自動控制系統(tǒng)培訓(xùn)單回路系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)培訓(xùn)單回路系統(tǒng)2023/7/271第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、常規(guī)單回路控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：

控制系統(tǒng)的組成及控制性能指標(biāo)

控制閥環(huán)節(jié)介紹

控制器的選取和參數(shù)整定

控制系統(tǒng)的投運1.1控制系統(tǒng)的組成及控制性能指標(biāo)1.1.1控制系統(tǒng)的組成2023/7/272第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制：在出口管道上口裝上感溫元件熱電阻、熱電偶調(diào)節(jié)器測取給定值（設(shè)定值）與測量值的偏差按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律改變?nèi)剂嫌烷y門的開度，調(diào)節(jié)燃料油流量S。

燃料油TT101TC101物料出口溫度工藝要求保證物料出口溫度對象分析干擾:物料入口溫度、流量燃料油溫度、流量等可變量:燃料油流量操作手段調(diào)整燃料油流量(1)典型溫度控制系統(tǒng)手動控制：通過眼睛觀察出口溫度來調(diào)節(jié)閥的開度熱電阻、熱電偶標(biāo)準(zhǔn)信號

調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥2023/7/273第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)

單回路控制系統(tǒng)的構(gòu)成Gm(s)擾動F(s)Gc(s)控制器控制閥被控對象測量變送器控制變量U(s)操縱變量Q(s)測量值Z(s)被控變量Y(s)設(shè)定值R(s)偏差E(s)-Gv(s)Gp(s)單回路控制系統(tǒng)方塊圖

被控對象：反映操縱變量、擾動與被控變量之間關(guān)系的環(huán)節(jié)；自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機器等。被控變量：被控對象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。操縱變量：受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控保持設(shè)定值的物料量或能量。擾動量：除操縱變量外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因素。設(shè)定植：被控變量的預(yù)定值偏差：被控變量的設(shè)定植和實際值之差控制器、控制閥、測量變送器、被控對象基本概念2023/7/274第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月如在電加熱裝置上為改變加熱電壓的可控硅調(diào)壓器在變速泵控制流量的裝置上它是變速泵或變頻器執(zhí)行器{壓力控制系統(tǒng)控制器：包括控制器環(huán)節(jié)和比較環(huán)節(jié)將給定值與測量值比較，根據(jù)偏差按一定的規(guī)律運算輸出操縱控制閥，是控制系統(tǒng)的核心。

測量變送：為控制器提供測量值的環(huán)節(jié)將工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，4~20mA控制閥：接受控制器的輸出變量u的信號去改變操縱變量的環(huán)節(jié)PC101PT101被控對象包括:

控制閥到測壓元件之間的管道儲氣罐、手動閥不僅僅是控制閥到測壓元件之間的管道，因儲氣罐的容積和手動閥的開度影響壓力的的變化速度。2023/7/275第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2控制性能指標(biāo)控制回路的目的

設(shè)定值變化或系統(tǒng)受干擾作用時，受控變量應(yīng)平穩(wěn)、迅速、準(zhǔn)確地回復(fù)到設(shè)定值，為此衡量所設(shè)計系統(tǒng)的優(yōu)劣就可以從穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性三方面判別，提出綜合性能指標(biāo)。出發(fā)點：根據(jù)工藝過程的實際需要確定指標(biāo)要求

有些情況準(zhǔn)確性很高；另一些情況達(dá)到一定的范圍即可。性能指標(biāo)的類型：一般情況下，主要有兩類性能指標(biāo)

以階躍響應(yīng)曲線的幾個特征參數(shù)作為性能指標(biāo)

偏差積分性能指標(biāo)2023/7/276第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)過渡過程：

對于任何一個控制系統(tǒng)，擾動作用是不可避免的客觀存在。系統(tǒng)受到擾動作用后，其平衡狀態(tài)被破壞，被控變量就要發(fā)生波動，在自動控制作用下，經(jīng)過一段時間，使被控變量回復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。把系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)進入另一個平衡狀態(tài)之間的過程，稱為系統(tǒng)的過渡過程。性能指標(biāo)的作用：

衡量所設(shè)計系統(tǒng)的優(yōu)劣

控制器參數(shù)整定的依據(jù)2023/7/277第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月t

(2)幾種階躍擾動作用下的過渡過程曲線及說明

上圖表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量上下波動，且波動幅度逐漸增大，即被控變量偏離設(shè)定值越來越遠(yuǎn)，以致超越工藝允許范圍。yyt

上圖表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量上下波動，且波動幅度逐漸減小，經(jīng)過一段時間最終能穩(wěn)定下來。發(fā)散振蕩過程衰減振蕩過程2023/7/278第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月ytyt等幅振蕩過程非振蕩衰減過程

上圖表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量在給定值的某一側(cè)做緩慢變化，沒有上下波動，經(jīng)過一段時間最終能穩(wěn)定下來。

上圖表明當(dāng)系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量做上下振幅恒定的振蕩，即被控變量在設(shè)定值的某一范圍內(nèi)來回波動，而不能穩(wěn)定下來。2023/7/279第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)以階躍響應(yīng)曲線的幾個特征參數(shù)作為性能指標(biāo)單項性能指標(biāo)

包括:

衰減比、超調(diào)量、最大偏差、余差、恢復(fù)時間、振蕩頻率B1y(t)y(∞)tptsAB2ttpy(t)y(∞)tsy(tp)B1B2t

衰減比:

表示率減程度的指標(biāo)

曲線中前后兩個相鄰波峰值之比

B1/B2一般取

4:1~10:1

小于1:1時發(fā)散振蕩

衡量穩(wěn)定性2023/7/2710第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月超調(diào)量（最大偏差）：

y(tp)-y(∞)超調(diào)量

=

———————

100%

y(∞)最大偏差是指過渡過程中被控變量偏離設(shè)定值的最大數(shù)值。

余差：過渡過程終了時新穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之差。精確度衡量穩(wěn)定程度2023/7/2711第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月恢復(fù)時間（過渡時間）ts：是指控制系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量從原穩(wěn)態(tài)狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的最短時間。振蕩周期（或頻率）：回復(fù)過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時間，其倒數(shù)為振蕩頻率。

同樣振蕩頻率下，衰減比越大，恢復(fù)時間越短同樣衰減比下振蕩頻率越高，恢復(fù)時間越短

舉例：如果設(shè)定值為40℃，新穩(wěn)態(tài)值y(∞)為41℃，第一波峰值y(tp)

45℃，第二波峰值42℃。各數(shù)值分別為：最大偏差=第一波峰值y(tp)

45℃

-設(shè)定值40℃=5℃；余差=新穩(wěn)態(tài)值y(∞)為41℃

-設(shè)定值為40℃=1℃；衰減比=（第一波峰值y(tp)

45℃

-新穩(wěn)態(tài)值y(∞)為41℃

）/（第二波峰值42℃

-新穩(wěn)態(tài)值y(∞)為41℃=4：1快速性快速性2023/7/2712第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)常用字母代號及含義字母第一位字母后續(xù)字母被測變量修飾詞功能A分析

報警C電導(dǎo)率

控制D密度差

E電壓（電動勢）

檢測元件F流量比（分?jǐn)?shù)）

H手動

I電流

指示K時間或時間程序變化速率自動－手動操作L物位

燈M水分或濕度

P壓力或真空

連接點、測試點Q數(shù)量或件數(shù)累積、積算

R核輻射

記錄S速度、頻率安全開關(guān)、聯(lián)鎖T溫度

傳送V振動、機械監(jiān)視

閥、風(fēng)門、百葉窗W重量、力

套管Y事件、動態(tài)Y軸繼動器、計算器、轉(zhuǎn)換器Z位置、尺寸X軸驅(qū)動器、執(zhí)行機構(gòu)或未分類的最終執(zhí)行元件2023/7/2713第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2、控制閥環(huán)節(jié)介紹Gm(s)干擾F(s)Gc(s)控制器控制閥受控對象測量變送器控制變量U(s)操縱變量Q(s)測量值Z(s)受控變量Y(s)設(shè)定值R(s)偏差E(s)-Gv(s)Gp(s)單回路控制系統(tǒng)方塊圖2023/7/2714第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1控制閥的作用及結(jié)構(gòu)類型類型：直通閥（單座、雙座）、角閥、三通閥、球形閥、隔膜閥、蝶閥等。一、作用控制閥在系統(tǒng)中接受控制器的信號，通過改變閥的開度來改變操縱變量。二、結(jié)構(gòu)類型{執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)機構(gòu)1、控制閥從結(jié)構(gòu)上看執(zhí)行機構(gòu)：把調(diào)節(jié)器輸出信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移。從動力源分{氣動：最常用(氣動薄膜調(diào)節(jié)閥)電動：電信號連接方便，需防爆(電磁閥)液動：笨重(單動滑閥)，推力大調(diào)節(jié)機構(gòu)：把直線或角位移轉(zhuǎn)換為流通面積的變化，從而改變操縱變量。2023/7/2715第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月按不同的工藝介質(zhì)選擇材質(zhì)全開流量全開流量一般情況下使用較多的是直通閥、角閥。有關(guān)各種閥的結(jié)構(gòu)特點，可查閱相關(guān)的參考書。2、材質(zhì)上分：鑄鋼、不銹鋼、特殊合金或金屬、高分子材料，無機材料等因此，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)工藝要求、介質(zhì)情況、工作環(huán)境，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型和材質(zhì)類型。2.2控制閥的流量特性1、流量特性（理想流量特性）指流過閥的流量Q與閥桿行程L之的關(guān)系無因次化后2023/7/2716第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月R=Qmax/Qmin

，調(diào)節(jié)閥可調(diào)范圍

（亦稱為可調(diào)比）

國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍一般為302．分類線性型L=Lmax時，Q=QmaxL=0時，Q=Qmin=Qmax/R（算式）線性閥的增益Kv為常數(shù)，但其相對變化值不同。小開度時流量相對變化值大，靈敏度高，調(diào)節(jié)作用強，易產(chǎn)生振蕩；而大開度時流量相對變化值小，靈敏度低，調(diào)節(jié)作用弱，調(diào)節(jié)緩慢。對數(shù)型（等百分比型）2023/7/2717第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月整理得特點：閥的單位相對開度所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比。因此在小開度時放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)緩慢平穩(wěn)；大開度時放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。2023/7/2718第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月積分后快開型拋物線型特點：小開度時流量較大，并隨開度的增大很快達(dá)到最大，此后再增大開度流量變化很小，失去調(diào)節(jié)作用。特點：單位相對開度的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值的平方根成正比，其特性介于線性及對數(shù)型之間。2023/7/2719第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月lq100%100%快開線性拋物線對數(shù)(1)閥兩端壓降固定不變條件下的流量特性為理想特性，出廠時提供的。(2)實際工作時，閥兩端的壓降隨流量而變化，這時的特性稱為工作特性。這種情況主要是由于管道上有串聯(lián)阻力件而引起的。2023/7/2720第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月管路系統(tǒng)的總壓降液體提升高度壓差閥兩端的壓降管路其他部分壓降阻力引起的壓降Ph為恒值2023/7/2721第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月閥全開時的壓降系統(tǒng)恒定的總壓降流量特性發(fā)生變化，特性曲線發(fā)生畸變。

S越小，畸變越嚴(yán)重

流量特性畸變后，可調(diào)比R下降，因為最小流量上升相對百分流量曲線為描述畸變程度定義2023/7/2722第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

流量特性畸變后，特性曲線向左上方畸變理想特性工作特性

線性快開對數(shù) 線性

3、控制閥的增益

增益：流量相對變化量與閥桿行程(開度)相對變化量之比。其數(shù)值等于工作流量特性曲線上的某工作點的斜率。

當(dāng)S值減小后：線性閥的Kv不再是定值而是隨開度的增加而下降——快開特性；對數(shù)閥的KV卻能在中間較寬的范圍內(nèi)近似為定值——直線特性。工程設(shè)計時注意根據(jù)管路系統(tǒng)壓力分布(s值的適當(dāng)選取)，選擇適當(dāng)理想流量特性，以期在工作條件下得到所需工作流量特性，去補償廣義對象其它環(huán)節(jié)(主要是對象)特性變化引起的對穩(wěn)定性的影響，避免重新整定控制器參數(shù)。

2023/7/2723第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3控制閥的選擇1、閥口徑選擇正常工況下，閥門開度應(yīng)在15~85%之間，口徑選擇過小，在大擾動時可能處于全開的非線性狀態(tài)，口徑過大時，閥經(jīng)常處于小開度，流體對閥芯和閥座的沖擊嚴(yán)重，易因不平衡力作用產(chǎn)生振蕩。2023/7/2724第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、氣開與氣關(guān)類型的選擇

氣動控制閥有氣開與氣關(guān)兩種類型

氣開閥：閥的開度隨輸入氣壓的增高而增大，斷氣處于關(guān)閉氣關(guān)閥：閥的開度隨輸入氣壓的增加而減小，斷氣處于全開氣開、氣關(guān)的選擇原則

斷氣時使生產(chǎn)處于安全狀態(tài)例1：中小型鍋爐進水閥：氣關(guān)式，氣源中斷，閥門全開，不致于使汽包燒干燃料閥：采用氣開式，氣源中斷，切斷燃料，保證安全。例2：油田采油廠聯(lián)合站油水路調(diào)節(jié)閥均為氣關(guān)調(diào)節(jié)閥避免了在自動控制的狀態(tài)下，因事故造成氣源中斷，造成生產(chǎn)事故。2023/7/2725第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．流量特性的選擇控制系統(tǒng)中控制器的參數(shù)是在某一工作點下整定得到的。控制器本身是線性的，而對于具有非線性、變時間常數(shù)、純滯后過程，當(dāng)工作點轉(zhuǎn)移時，其動態(tài)特性是變化的，欲保證最佳控制效果，要重新整定控制器參數(shù)，即原控制器參數(shù)已不滿足要求。隨工作點移動而整定控制器參數(shù)很麻煩流量特性的選擇的目的：用閥的非線性去補償廣義對象其它環(huán)節(jié)的非線性特性，從而避免重新調(diào)整控制器參數(shù)。

工作特性的選擇根據(jù)工藝過程參數(shù)和工作點曲線進行計算分析得出。2023/7/2726第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

理想特性的選擇理想特性根據(jù)已選擇好的工作特性和S值的大小來確定。當(dāng)S﹥0．6時，理想特性與工作特性的曲線形狀相近，工作特性選什么特性，理想特性也選什么特性。當(dāng)S﹤0．6時，特性曲線發(fā)生畸變，理想特性與工作特性的對應(yīng)關(guān)系如下：工作特性理想特性線性對數(shù)對數(shù)對數(shù)2023/7/2727第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷下面系統(tǒng)閥的氣開氣關(guān)類型PC101PT101超壓放空系統(tǒng)TC101加熱爐溫度控制系統(tǒng)氣開閥氣關(guān)閥2023/7/2728第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷下面系統(tǒng)閥的氣開氣關(guān)類型氣開閥TI101TC101出口溫度溫度控制系統(tǒng)給水鍋爐氣包蒸汽LC101LT101中小型鍋爐的氣包水位給水系統(tǒng)氣關(guān)閥2023/7/2729第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3、控制器的選取及參數(shù)整定3.1控制器的作用

控制器的輸出e(t0)時，控制器的輸出控制器的增益比例控制的工作點比例控制的輸出為設(shè)給定值和測量值之差為：3.2三類常規(guī)控制器

1、 比例控制器(P)2、常規(guī)控制器的種類比例(P)

比例積分(PI)

比例積分微分(PID)1、作用控制器是控制系統(tǒng)的核心，它將測量信號與其本身的設(shè)定值進行比較，將兩者的差按一定規(guī)律進行運算輸出給控制閥。2023/7/2730第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月而在工業(yè)上，不采用增益KC

，而采用比例度調(diào)節(jié)器增益KC和比例度習(xí)慣上用絕對值表示，實際上KC是有符號的:正作用調(diào)節(jié)器:KC﹤0反作用調(diào)節(jié)器:KC﹥0比例調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差大小”來動作，它的輸出與輸入偏差的大小成比例．比例調(diào)節(jié)及時、有效但有余差。比例度越小，調(diào)節(jié)作用越強，比例作用太強，會引起振蕩。

KC對系統(tǒng)穩(wěn)定性有影響，KC越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。2023/7/2731第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

Kc增加y(0)ytr(t)(a)設(shè)定值作用下(b)擾動作用下tyy(0)Kc增加2023/7/2732第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、比例積分控制器(PI)

控制器輸出：由上式可以看出，當(dāng)時，當(dāng)時，就變化

Ti是積分時間，Ti越短，積分作用越強。

積分調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差是否存在”來動作，它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當(dāng)余差消失時，積分作用才會停止，其作用是消除余差。但積分作用使最大動偏差增大，延長了調(diào)節(jié)時間。積分時間愈小，積分作用愈強，但積分作用太強時，也會引起振蕩。

2023/7/2733第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

Ti減小y(0)yt在同樣的Kc值下Ti對定值控制系統(tǒng)過渡過程的影響tyy(0)保持同樣衰減比下Ti對定值控制系統(tǒng)過渡過程的影響Ti減小2023/7/2734第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)Kc不變時，減小Ti，積分控制作用增強，衰減比減小，振蕩加劇。當(dāng)衰減比不變時，減小Ti，為使衰減比不變，必須減小Kc，此時定制控制系統(tǒng)的最大偏差反而增大。增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高

減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降

2023/7/2735第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、比例積分微分控制器(PID)

微分作用的特點：它可以按照偏差的變化趨勢來控制。越大，微分作用越強；越小，微分作用越弱。

為偏差的變化速度，當(dāng)e為階躍時，

使調(diào)節(jié)品質(zhì)下降，對擾動頻繁的系統(tǒng)，一般不采用微分控制。微分適用于時間常數(shù)較大或容積延遲較大的場合。工程實際中，一般對溫度和成分對象引入微分，因溫度和成分對象一般時間常數(shù)較大、響應(yīng)較慢，引入微分后可以進行適當(dāng)?shù)难a償。

2023/7/2736第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

微分調(diào)節(jié)依據(jù)“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例,其效果是阻止被控變量的一切變化，有超前調(diào)節(jié)的作用，對滯后大的對象有很好的效果。它使調(diào)節(jié)過程偏差減小，時間縮短，余差減?。ǖ荒芟?。微分時間愈大，微分作用愈強，作用太大也會引起振蕩。微分作用不能克服調(diào)節(jié)對象的純滯后，因為此時被控變量的變化速度為零。

總之：調(diào)節(jié)器的比例度越大，則放大倍數(shù)KV越小，比例調(diào)節(jié)作用就越弱，過渡過程曲線越平穩(wěn)，但余差也越大。積分時間Ti越小，則積分速度越大，積分特性曲線的斜率越大，積分作用越強，消除余差越快。微分時間TD越大，微分作用越強。2023/7/2737第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

4、積分飽和及防止實際積分作用與理想積分作用是有差別的，實際積分控制作用只在一定區(qū)域內(nèi)起作用，輸出達(dá)到一定值后不再繼續(xù)上升或下降，即達(dá)到飽和。積分飽和指積分過量現(xiàn)象設(shè)定值：壓力上限值正常時放空閥關(guān)閉，壓力總低于設(shè)定值，偏差長期存在。PC101PT101臨界值t1t2t3tttpu0.140.1閥位關(guān)開超壓放空系統(tǒng)t0氣關(guān)設(shè)定值2023/7/2738第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

造成積分飽和現(xiàn)象的內(nèi)因是控制器包含積分控制作用，外因是控制器長期存在偏差。因此防止積分飽和的方法可以采用積分分離的控制措施。即當(dāng)偏差在控制范圍之內(nèi)時采用PID控制，而當(dāng)偏差超出正常的范圍之外時，使控制策略成為PD控制。2023/7/2739第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1.7.3控制器規(guī)律及作用形式的選擇

1、控制器規(guī)律的選擇

比例控制器適用于允許有余差的場合，或時間常數(shù)較大的低階過程如液位控制系統(tǒng)，雙位控制器實質(zhì)是有很大增益的比例控制器。

比例積分控制器積分的特點是消除余差當(dāng)比例控制產(chǎn)生的余差超過要求時，采用PI控制器主要場合是快速壓力、流量控制。這些系統(tǒng)的特點是時間常數(shù)小，穩(wěn)定裕度小，系統(tǒng)的開環(huán)增益小，若采用比例控制將產(chǎn)生很大的余差，故采用PI控制器。

比例積分微分控制器

PI可以消除余差，但降低了響應(yīng)速度，對溫度、成分對象，由于系統(tǒng)本身的響應(yīng)速度很慢，采用積分控制后，響應(yīng)變的更慢，為此常采用PID控制，提高響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2、控制器作用形式的選擇

作用形式

{正作用反作用2023/7/2740第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

控制器作用-控制器控制閥受控對象測量變送器控制變量u操縱變量q測量值z受控變量y設(shè)定值r偏差eGc(S)Gv(S)Gp(S)Gm(S)干擾f單回路控制系統(tǒng)方塊圖{輸入增加,輸出增加為正作用（－）輸入增加,輸出減小為反作用（＋）控制器正反作用選取要保證系統(tǒng)實現(xiàn)副反饋，即在方塊圖中前向通道各環(huán)節(jié)符號相乘為“+”2023/7/2741第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

方框圖法規(guī)定：作用方式：凡輸入增大，輸出增大為“+”；反之為“-”?？刂崎y：氣開閥為“+”

氣關(guān)閥為“-”

對象：操縱變量增加,受控變量增加為“+”；反之為“-”。例分析：

(1)氣開調(diào)節(jié)閥為＋A，氣關(guān)調(diào)節(jié)閥為－A；（2）調(diào)節(jié)閥開大，被調(diào)參數(shù)上升為＋B，下降為－B。

則A*B=“+”調(diào)節(jié)器選反作用

A*B=

“－”調(diào)節(jié)器選正作用如圖所示：閥為氣關(guān)閥－A,閥開大，壓力下降-B，則（-A)*(-B)=“+”

調(diào)節(jié)器選反作用控制器控制器作用形式的正確與否，不僅直接關(guān)系到所設(shè)計系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且關(guān)系到生產(chǎn)過程的安全，因此，必須合理選擇控制器的作用形式，以保證控制系統(tǒng)的正常運行。PC101PT101超壓放空系統(tǒng)2023/7/2742第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中為一儲槽液位控制系統(tǒng)，為安全起見，槽內(nèi)液體嚴(yán)禁溢出。試在下述兩種情況下分別確定執(zhí)行器的氣開/氣關(guān)形式和控制器的正/反作用方向。

①選擇Qi為操縱變量；

②選擇Qo為操縱變量。執(zhí)行器應(yīng)選擇氣開式，控制器應(yīng)用反作用。

執(zhí)行器應(yīng)選擇氣關(guān)式，控制器應(yīng)用反作用。

2023/7/2743第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4、控制器參數(shù)的整定

控制器參數(shù)整定：指的是為達(dá)到最佳的控制效果，而設(shè)置PID參數(shù)(比例度、積分時間Ti、微分時間TD)。

控制器參數(shù)的整定方法

1、經(jīng)驗法

根據(jù)人們進行過程控制時的經(jīng)驗，針對不同對象的控制器參數(shù)取值范圍，確定出待整定控制器參數(shù)的初值，然后憑經(jīng)驗進行現(xiàn)場湊試。經(jīng)驗法控制器參數(shù)的取值范圍溫度=20~60%Ti=3~10minTD=0.5~3min

壓力=30~70%Ti=0.4~3minTD=0

液位=20~80%(純比例控制)

流量=40~100%Ti=0.1~1minTD=0

溫度、成分對象具有滯后，且時間常數(shù)較大，一般引入微分。該方法適合于與典型過程相近的特性。該方法在開環(huán)情況下確定參數(shù)初值，閉環(huán)情況下進行現(xiàn)場調(diào)整為最佳值。2023/7/2744第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月整定的步驟：（1）先用純比例作用進行湊試，待過渡過程已基本穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高控制質(zhì)量。按此順序觀察過渡過程曲線進行整定工作。（2）先按上述數(shù)據(jù)控制器參數(shù)的取值范圍，把Ti定下來，如要引入微分作用，可取TD=（1/3-1/4)Ti，然后對δ進行湊試，湊試步驟于上一種方法相同。2023/7/2745第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月總之：經(jīng)驗湊試法的關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)”，因此，必須弄清楚調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對過渡過程曲線的影響關(guān)系。一般來說，在整定中，觀察到曲線振蕩很頻繁，需把比例度增大以減少振蕩；當(dāng)曲線最大偏差大且趨于非周期過程時，需把比例度減少；當(dāng)曲線波動較大時，應(yīng)增大積分時間；而在曲線偏離給定值后，長時間回不來，則需減少積分時間，以加快消除余差的過程。如果曲線振蕩很厲害，需把微分時間減到最小，或者暫時不加微分作用，以免加劇振蕩；在曲線最大偏差大而衰減緩慢時，需增大微分時間。經(jīng)過反復(fù)湊試，一直調(diào)到過渡過程振蕩2個周期后基本達(dá)到穩(wěn)定，品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到工藝要求為止。2023/7/2746第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、臨界比例度法(Ziegler-Nichols法)

在40年代出現(xiàn)一種閉環(huán)參數(shù)整定方法使系統(tǒng)在純比例作用下，比例度自大而小調(diào)整，開始出現(xiàn)等幅振蕩的比例度稱為臨界比例度K，此時響應(yīng)曲線的周期稱為臨界周期TK

控制器參數(shù)為:

比例=2K

比例積分=2.2K

TI=0.85TK

比例積分微分=1.7K

TI=0.50TKTD=0.125TK

采用此方法應(yīng)注意:

工藝上允許受控變量承受等幅振蕩的波動，系統(tǒng)能夠等幅振蕩；

等幅振蕩時，閥不能處于極限(全開、全關(guān))狀態(tài)；

微分對滯后不起作用，純滯后較大的系統(tǒng)，應(yīng)比上述值大一些、TD應(yīng)比上述值小一些。

2023/7/2747第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月例如：某控制系統(tǒng)用臨界比例度法整定參數(shù)。已知K=20%,TK=4min。根據(jù)上述臨界比例度控制器參數(shù)公式，可以得出P:=40%PI:=44%,Ti=3.4minPID:=34%,Ti=2minTD=0.5mi