通道放大倍數(shù)K0大，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差小，見(jiàn)式（1-7）動(dòng)態(tài)：控制系統(tǒng)衰減比ξ與Kc與K0的乘積有關(guān)，見(jiàn)式（1-18），且

KcK0越大，ξ越小，穩(wěn)定性差，因此，要保證KcK0=常數(shù)。在KcK0=常數(shù)情況下，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差不變。從控制角度看，K0大些，說(shuō)明控制通道對(duì)系統(tǒng)的影響大，易于調(diào)節(jié)，因此，一般希望K0大些好1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間常數(shù)T0的影響從控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)進(jìn)行分析結(jié)論：控制通道的時(shí)間常數(shù)大，經(jīng)過(guò)的容量數(shù)多，系統(tǒng)的工作頻率低，控制不及時(shí)、系統(tǒng)控制質(zhì)量差，如溫度系統(tǒng)。

一般希望控制通道時(shí)間常數(shù)小些好。但控制通道時(shí)間常數(shù)過(guò)小，將使得系統(tǒng)過(guò)于靈敏，也會(huì)使穩(wěn)定性變差，如流量系統(tǒng)

1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時(shí)間1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯后τ0的影響

結(jié)論：純滯后τ0的存在，使得控制不及時(shí)，增加動(dòng)態(tài)偏差，降低穩(wěn)定性。

控制通道純滯后是控制系統(tǒng)非常不利的因素，會(huì)嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)品質(zhì)，以至于使控制系統(tǒng)發(fā)散，造成嚴(yán)重后果，因此，實(shí)際工程中，必須重視。

1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●操縱變量的選擇

兼顧考慮工藝的合理性，工藝上不易頻繁改變的量也不宜作為操縱變量。實(shí)質(zhì)上是決定了控制通道的選擇。原則：（1）

操縱變量必須可控（2）

選擇通道放大倍數(shù)相對(duì)大的（3）選擇通道時(shí)間常數(shù)相對(duì)小的（干擾通道時(shí)間常數(shù)大些）（4）選擇通道的純滯后盡量?。?）選擇使干擾點(diǎn)遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●操縱變量的1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇控制通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響圖特性參數(shù)對(duì)靜態(tài)質(zhì)量的影響對(duì)動(dòng)態(tài)質(zhì)量的影響K0增加余差減小（穩(wěn)定前提下）系統(tǒng)趨向于振蕩T0增加無(wú)影響過(guò)渡過(guò)程時(shí)間增加，系統(tǒng)頻率變慢0增加無(wú)影響穩(wěn)定程度大大降低1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇控制通道特性單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.4控制閥的選擇控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件接受控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)。選擇內(nèi)容：口徑大小、開(kāi)閉形式、流量特性、結(jié)構(gòu)形式1.4控制閥的選擇控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件口徑大小●●直接決定介質(zhì)流過(guò)的能力1.4控制閥的選擇

通過(guò)計(jì)算閥的流通能力，并且保證具有一定的余量，具有較寬的可控范圍。

口徑過(guò)大，正常流量時(shí)閥門(mén)處于小的開(kāi)度，閥的特性不好；

口徑過(guò)小，正常流量時(shí)閥門(mén)處于大的開(kāi)度，閥的特性也不好?？趶酱笮　瘛裰苯記Q定介質(zhì)流過(guò)的能力1.4控制閥的選擇通開(kāi)閉形式●●氣動(dòng)控制閥：1.4控制閥的選擇●電動(dòng)控制閥：一般均為電開(kāi)式（電機(jī)帶動(dòng)閥門(mén)）氣開(kāi)式—輸入氣壓信號(hào)（來(lái)自控制器）增大，閥的開(kāi)度增大；氣閉式—輸入氣壓信號(hào)（來(lái)自控制器）增大，閥的開(kāi)度減??；開(kāi)閉形式●●氣動(dòng)控制閥：1.4控制閥的選擇●電動(dòng)控制閥：一控制閥的氣開(kāi)、閉形式的選擇原則：●1.4控制閥的選擇（1）安全角度：即當(dāng)出現(xiàn)意外事故時(shí)，如氣源中斷，或電源中斷，此時(shí)輸入控制閥的氣壓信號(hào)最小，這時(shí)，考慮到工藝設(shè)備的安全性，必須使閥門(mén)全閉（氣開(kāi)式）或閥門(mén)全開(kāi)（氣閉式）如：鍋爐燃?xì)饪刂崎y——?dú)忾_(kāi)式

（2）質(zhì)量角度：出現(xiàn)以外事故，考慮產(chǎn)品質(zhì)量（3）消耗角度：原料、成品及動(dòng)力消耗（4）介質(zhì)特點(diǎn)：特殊介質(zhì)，考慮氣結(jié)晶、蒸發(fā)等因素

具體工藝過(guò)程，對(duì)控制閥開(kāi)閉有要求的場(chǎng)合，要區(qū)分主次因素（安全第一），對(duì)控制閥開(kāi)閉沒(méi)有要求時(shí)，可以任選控制閥的氣開(kāi)、閉形式的選擇原則：●1.4控制閥的選擇（1）1.4控制閥的選擇流量特性●流量特性：指流體通過(guò)閥門(mén)的相對(duì)流量和閥門(mén)相對(duì)開(kāi)度之間的關(guān)系

Q/Qmax=f(L/Lmax)Q/Qmax相對(duì)流量f(L/Lmax)相對(duì)開(kāi)度1.4控制閥的選擇流量特性●流量特性：指流體通過(guò)閥門(mén)的相對(duì)1.4控制閥的選擇流量特性●

目前控制閥的特性有三種：

線性特性、對(duì)數(shù)特性（等百分比特性）、快開(kāi)特性

L/LmaxF/Fmax1.4控制閥的選擇流量特性●目前控制閥的特性有三種：L/

一般的，生產(chǎn)負(fù)荷變化→對(duì)象特性發(fā)生變化如，熱交換器：負(fù)荷（被加熱的流體）增大：通過(guò)熱交換器的時(shí)間縮短，純滯后減??；特性改變流速增大，傳熱效果變好控制系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，已經(jīng)整定好了PID參數(shù)，一旦對(duì)象特性發(fā)生變化時(shí)，原來(lái)好的PID參數(shù)就變得不好了1.4控制閥的選擇流量特性●●什么時(shí)候選擇非線性特性？1.4控制閥的選擇流量特性●●什么時(shí)候選擇非線性特性？（1）選擇自整定調(diào)節(jié)器，代價(jià)大（2）通過(guò)控制閥的特性選擇進(jìn)行彌補(bǔ)

K∝1/K0G0如對(duì)象負(fù)荷靜態(tài)部分K0與控制閥流量F成反比，對(duì)象負(fù)荷動(dòng)態(tài)部分G0與控制閥流量F成正比，控制閥特性取線性；P15表1-1控制閥流量特性的選擇課本P15分析的例子P16表1-2控制閥流量特性經(jīng)驗(yàn)選擇1.4控制閥的選擇流量特性●解決辦法：（1）選擇自整定調(diào)節(jié)器，代價(jià)大1.4控制閥的選擇流量特性●1.4控制閥的選擇結(jié)構(gòu)形式●直通單座、直通雙座、角閥、高壓閥、蝶閥、隔膜閥、三通閥適用于不同工藝場(chǎng)合表1-4

ABC1.4控制閥的選擇結(jié)構(gòu)形式●ABC1.4控制閥的選擇閥門(mén)定位器●

控制閥的輔助裝置

接受控制器信號(hào)，輸出控制控制閥

作用：

提高控制閥控制精度，準(zhǔn)確定位；功率放大；可改變控制閥流量特性；可實(shí)現(xiàn)分程控制

1.4控制閥的選擇閥門(mén)定位器●控制閥的輔助裝置單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●容量滯后：

由于測(cè)量元件具有一定的時(shí)間常數(shù)，一階慣性環(huán)節(jié)理論上講，只有當(dāng)過(guò)渡時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，輸出才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)（等于工藝參數(shù)值）。因此，測(cè)量變送的輸出一般小于工藝參數(shù)實(shí)際值，不利于系統(tǒng)控制測(cè)量變送裝置的容量滯后對(duì)控制系統(tǒng)不利。1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●容量1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●純滯后：

參數(shù)變化信號(hào)傳遞到測(cè)量點(diǎn)需要一定的時(shí)間

使得廣義對(duì)象中含有純滯后環(huán)節(jié)，不利于控制，要盡量克服1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法測(cè)量滯后的影響●●純滯1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法傳遞滯后的影響●

測(cè)量信號(hào)傳送滯后：變送器→控制室控制信號(hào)傳送滯后：控制室→控制閥

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與控制室有較長(zhǎng)的一段距離，對(duì)于氣動(dòng)信號(hào)的傳遞，就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的傳送滯后。一般比較小，對(duì)于電信號(hào)，可以忽略。

1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法傳遞滯后的影響●測(cè)量1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●測(cè)量滯后：選擇快速反應(yīng)的測(cè)量元件，以減小時(shí)間常數(shù)選擇合適的測(cè)量點(diǎn)，以減小純滯后使用微分單元，以克服容量滯后

微分環(huán)節(jié)起到超前作用，參考書(shū)上的推導(dǎo)，在分子上多了一個(gè)零點(diǎn)，對(duì)給定值的變化起到快速跟蹤作用。但是，微分環(huán)節(jié)會(huì)使得系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，因此，要合理使用。

1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●測(cè)量1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●傳送滯后：一般，氣動(dòng)儀表容易產(chǎn)生傳送滯后，在氣動(dòng)管線比較長(zhǎng)時(shí)，可考慮加入氣動(dòng)繼動(dòng)裝置。1.5測(cè)量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●傳送單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章教學(xué)進(jìn)程單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章教學(xué)進(jìn)1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇控制質(zhì)量：系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差PID

三作用控制器PID：Proportional

IntegralDerivativePID控制：對(duì)偏差信號(hào)

(t)進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成的一種控制規(guī)律。1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇控制質(zhì)其中：Kpe

(t)——

比例控制項(xiàng)，Kp為比例系數(shù)

——

積分控制項(xiàng)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)；

——

微分控制項(xiàng)，d為微分時(shí)間常數(shù)；1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇

PID控制器，3個(gè)可調(diào)整的參數(shù)：比例度δ（P）、積分時(shí)間Ti（I）、微分時(shí)間Td（D）

PID控制的傳遞函數(shù)：其中：Kpe(t)——比例控制項(xiàng)，Kp1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇●PID控制是控制工程中技術(shù)成熟、理論完善、應(yīng)用最為廣泛的一種控制策略，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，已形成了一套完整的控制方法和典型結(jié)構(gòu)?！裨诤芏嗲樾蜗?，PID控制并不一定需要全部的三項(xiàng)控制作用，而是可以方便靈活地改變控制策略，實(shí)施P、PI、PD或PID控制。顯然，比例控制部分是必不可少的?！馪ID不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)，而且對(duì)大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過(guò)程也可應(yīng)用?！馪ID控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活，在眾多工業(yè)過(guò)程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇●1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響R(s)E(s)Gc(s)Go(s)F(s)F(s)Go(s)E(s)Gc(s)1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響R(s)E(s)G終值定理：1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響結(jié)論：

當(dāng)控制器為純比例作用時(shí)，系統(tǒng)余差與放大倍數(shù)成反比，即與比例度成正比，比例度δ越大，余差越大；當(dāng)控制器引入積分作用時(shí)，可消除余差；微分作用對(duì)余差沒(méi)有影響。

終值定理：1.6.1控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響結(jié)論：1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響（1）比例放大倍數(shù)K的影響：

Kc0，相當(dāng)于開(kāi)路

Kc

控制精度提高（余差減?。?，——矛盾

系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時(shí)才采用純比例控制。0ty(t)

Kc增大比例控制器：1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響（1）比例放大倍數(shù)K的影響：（2）Ti的影響：比例作用基礎(chǔ)上疊加對(duì)偏差的積分輸出—消除余差

Ti小，積分作用強(qiáng)，消除余差的能力強(qiáng)，但是，系統(tǒng)振蕩加劇，衰減比變??；

Ti大，積分作用弱，消除余差的能力弱。

1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響

PI控制器：0ty(t)

Ti減?。?）Ti的影響：比例作用基礎(chǔ)上疊加對(duì)偏差的積分輸出—（3）微分時(shí)間Td

：

也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID

微分輸出與偏差變化速度成正比，

——“超前”調(diào)節(jié)作用

Td大，微分作用大，控制系統(tǒng)靈敏，但穩(wěn)定性變差P、I、D三參數(shù)相互配合——控制器參數(shù)整定

PD控制器：

1.6.2對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響（3）微分時(shí)間Td：也是和比例作用配合，P、PI、PD、1.6.3控制規(guī)律的選擇

（1）對(duì)控制要求不高的參數(shù)，可只采用比例控制器；（2）對(duì)控制要求不高，且慣性較大的參數(shù)，可采用比例-微分控制器；（3）對(duì)于精度要求高的，要加入積分規(guī)律，PI；（4）較重要，控制精度要求比較高，希望動(dòng)態(tài)偏差小，被控對(duì)象的時(shí)間滯后比較大的，PID控制規(guī)律選擇原則：工業(yè)常見(jiàn)控制器有：P、PI、PD、PID1.6.3控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律選擇原則：工業(yè)常見(jiàn)控制器有：?jiǎn)位芈贩答伩刂葡到y(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測(cè)量、傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)連接、投運(yùn)和整定、質(zhì)量研究第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成第1章1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響

如同一條水管安裝有多個(gè)水龍頭，各個(gè)龍頭的流量相互影響所謂關(guān)聯(lián)，就是系統(tǒng)之間彼此相互有影響提餾段溫度與塔底液位控制系統(tǒng)家中煤氣供量，高峰期互相影響

TCLC1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響由此可見(jiàn)，這兩套控制系統(tǒng)存在著相互關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)在很大程度上影響控制系統(tǒng)的性能，要非常注意1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響關(guān)聯(lián)蒸汽閥開(kāi)大，蒸汽量增加，溫度上升，但同時(shí)由于蒸發(fā)量增大，塔釜液位會(huì)下降；同樣，液位閥開(kāi)大，采出量增加，液位下降，同時(shí)由于被加熱的液體減少，溫度會(huì)增加。由此可見(jiàn)，這兩套控制系統(tǒng)存在著相互關(guān)聯(lián)。1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法相對(duì)增益方法Gc1(s)Gcn(s)R1(s)nnRn(s)Y