第七章單回路控制系統(tǒng)

7.1單回路控制系統(tǒng)組成7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)7.3控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定7.4單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例第7章單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)形式可以分為單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng)（串級）。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(jìn)行閉環(huán)負(fù)反饋控制。結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于調(diào)整和投運(yùn)，能夠滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求，因此應(yīng)用十分廣泛（70%以上），尤其適用于被控過程的純時(shí)延和慣性小，負(fù)荷和擾動變化比較平緩，或者對被控質(zhì)量要求不太高的場合。在系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和整定中，單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是最基本的方法，適用于其他各類復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、整定和投運(yùn)。7.1單回路控制系統(tǒng)組成例

液位控制系統(tǒng)流入量流出量液位設(shè)定值液位變送器液位調(diào)節(jié)器圖7.1液位控制系統(tǒng)

控制原理：液位是被控參數(shù)，液位變送器LT將反映液位高低的檢測信號送往液位控制器LC；控制器根據(jù)實(shí)際檢測值與液位設(shè)定值的偏差情況，輸出控制信號給執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥），改變調(diào)節(jié)閥的開度，來調(diào)節(jié)水箱輸出流量，以維持液位穩(wěn)定。圖7.2單回路控制系統(tǒng)框圖調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥被控過程測量變送器7.1單回路控制系統(tǒng)組成自動控制系統(tǒng)的一般要求：1．過程控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；

2．系統(tǒng)必須具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕量；3．系統(tǒng)應(yīng)是一個衰減振蕩過程（特殊生產(chǎn)要求例

外），但過渡過程時(shí)間要短，余差要小。

7.1單回路控制系統(tǒng)組成對過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求對過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求在工程上這些要求往往是相互矛盾的，因此在設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，分清主次，以保證滿足最重要的質(zhì)量指標(biāo)要求。穩(wěn)定性:過程控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的，而且必須具有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕量；準(zhǔn)確性:最大動態(tài)偏差、超調(diào)量、余差要小；快速性:過渡過程時(shí)間要短。設(shè)計(jì)步驟熟悉系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)，如：超調(diào)量，穩(wěn)定誤差，調(diào)節(jié)時(shí)間，上升時(shí)間，衰減比等；了解工藝過程，建立對象的數(shù)學(xué)模型；依據(jù)過程的數(shù)學(xué)模型，確定控制方案。即確定被控參數(shù)及其測量和變送的方法；確定操作變量和相關(guān)的執(zhí)行器（控制方法）。建立系統(tǒng)方框圖；依據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律和系統(tǒng)的動、靜態(tài)特性進(jìn)行理論分析和綜合；實(shí)驗(yàn)和仿真；工程設(shè)計(jì)、工程安裝；系統(tǒng)投運(yùn)。7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四個主要內(nèi)容。1.方案設(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心

2.工程設(shè)計(jì)：儀表選型、控制室和儀表盤設(shè)計(jì)，儀表供電供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信號及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等3.工程安裝和儀表調(diào)校：每臺儀表單校；每個控制回路聯(lián)校等

4.調(diào)節(jié)器參數(shù)整定：是系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)的重要保證

設(shè)計(jì)主要內(nèi)容7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)7.2.1被控量（參數(shù)）的選擇被控參數(shù)：生產(chǎn)中希望借助控制系統(tǒng)保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的參數(shù)被稱為被控變量，也稱為被控參數(shù)。被控參數(shù)選擇方法：直接參數(shù)法和間接參數(shù)法。直接參數(shù)法：選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測量的參數(shù)作為被控參數(shù)。間接參數(shù)法：選擇與質(zhì)量指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系、易于測量的變量作為被控參數(shù)，間接反映產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過程的實(shí)際情況。7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)例：間接被控參數(shù)選擇圖

二元精餾過程示意圖精餾是利用被分離物組分揮發(fā)溫度不同，實(shí)現(xiàn)組分分離。該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達(dá)到規(guī)定的純度。直接參數(shù)：餾出物組分的濃度。但是，在線檢測餾出物的純度比較困難。因此…....苯—甲苯苯苯—甲苯苯甲苯7.2.1被控量（參數(shù)）的選擇7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)間接參數(shù)：在與餾出物的純度有單值關(guān)系的工藝參數(shù)中，找出合適的變量作為被控變量，進(jìn)行間接參數(shù)控制。工藝分析發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)溫度對餾出物純度有重要影響?！s是利用被分離物組分揮發(fā)溫度不同，實(shí)現(xiàn)組分分離。例：間接被控參數(shù)選擇圖

二元精餾過程示意圖苯—甲苯苯苯—甲苯苯甲苯7.2.1被控量（參數(shù)）的選擇7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)間接參數(shù)選擇：圖苯-甲苯的Td-xd以氣相溫度Td作被控參數(shù)例：間接被控參數(shù)選擇圖

二元精餾過程示意圖苯—甲苯苯苯—甲苯苯甲苯7.2.1被控量（參數(shù)）的選擇7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)選取被控參數(shù)的一般原則為：選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)。當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)該選擇一個與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控參數(shù)。被控參數(shù)必須具有足夠大的靈敏度，便于測量。被控參數(shù)的選取，必須考慮工藝過程的合理性和所用儀表的性能。7.2.1被控量（參數(shù)）的選擇7.2單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)控制變量：在控制系統(tǒng)中，把用來克服干擾對被控參數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為控制變量（也稱操縱變量）。選擇的原則：在考慮生產(chǎn)過程特點(diǎn)和產(chǎn)品特點(diǎn)的情況下，要從所有允許控制的變量中盡可能地選擇一個對被控參數(shù)影響顯著、控制性能好的輸入變量作為控制變量。7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇控制通道：控制變量對被控參數(shù)作用的通道。擾動通道：擾動量對被控參數(shù)作用的通道。在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。通道的特性決定系統(tǒng)性能?。?.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇1.過程靜態(tài)特性的分析：單回路控制系統(tǒng)的框圖見圖7.1

圖7.1過程控制系統(tǒng)框圖廣義控制通道Ko，Kf7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇設(shè)被控量Y(s)對擾動F(s)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為由于系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在階躍擾動作用下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值可應(yīng)用終值定理求得：1.過程靜態(tài)特性的分析：Ko，Kf1.過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響（1）設(shè)：被控參數(shù)y(t)受到給定信號x(t)和干擾信號f(t)的共同影響，其拉氏變換Y(s)式：（2）廣義控制通道7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇（3）（2）系統(tǒng)的偏差為：拉氏變換為：（2）代入（3）可得：（4）式中：,1.過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇（5）（4）（1）代入（4）式中：（6）（1）1.過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇分析：當(dāng)t→∞時(shí)，給定值x(t)和干擾f(t)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差的影響。結(jié)論：設(shè)定值x(t)作階躍變化時(shí)，控制通道的靜態(tài)放大系數(shù)K0越大，控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差越小，控制精度越高。（5）（6）（1）當(dāng)f(t)＝0、x(t)作單位階躍變化時(shí)，1.過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇（2）當(dāng)x(t)＝0、f(t)作單位階躍變化時(shí)結(jié)論：擾動f(t)作階躍變化時(shí)，擾動通道的靜態(tài)放大系數(shù)Kf越小，K0越大，外部擾動對被控參數(shù)的影響程度越小，控制精度越高。分析：當(dāng)t→∞時(shí)，設(shè)定值x(t)和干擾f(t)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)偏差的影響。（5）（6）1.過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇2.過程動態(tài)特性的分析（1）過程擾動通道動態(tài)特性的影響1）時(shí)間常數(shù)Tf的影響圖7.3所示的單回路控制系統(tǒng)，當(dāng)x(s)=0時(shí)，則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：設(shè)為一個單容過程，其傳遞函數(shù)為：Tf,τf7.2.2

操縱量（控制參數(shù)）的選擇系統(tǒng)的特征方程為：其復(fù)平面如圖：結(jié)論：擾動通道的時(shí)間常數(shù)愈大，容積愈多，則外部擾動對被控參數(shù)的影響也愈小，控制質(zhì)量也愈好。一階慣性環(huán)節(jié)由式可知，當(dāng)干擾通道為一階慣性環(huán)節(jié)時(shí)，與干擾通道為放大環(huán)節(jié)相比，系統(tǒng)的特征方程發(fā)生了變化，表現(xiàn)在根平面的負(fù)實(shí)軸上增加了一個附加極點(diǎn)1/Tf。這個附加極點(diǎn)的存在，除了會影響過渡過程時(shí)間外。還會影響到過渡過程的幅值，使其縮小了Tf

倍。這樣過渡過程的最大動態(tài)偏差也將隨之減小。這對提高系統(tǒng)的品質(zhì)是有利的。而且，隨著Tf的增大，控制過程的品質(zhì)亦會提高。

1）時(shí)間常數(shù)Tf的影響2）純時(shí)延的影響：當(dāng)擾動通道有純時(shí)延時(shí)，在擾動作用下系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：分析：擾動通道的時(shí)延，不影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量，僅使系統(tǒng)響應(yīng)曲線推遲了一個時(shí)延。所以應(yīng)盡可能將純滯后時(shí)間長的環(huán)節(jié)置于干擾通道。2.過程動態(tài)特性的分析Tf,τf（1）過程擾動通道動態(tài)特性的影響3）擾動作用點(diǎn)位置結(jié)論：干擾通道時(shí)間常數(shù)愈大，個數(shù)愈多，或者說干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置愈遠(yuǎn)離被控變量而靠近調(diào)節(jié)閥，干擾對被控變量的影響就愈小，系統(tǒng)的質(zhì)量則愈高。2.過程動態(tài)特性的分析Tf,τf（1）過程擾動通道動態(tài)特性的影響干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響特性參數(shù)對靜態(tài)質(zhì)量的影響對動態(tài)質(zhì)量的影響Kf增加余差增加無影響Tf增加（作用點(diǎn)）無影響過渡過程時(shí)間減小，振蕩幅值減小增加無影響無影響2.過程動態(tài)特性的分析（2）過程控制通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響

1）系統(tǒng)可控性指標(biāo)：臨界放大系數(shù)：臨界振蕩頻率：被控過程的控制性能；其值越大，表明系統(tǒng)的控制性能越好。Kmax越大，控制器靜態(tài)放大系數(shù)Kc可選范圍的上限越大。K

c越大（從而使KcKo越大），則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。ωM越大，控制系統(tǒng)可選的工作頻率ωc越大，過渡過程越快。因此，KmaxωM越大，表明系統(tǒng)的控制性能越好；反之，表明系統(tǒng)的控制性能越差。2.過程動態(tài)特性的分析T0,τ02）控制通道的影響利用對數(shù)頻率特性方法，可求出下表所示的不同被控過程動態(tài)特性的可控性指標(biāo)。結(jié)論：在選擇控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)選擇時(shí)間常數(shù)較小、反應(yīng)靈敏的、純時(shí)延小的通道作為控制通道。2.過程動態(tài)特性的分析放大倍數(shù)Ko

的影響放大倍數(shù)Ko對控制質(zhì)量的影響要從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面進(jìn)行分析。從靜態(tài)方面分析，由上式似乎可以得出當(dāng)Kf、Kc不變時(shí)．控制通道放大倍數(shù)Ko越大，系統(tǒng)的余差越小的結(jié)論。然而這是不對的。對一個控制系統(tǒng)來說，在一定的穩(wěn)定程度(即一定的衰減比)情況下，系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)是一個常數(shù)(KcKo=常數(shù))，這里系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)即是控制器放大倍數(shù)Kc與廣義對象控制通道放大倍數(shù)Ko的乘積。即在系統(tǒng)衰減比一定的情況下，當(dāng)Ko減小時(shí)，Kc必須增大，而Ko增大時(shí)，Kc必須減小，這樣才能維持系統(tǒng)具有相同的穩(wěn)定程度。2）控制通道的影響2.過程動態(tài)特性的分析由此可以得出如下結(jié)論：

穩(wěn)定系統(tǒng)的余差與控制通道放大倍數(shù)Ko無關(guān)。也就是說，在一定穩(wěn)定性前提下，線性系統(tǒng)的控制質(zhì)量與控制通道放大倍數(shù)無關(guān)。然而，從控制角度看，Ko愈大，則1.表示控制變量對被控變量的影響愈大；2.在相同衰減比情況下，Ko與Kc的乘積為一常數(shù)，當(dāng)Ko愈大時(shí)Kc則愈小，而Kc小則δ大。δ大比較容易調(diào)整。

因此，從控制的有效性及調(diào)節(jié)器參數(shù)易調(diào)整性來考慮．則希望控制通道放大倍數(shù)Ko盡量大一些，尤其不能比干擾通道的Kf小。2）控制通道的影響2.過程動態(tài)特性的分析2）控制通道的影響2.過程動態(tài)特性的分析由此可以得出如下結(jié)論：

穩(wěn)定系統(tǒng)的余差與控制通道放大倍數(shù)Ko無關(guān)。也就是說，在一定穩(wěn)定性前提下，線性系統(tǒng)的控制質(zhì)量與控制通道放大倍數(shù)無關(guān)。然而，從控制角度看，Ko愈大，則表示控制變量對被控變量的影響愈大，這表示通過對它的調(diào)節(jié)來克服干擾影響更為有效。此外，在相同衰減比情況下，Ko與Kc的乘積為一常數(shù)，當(dāng)Ko愈大時(shí)Kc則愈小，而Kc小則δ大。δ大比較容易調(diào)整，如果反過來，δ小則不易調(diào)整。因?yàn)楫?dāng)δ<3%

時(shí)，控制器則相當(dāng)于一個位式控制器，已失去作為連續(xù)控制器的作用。

因此，從控制的有效性及調(diào)節(jié)器參數(shù)易調(diào)整性來考慮．則希望控制通道放大倍數(shù)Ko盡量大一些，尤其不能比干擾通道的Kf小?？刂仆ǖ罆r(shí)間常數(shù)T0對控制品質(zhì)的影響若控制通道時(shí)間常數(shù)T0太大，則控制變量的控制影響緩慢，控制頻率低，對被控參數(shù)的偏差校正不及時(shí)，動態(tài)偏差大，系統(tǒng)過渡過程時(shí)間長，控制品質(zhì)差。因此，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要求控制時(shí)間常數(shù)T0小一些，使被控參數(shù)對控制變量的反應(yīng)靈敏、控制及時(shí)，從而獲得良好的控制品質(zhì)。但T0如果過小，則控制作用太強(qiáng)，過于頻繁，系統(tǒng)將變得過于靈敏，容易引起系統(tǒng)振蕩，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。2）控制通道的影響2.過程動態(tài)特性的分析純滯后τo

的影響

圖中曲線C是沒有控制作用時(shí)系統(tǒng)在干擾作用下的反應(yīng)曲線。如果Xo為變送器的靈敏度，那么，當(dāng)控制通道沒有純滯后時(shí)，控制作用從t1時(shí)刻開始就對干擾起抑制作用，控制曲線為D。如果控制通道存在有純滯后時(shí)間τo

，那么，控制作用要等到t1+τo

時(shí)刻才開始對干擾起抑制作用，而在此時(shí)間以前，系統(tǒng)由于得不到及時(shí)的控制，因而被控變量只能任由干擾作用影響而不斷地上升(或下降)，其控制曲線為E。顯然，與控制通道沒有純滯后的情況相比，此時(shí)的動態(tài)偏差將增大，系統(tǒng)的質(zhì)量將變差。2）控制通道的影響2.過程動態(tài)特性的分析由上分析可以看出：控制通道純滯后的存在不僅會使系統(tǒng)控制不及時(shí)，使動態(tài)偏差增大。而且還會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。這是因?yàn)榧儨蟮拇嬖?，使得控制器不能及時(shí)獲得控制作用效果的反饋信息，會使控制器出現(xiàn)失控。當(dāng)需要增加控制作用時(shí)會使控制作用增加得太多，而一旦需要減少控制作用時(shí)則又會使控制作用減少得太過分，因此導(dǎo)致系統(tǒng)的振蕩．使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。因此，控制通道純滯后的存在是系統(tǒng)的大敵，對控制質(zhì)量起著很壞的影響，會嚴(yán)重地降低控制質(zhì)量。2）控制通道的影響2.過程動態(tài)特性的分析控制通道特性對控制質(zhì)量的影響特性參數(shù)對靜態(tài)質(zhì)量的影響對動態(tài)質(zhì)量的影響K0增加余差減小系統(tǒng)趨向振蕩T0增加無影響過渡過程時(shí)間增加，系統(tǒng)控制頻率減小

τo增加無影響動態(tài)偏差增大，穩(wěn)定程度大大降低控制通道的容量滯后τc對系統(tǒng)的影響比純滯后對系統(tǒng)的影響緩和。通過控制器的微分作用可以得到改善。2.過程動態(tài)特性的分析3）過程的時(shí)間常數(shù)匹配

設(shè)廣義過程的傳遞函數(shù)為：2.過程動態(tài)特性的分析分析：結(jié)論：在選擇控制通道時(shí)，使廣義過程特性中的幾個時(shí)間常數(shù)數(shù)值錯開，減小中間的時(shí)間常數(shù)，可提高系統(tǒng)的工作頻率；減小過渡過程時(shí)間和最大偏差等，以提高可控性指標(biāo)，改善控制質(zhì)量。3．根據(jù)過程特性選擇控制參數(shù)的一般原則

所選的控制變量必須是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。選擇過程控制通道的放大系數(shù)要適當(dāng)大一些；時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)小一些；純時(shí)延愈小愈好，在有純時(shí)延的情況下，與之比應(yīng)小一些（小于1），若其比值過大，則不利于控制。選擇過程擾動通道的放大系數(shù)要盡可能?。粫r(shí)間常數(shù)要大；擾動引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離控制過程（即靠近調(diào)節(jié)閥）；容量時(shí)延愈大，則有利于控制。廣義過程由幾個一階環(huán)節(jié)組成，在選擇控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法把幾個時(shí)間常數(shù)錯開，使其中一個時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大得多，同時(shí)注意減小第二、第三個時(shí)間常數(shù)。注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。一般不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為控制變量；從經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)盡可能地降低物料與能量的消耗。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)、被控介質(zhì)的情況（如高溫、高壓、劇毒、易燃易爆、易結(jié)晶、強(qiáng)腐蝕、高粘度等）、安全運(yùn)行和推力等，選用氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器。在過程控制中，使用最多的是氣動執(zhí)行器，其次是電動執(zhí)行器。流量特性：直線或?qū)?shù)。按生產(chǎn)安全原則，選取氣開或氣關(guān)式。根據(jù)被控過程的特性、負(fù)荷變化的情況以及調(diào)節(jié)閥在管道中的安裝方式等，選擇適當(dāng)?shù)牧髁刻匦??？趶竭x擇：公稱直徑，閥座直徑。7.2.3

執(zhí)行器的選擇7.2.4

控制器的選擇1.調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律的適用范圍①比例控制規(guī)律P特點(diǎn)：能較快地克服擾動的影響，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來，但是有余差。適用場合：控制通道容量較大，純滯后較小，負(fù)荷變化不大，控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。例如：儲槽液位控制②比例積分控制規(guī)律PI特點(diǎn)：積分能消除余差。

適用場合：控制通道純滯后較小、負(fù)荷變化不太大、被控參數(shù)不允許有余差的場合。例如：流量控制③比例微分控制規(guī)律PD

特點(diǎn)：具有超前作用，對于具有容量滯后較大的控制通道，引入比例微分控制規(guī)律PD對于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能

指標(biāo)，有顯著效果。

適用場合：控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場合。不適用場合：純滯后較大，測量信號有噪聲或周期性擾動的系統(tǒng)例如：溫度控制④比例積分微分控制規(guī)律PID

特點(diǎn)：PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律，在比例基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

適用場合：控制通道時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合。

例如：溫度控制

，成分控制等7.2.4

控制器的選擇2．根據(jù)過程特性選擇控制規(guī)律被控對象傳遞函數(shù)可近似為：Wo(s)=可根據(jù)對象的延時(shí)時(shí)間和對象自衡時(shí)間常數(shù)的比值選擇控制器的控制規(guī)律：

7.2.4

控制器的選擇3．控制器控制規(guī)律的選擇廣義對象控制通道時(shí)間常數(shù)較大或容積時(shí)延較大時(shí)，應(yīng)引入D規(guī)律。如工藝容許有殘差，可選用PD規(guī)律；如工藝要求無殘差時(shí)，則選用PID規(guī)律。如溫度、成分、PH值控制等。當(dāng)廣義對象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化也不大，而工藝要求無殘差時(shí)，可選擇PI規(guī)律。如管道壓力和流量的控制。廣義對象控制通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變化較小，工藝要求不高時(shí)，可選擇P規(guī)律，如貯罐壓力、液位的控制。當(dāng)廣義對象控制通道時(shí)間常數(shù)或容積遲延很大，負(fù)荷變化亦很大時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)。7.2.4

控制器的選擇4．廣義過程的正、反作用的確定控制器有正作用和反作用兩種形式，其作用形式取決于被控過程、執(zhí)行器、變送器等相關(guān)部分的作用形式。過程控制系統(tǒng)中相關(guān)部分的作用形式取決于各部分的靜態(tài)放大系數(shù)，如圖所示，過程控制系統(tǒng)要能夠正常工作，則組成系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的靜態(tài)系數(shù)相乘必須為負(fù)，即形成負(fù)反饋。圖

過程控制系統(tǒng)框圖7.2.4

控制器的選擇（1）對象的正反作用形式（以水箱，換熱器為例）對象正作用：對象的輸入量增加（或者減少），其輸出量亦增加（或者減少），對象反作用：對象的輸入量增加（或者減少），其輸出量亦減少（或者增加），（2）執(zhí)行器正反作用形式執(zhí)行器正作用：執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）是氣開式，執(zhí)行器反作用：執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）是氣關(guān)式，（3）控制器的正反作用形式控制器正作用：控制器測量值增加（或者減少），其輸出量亦增加（或者減少），控制器反作用：控制器測量值增加（或者減少），其輸出量亦減少（或者增加），（4）變送器的作用形式變送器的靜態(tài)放大倍數(shù)通常為正，即4．廣義過程的正、反作用的確定7.2.4

控制器的選擇2．調(diào)節(jié)器作用形式的確定（1）確定原則過程內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)相乘為負(fù)。即，計(jì)算（2）確定步驟控制器正反形式確定的步驟：①根據(jù)工藝安全確定執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的氣開、氣關(guān)形式，從而確定；②根據(jù)過程特性確定對象的正反形式，確定；③根據(jù)確定原則確定控制器的正、反作用形式。正反作用形式。例1

加熱爐溫度控制系統(tǒng)

調(diào)節(jié)閥：氣開式，取“+”

；被控對象：控制變量（通過調(diào)節(jié)閥的物料或能量）增加時(shí)，被控參數(shù)隨之增加，取“+”；變送器：取“+”；調(diào)節(jié)器符號（“+”或“－”）×執(zhí)行器符號（“+”

）×變送器符號（“+”

）×被控過程符號（“+”

）=“－”調(diào)節(jié)器符號為“－”，系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，即：調(diào)節(jié)器為反作用。7.2.4

控制器的選擇例2

液位控制系統(tǒng)

調(diào)節(jié)閥：氣開式？？，取“+”

；被控對象：控制變量（通過調(diào)節(jié)閥的物料或能量）增加時(shí)，被控參數(shù)隨之減少，取“－”；變送器：取“+”；調(diào)節(jié)器符號（“+”或“－”）×執(zhí)行器符號（“+”

）×變送器符號（“+”

）×被控過程符號（“－”）=“－”調(diào)節(jié)器符號為“＋”，系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋，即：調(diào)節(jié)器為正作用。7.2.4

控制器的選擇內(nèi)容回顧：被控參數(shù)選擇原則為：選擇對產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用的、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)。

當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)該選擇一個與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控參數(shù)。

被控參數(shù)必須具有足夠大的靈敏度，便于測量。

被控參數(shù)的選取，必須考慮工藝過程的合理性和所用儀表的性能?？刂茀?shù)選擇原則：所選的控制變量必須是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。選擇過程控制通道的放大系數(shù)要適當(dāng)大一些；時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)小一些；純時(shí)延愈小愈好，在有純時(shí)延的情況下，與之比應(yīng)小一些（小于1），若其比值過大，則不利于控制。選擇過程擾動通道的放大系數(shù)要盡可能?。粫r(shí)間常數(shù)要大；擾動引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離控制過程（即靠近調(diào)節(jié)閥）；容量時(shí)延愈大，則有利于控制。廣義過程由幾個一階環(huán)節(jié)組成，在選擇控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)法把幾個時(shí)間常數(shù)錯開，使其中一個時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大得多，同時(shí)注意減小第二、第三個時(shí)間常數(shù)。注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。一般不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為控制變量；從經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)盡可能地降低物料與能量的消耗。調(diào)節(jié)器作用形式的確定

（1）確定原則：過程內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)相乘為負(fù)。即，計(jì)算（2）確定步驟：①根據(jù)工藝安全確定執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的氣開、氣關(guān)形式，從而確定；②根據(jù)過程特性確定對象的正反形式，確定；③根據(jù)確定原則確定控制器的正、反作用形式。正反作用形式。7.3控制器器參數(shù)整定整定的目的:所謂控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，就是對于一個已經(jīng)設(shè)計(jì)并安裝就緒的控制系統(tǒng)，通過控制器參數(shù)(比例度δ，積分時(shí)間Ti，微分時(shí)間Td)的調(diào)整，使其特性與過程的參數(shù)相匹配，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。

單回路控制系統(tǒng)=廣義過程+調(diào)節(jié)器對于不同的系統(tǒng)，整定的目的要求可能是不一樣的。例如，對于定值控制系統(tǒng)一般要求過渡過程呈4：1的衰減變化，而對于比值控制系統(tǒng)則要求整定成振蕩與不振蕩的邊界狀態(tài)，對于均勻控制系統(tǒng)則要求整定成幅值在一定范圍內(nèi)變化的緩慢變化的振蕩過程，這些都將在以后分別給予介紹。一、理論計(jì)算整定法質(zhì)量指標(biāo)（）對象的特性（傳遞函數(shù)）調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方法可分為三類：理論計(jì)算整定法工程整定法計(jì)算機(jī)仿真尋優(yōu)整定法調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)理論計(jì)算7.3控制器器參數(shù)整定理論計(jì)算整定法舉例已知一廣義過程傳遞函數(shù)為：采用純比例控制規(guī)律，要求過渡過程，求比例度δ？調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)：則單回路控制系統(tǒng)特征方程：代入，化簡得：其中：其特征根為：7.3控制器器參數(shù)整定解得Kp:則調(diào)節(jié)器比例度δ為：……0.4780.3660.2210.1450.0950.0570.0260……0.9500.9000.7500.6000.4500.3000.1500代入：n=?理論計(jì)算整定法總結(jié)：1.純比例控制，計(jì)算較為簡單；

2.模型準(zhǔn)確度不高。調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，就是通過選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使特征方程所有實(shí)根與所有復(fù)根的實(shí)部均為負(fù)數(shù)，從而保證系統(tǒng)是穩(wěn)定的；另外還要滿足衰減指數(shù)m在0.221-0.366之間，以滿足衰減率在0.75-0.9的要求。7.3控制器器參數(shù)整定……0.4780.3660.2210.1450.0950.0570.0260……0.9500.9000.7500.6000.4500.3000.1500①石油、化工對象的可變性，往往使對象特性難以測得；②由于對象特性的測試方法和測試技術(shù)的未盡完善，測得到的對象特性數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確可靠，且因計(jì)算方法一般都比較繁瑣，工作量大，耗時(shí)較多。二、工程整定法與理論計(jì)算方法不同，調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法一般不要求知道對象特性。它是直接在閉合的控制回路中對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定。這種方法具有簡捷、方便和易于掌握的特點(diǎn)，所得參數(shù)雖然不一定為最佳，但是實(shí)用，能解決一般性問題，因此，在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。

下面介紹幾種常用的控制器參數(shù)的工程整定方法：

反應(yīng)曲線法臨界比例度法衰減曲線法。7.3控制器器參數(shù)整定1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）

反應(yīng)曲線法是利用系統(tǒng)廣義過程的階躍響應(yīng)曲線對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行整定，是一種開環(huán)整定方法。步驟：1）首先是系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)；2）對調(diào)節(jié)閥施加階躍信號，記錄廣義對象的階躍響應(yīng)曲線；3）由曲線建模并求得特性參數(shù)：τ0、T0、K0；4）查表計(jì)算最佳整定參數(shù)。1）無自衡能力的廣義被控過程單位階躍響應(yīng)曲線傳遞函數(shù)計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式（Ψ=0.75）1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）控制作用調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)比例帶δ

TiTdP1/δετ

PI1/δ(1+1/TiS)1.1ετ3.3τPD1/δ(1+TdS)0.8ετ(0.25～0.3)τ

PID1/δ(1+1/TiS+TdS)

0.85ετ2τ0.5ττ２）有自衡能力的廣義被控過程計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式（Ψ=0.75）1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）傳遞函數(shù)單位階躍響應(yīng)曲線對象參數(shù)整定參數(shù)τ/T0≤0.20.2<τ/T0≤1.5控制作用δTiTdδTiTdPτ/ρT02.6(τ/T0–0.08)/ρ(τ/T0+0.7)PI1.1τ/ρT03.3τ2.6(τ/T0–0.08)/ρ(τ/T0+0.6)0.8T0PD0.8*δPTd=(0.25～0.3)τ

0.8*δPTd=(0.25～0.3)τ

PID0.85τ/ρT02τ0.5τ2.6(τ/T0–0.08)/ρ(τ/T0+0.6)0.8T0+0.19τ0.25T0響應(yīng)曲線法整定參數(shù)計(jì)算表(ψ=0.75，ρ為自平衡率)（有自平衡過程）1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）示例：有自衡過程1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）對象參數(shù)整定參數(shù)τ/T0≤0.20.2<τ/T0≤1.5控制作用δTiTdδTiTdPτ/ρT02.6(τ/T0–0.08)/ρ(τ/T0+0.7)PI1.1τ/ρT03.3τ2.6(τ/T0–0.08)/ρ(τ/T0+0.6)0.8T0PD0.8*δPTd=(0.25～0.3)τ

0.8*δPTd=(0.25～0.3)τ

PID0.85τ/ρT02τ0.5τ2.6(τ/T0–0.08)/ρ(τ/T0+0.6)0.8T0+0.19τ0.25T0優(yōu)點(diǎn)：理論性相對較強(qiáng)，適應(yīng)性較廣。缺點(diǎn)：需要測量比較準(zhǔn)確的階躍響應(yīng)曲線。如果某些特殊場合，被控參數(shù)不能偏離給定值，或者擾動量過多，均較難測得準(zhǔn)確的響應(yīng)曲線。且開環(huán)系統(tǒng)抗干擾能力差。1.反應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）整定步驟：1）TI=∞、TD=0、δ較大，平穩(wěn)投入；2）設(shè)定值施加階躍擾動，逐漸減小比例度δ，直到等幅過程，即臨界振蕩過程。3）根據(jù)臨界振蕩過程，記錄當(dāng)時(shí)的臨界比例度δk和臨界振蕩周期Tk值，查表7.7，計(jì)算δ、Ti、TD。2.臨界比例度法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）臨界比例度法是在系統(tǒng)閉環(huán)條件下進(jìn)行的2.臨界比例度法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）按照表中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的δ、TI及TD參數(shù)后，先將比例帶δ設(shè)置在比計(jì)算值稍大些（120%）的數(shù)值上，再依次設(shè)置積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD

，最后再將比例帶δ設(shè)置為計(jì)算數(shù)值。

加上干擾后，如果過渡過程與4：1衰減還有一定差距，可適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)值，反復(fù)湊試，達(dá)到4：1衰減為止。2.臨界比例度法（動態(tài)特性參數(shù)整定法）優(yōu)點(diǎn)：原理簡單、容易掌握。缺點(diǎn)：只適用于二階以上的高階對象，或是一階加純滯后的對象。對于臨界比例度很小的對象，或是不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)，或是某些時(shí)間常數(shù)較大的單容過程，也就不能應(yīng)用此法。缺點(diǎn)：只適用于二階以上的高階對象，或是一階加純滯后的對象。對于臨界比例度很小的對象，或是不允許產(chǎn)生等幅振蕩的系統(tǒng)，像鍋爐給水系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)等，就不能應(yīng)用此法。再如某些時(shí)間常數(shù)較大的單容過程，采用比例調(diào)節(jié)時(shí)根本不可能出現(xiàn)等幅振蕩，也就不能應(yīng)用此法。使用時(shí)有一定局限性，通用性不如反應(yīng)曲線法。整定步驟：1）TI=∞、TD=0、比例度δ較大，平穩(wěn)投入；2）設(shè)定值施加階躍擾動，逐漸減小比例度δ

，直到如圖6-13所示；3）根據(jù)衰減比例度δS和振蕩周期TS（或Tr）值，查表7.8，計(jì)算δ、Ti、TD。3.衰減曲線法（阻尼振蕩法）同臨界比例度法相似，衰減曲線法也是在系統(tǒng)閉環(huán)條件下進(jìn)行的3.衰減曲線法（阻尼振蕩法）

4：1衰減振蕩10：1衰減振蕩

3.衰減曲線法（阻尼振蕩法）按表中經(jīng)驗(yàn)公式算出控制參數(shù)后，按照先比例、后積分、最后微分的順序，依次將調(diào)節(jié)器參數(shù)放好。不過在放積分、微分之前應(yīng)將δ放在比計(jì)算值稍大(約120%)的數(shù)值上，待積分、微分放好后再將δ放到計(jì)算值上。放好調(diào)節(jié)器參數(shù)后可以再加一次干擾．驗(yàn)證一下過渡過程是否呈4：1衰減振蕩。如果不符合要求，可適當(dāng)調(diào)整一下δ值．直到達(dá)到滿意為止。優(yōu)點(diǎn)：方法簡便、質(zhì)量高、參數(shù)可靠、應(yīng)用廣。缺點(diǎn)：較難準(zhǔn)確確定4:1（或10:1）的衰減程度。尤其對于一些干擾比較頻繁，記錄曲線不規(guī)則，過程變化較快的控制系統(tǒng)，如管道、流量等控制系統(tǒng)不宜采用此法。

3.衰減曲線法（阻尼振蕩法）整定步驟：1）TI=∞、TD=0、δ較大的經(jīng)驗(yàn)值上，逐漸減小δ,觀察曲線；2）將δ放大10％～20％，將TI由大到小逐步調(diào)整，直到獲得4:1衰減過渡過程；3）將δ減小10％～20％，Ti適當(dāng)縮短，逐步加大TD，直到獲得4:1衰減過渡過程。4.經(jīng)驗(yàn)法δ↓振蕩頻繁δ↑偏差大且趨于非周期

TI↓

波動大TI

↑曲線偏離給定值后長時(shí)間回不來TD↑振蕩劇烈TD↓最大偏差大且衰減慢經(jīng)驗(yàn)：曲線振蕩很頻繁，δ過??；曲線漂浮繞大彎，δ過大；曲線偏離回復(fù)慢，TI

過大；曲線波動周期長，TI

過小；曲線振蕩頻率快，TD過大；動差來回波動慢，TD過小。特點(diǎn)：簡單、應(yīng)用廣，但含有一定主觀因素。適用：各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，特別是干擾頻繁或記錄曲線不規(guī)則的系統(tǒng)。4.經(jīng)驗(yàn)法幾種工程整定方法的比較整定方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)反應(yīng)曲線法方法簡單系統(tǒng)開環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)臨界比例度法系統(tǒng)閉環(huán)，安全會出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)相同點(diǎn)：前三種工程整定方法都是通過試驗(yàn)獲取某些特征參數(shù)，然后再按計(jì)算公式算出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù).不同點(diǎn)：反應(yīng)曲線法通用性最強(qiáng)；臨界比例度法和衰減曲線法都無需掌握被控過程的數(shù)學(xué)模型；從閉環(huán)試驗(yàn)對干擾有較好的抑制作用，開環(huán)試驗(yàn)對外界干擾的抑制能力很差的意義上說，衰減曲線法最好，臨界比例度法次之，反應(yīng)曲線法最差。

7.3控制器器參數(shù)整定7.3.2

計(jì)算機(jī)仿真尋優(yōu)整定法對自衡的非振蕩過程，用一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)近似。當(dāng)廣義對象的放大系數(shù)K0、時(shí)間常數(shù)T0和純滯后τ已如，按積分鑒定指標(biāo)最小，可得到控制器參數(shù)，如表所示。對于比例（P）作用對于積分（I）作用對于微分（D）作用誤差絕對值積分(IAE)IAE=誤差平方值積分(ISE)ISE=時(shí)間乘誤差絕對值積分(ITAE)ITAE=調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的計(jì)算公式為：帶*號的I計(jì)算公式：7.4單回路控制系統(tǒng)的投運(yùn)其實(shí)質(zhì)：所謂控制系統(tǒng)投運(yùn)就是將系統(tǒng)由手動工作狀態(tài)切換到自動工作狀態(tài)。1.投運(yùn)前的檢查（1）儀表本身的調(diào)試和檢查：檢查檢測元件、變送器、控制器、顯示儀表、控制閥的精度等；（2）檢查連接部件：包括連接正確性檢查等；（3）充灌隔離液：包括管路清洗等；（4）檢查控制器正反作用、內(nèi)外給定的設(shè)置；（5）檢查控制閥動作及相關(guān)管線和旁路閥；（6）聯(lián)動檢查。2.系統(tǒng)投運(yùn)：變送器投運(yùn)控制閥手操調(diào)節(jié)器投運(yùn)和參數(shù)整定。3.維修（1）定時(shí)和經(jīng)常性的檢查和處理；（2）發(fā)生故障后的檢查和處理。*系統(tǒng)投運(yùn)所謂控制系統(tǒng)投運(yùn)就是將系統(tǒng)由手動工作狀態(tài)切換到自動工作狀態(tài)。這一過程是通過調(diào)節(jié)器上的手動——自動切換開關(guān)從手動位置切換到自動位置來完成的，但是這種切換必須保證無擾動地進(jìn)行。就是說，從手動切換到自動的過程中，不應(yīng)造成系統(tǒng)的擾動，不應(yīng)該破環(huán)系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)，亦即切換中不能改變原先調(diào)節(jié)閥的開度。調(diào)節(jié)器在手動位置時(shí)，調(diào)節(jié)閥接受的是調(diào)節(jié)器手動輸出信號；當(dāng)調(diào)節(jié)器切到自動位置時(shí)，調(diào)節(jié)閥接受的是調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號大小和方向按一定控制規(guī)律運(yùn)算所得的輸出信號(稱之為自動輸出)。當(dāng)調(diào)節(jié)器從手動切到自動時(shí)，將以自動輸出信號代替手動輸出信號控制調(diào)節(jié)閥。反過來，如果調(diào)節(jié)器從自動切到手動，則以手動輸出代替自動輸出控制調(diào)節(jié)閥。如果調(diào)節(jié)器在切換之前，自動輸出與手動輸出信號不相等，那么，在切換過程中必然會給系統(tǒng)引入擾動，這將破壞系統(tǒng)原先的平衡狀態(tài)。這是不允許的。因此，要求切換過程必須保證無擾動地進(jìn)行。檢測變送環(huán)節(jié)是控制系統(tǒng)獲取信息裝置，也是系統(tǒng)進(jìn)行控制的依據(jù)。選擇主要從其特性的三個方面考慮：1.純滯后測量信號不能及時(shí)跟隨被控變量變化。影響：降低系統(tǒng)的控制質(zhì)量主要原因：檢測點(diǎn)位置2.測量滯后測量元件本身特性所引起的動態(tài)誤差解決方法：選用快速測量元件，必要時(shí)可引入微分作用。3.傳遞滯后信號傳送過程需要的時(shí)間解決方法：盡量采用電信號，減短信號傳送路徑。yymT7.2.3

測量變送器的特征對控制質(zhì)量的影響7.2.3

測量變送器的特征對控制質(zhì)量的影響1.時(shí)延和時(shí)間常數(shù)對控制質(zhì)量的影響測量變送環(huán)節(jié)可用一階時(shí)延環(huán)節(jié)來描述，即：

減小上式中的和均對提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量有利。若較大，則會使記錄曲線與實(shí)際參數(shù)之間產(chǎn)生較大的動態(tài)誤差。而純滯后對控制質(zhì)量的影響與控制通道純滯后對控制質(zhì)量的影響相同。圖6-6和引起動態(tài)誤差

a）y為階躍信號b）y為線性信號c）y為周期信號若和較大時(shí)，會使調(diào)節(jié)作用跟不上信號的變化，嚴(yán)重時(shí)會使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，因此必須對和引起的信號時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償。常用的方法有：1.盡可能選擇測量誤差小的測量元件；2.盡可能選擇快速響應(yīng)的測量元件與變送設(shè)備，一般選其時(shí)間常數(shù)為控制通道時(shí)間常數(shù)的1/10以下為宜；3.正確采用微分補(bǔ)償；4.合理選擇測量點(diǎn)位置并正確安裝，盡可能減小參數(shù)測量滯后與傳送滯后；5.對測量信號作必要的處理。7.2.3

測量變送器的特征對控制質(zhì)量的影響采用微分補(bǔ)償這時(shí)，輸出與輸入間的關(guān)系為：使=，則從而消除了動態(tài)誤差。微分單元位置問題——P160-1617.2.3

測量變送器的特征對控制質(zhì)量的影響2.檢測變送儀表的誤差對控制質(zhì)量的影響檢測變送器儀表的誤差包括基本誤差和附加誤差：檢測變送儀表的基本誤差的影響。對測量信號進(jìn)行線性處理。測量信號校正。7.2.3

測量變送器的特征對控制質(zhì)量的影響7.2.4

信號傳送時(shí)延問題氣動傳輸管道的特性可表示為：在管道內(nèi)徑為4.8mm，氣壓為0.02~0.10MPa的情況下，試驗(yàn)測得如表8-3所列數(shù)據(jù)。①克服測量信號傳送滯后的方法a．當(dāng)變送器為電動儀表而調(diào)節(jié)器為氣動儀表時(shí)，應(yīng)將電—?dú)廪D(zhuǎn)換器盡量安置在調(diào)節(jié)器附近，以縮短氣信號傳送管線長度。b．當(dāng)變送器為氣動儀表而調(diào)節(jié)器為電動儀表時(shí)，應(yīng)在現(xiàn)場安裝氣—電轉(zhuǎn)換器，將氣信號轉(zhuǎn)換成電信號后進(jìn)行傳送。c．當(dāng)變送器、調(diào)節(jié)器均為氣動儀表時(shí)，可在信號傳送管線上加裝氣動繼動器，以提高信號傳送功率，減少滯后。7.2.4

信號傳送時(shí)延問題②克服控制信號傳送滯后的方法a．當(dāng)調(diào)節(jié)器為電動儀表時(shí)，電氣轉(zhuǎn)換器應(yīng)安裝于調(diào)節(jié)閥附近，或在調(diào)節(jié)閥上安裝電氣閥門定位器。b．當(dāng)調(diào)節(jié)器為氣動儀表時(shí)，應(yīng)在氣動信號傳送管線上裝設(shè)

氣動繼動器，或者在調(diào)節(jié)閥上安裝氣動閥門定位器，以提高輸出功率，減少滯后。7.2.4

信號傳送時(shí)延問題7.4單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例7.4.1

噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．生產(chǎn)工藝概況（1）高位槽（2）過濾器（3）霧狀噴灑（4）換熱器（5）閥并聯(lián)連接（5）底吹干燥工藝要求：奶粉水分含量。工藝要求：奶粉水分含量

直接參數(shù)，但是……所以選擇與水分含量有單值函數(shù)關(guān)系的干燥溫度

作為被控參數(shù)間接參數(shù)。2．控制方案的設(shè)計(jì)（1）被控參數(shù)的選擇試驗(yàn)證明，若溫度