過程控制教程課件

主要內(nèi)容

過程控制目的過程控制定義過程控制與運動控制的關(guān)係過程控制認識過程控制系統(tǒng)組成過程控制系統(tǒng)框圖過程控制常用術(shù)語過程控制儀錶位號過程控制分類

過程控制目的

抑制外界擾動的影響；確保過程的穩(wěn)定性；使生產(chǎn)過程的工況最優(yōu)化。從而達到：保證產(chǎn)品品質(zhì)；提高產(chǎn)品產(chǎn)量；節(jié)能降耗；實現(xiàn)安全運行；改善勞動條件；保護環(huán)境衛(wèi)生；提高管理水準等。過程控制定義

過程控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控變數(shù)是溫度壓力流量液位成份等這樣一些變數(shù)的系統(tǒng)。

過程控制與運動控制的關(guān)係

自動控制專業(yè)課：過程控制運動控制過程控制研究冶金、化工、石油、電力等工業(yè)過程中的溫度、壓力、流量、液位、成份等的控制。

運動控制研究速度、位置控制，如航太、機器人等。

過程控制認識

磨礦工藝中，每個球磨系列由給礦機給礦，以前由人工觀察給礦量，靠機械調(diào)整給礦口大小控制礦量，給礦量波動較大，難以穩(wěn)定。

為穩(wěn)定入磨礦量，在給礦皮帶上安裝皮帶秤，根據(jù)皮帶秤檢測的礦量對給礦機進行變頻調(diào)節(jié)。

球磨過程控制過程控制認識過程控制認識主要參考資料邵裕森，

過程控制系統(tǒng)及儀錶[M]，機械工業(yè)出版社，1993徐春山，過程控制儀錶[M]，冶金工業(yè)出版社，1995劉迎春，感測器原理設(shè)計與應(yīng)用（第四版），國防科技大學(xué)出版社，2002張曉華，控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD，機械工業(yè)出版社，1999CurtisJohnson，

ProcessControlInstrumentationTechnology(6th)，PearsonEducation預(yù)修課程模擬電路檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)電力電子電機拖動自動控制原理微機介面技術(shù)電腦控制原理過程控制系統(tǒng)組成

過程控制系統(tǒng)組成：被控過程（Process）過程檢測控制儀錶（Instrumentation）被控過程是指運行中的多種多樣的工藝生產(chǎn)設(shè)備；過程檢測控制儀錶包括：測量變送元件（Measurement）控制器（Controller）執(zhí)行機構(gòu)（ControlElement）過程控制系統(tǒng)框圖

過程控制常用術(shù)語

被控過程（Process)：工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機器等。被控參數(shù)（ControlledVariable)：被控過程內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)?？刂茀?shù)（ManipulatingVariable)：受控制器操縱的，使被控參數(shù)保持設(shè)定值的物料量或能量。擾動量（Interference)：作用於被控過程並引起被控參數(shù)變化的因素。過程控制常用術(shù)語設(shè)定值（SetPoint:SP)：被控參數(shù)的預(yù)定值。當前值（PresentValue:PV)：被控參數(shù)的當前實際值。偏差（Error)：被控參數(shù)的設(shè)定值與當前實際值之差。過程控制儀錶位號

控制系統(tǒng)中，構(gòu)成一個回路的每一個儀錶（或元件）都有自己的儀錶位號。儀錶位號由字母代號組合和回路編號兩部分組成。儀錶位號中的第一位字母表示被測變數(shù)，後續(xù)字母表示儀錶的功能?；芈肪幪栔械谝晃粩?shù)表示工序號，後續(xù)數(shù)字（二位或三位）表示順序號如TI-101，T表示被測參數(shù)是溫度；I表示儀錶具有指示功能；101表示第一工序第01個檢測回路。

過程控制儀錶位號幾個常用字母代號：F（Flow）：流量L（Level）：物位P（Pressure）：壓力T（Temperature）：溫度W（Weight）：重量過程控制系統(tǒng)的分類

按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點來分

回饋控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)

複合控制系統(tǒng)（前饋-回饋控制系統(tǒng)）

按給定值信號的特點來分

定值控制系統(tǒng)

隨動控制系統(tǒng)

順序控制系統(tǒng)

回饋控制系統(tǒng)

又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)被控量與給定值的偏差進行工作，偏差值是控制的依據(jù)，最後達到減小或消除偏差的目的回饋信號可能有多個，從而可以構(gòu)成多回路控制系統(tǒng)（如串級控制系統(tǒng)）。

前饋控制系統(tǒng)

也稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)擾動量的大小進行工作擾動是控制的依據(jù)在實際生產(chǎn)中不能單獨採用。

複合控制系統(tǒng)（前饋-回饋控制系統(tǒng)）

定值控制系統(tǒng)

定值控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的一種過程控制系統(tǒng)。在運行時，系統(tǒng)被控量（溫度、壓力、流量、液位、成份等）的給定值是固定不變的。有時在規(guī)定的小範圍附近不變。

隨動控制系統(tǒng)

隨動控制系統(tǒng)是一種被控量的給定值隨時間任意變化的控制系統(tǒng)。它的主要作用是克服一切擾動，使被控量隨時跟蹤給定值。

過程控制的主要特點

被控過程的多樣性

控制方案的多樣性

有單回路、串級、前饋-回饋、比值、均勻、分程、選擇性、時滯、數(shù)字和電腦過程控制系統(tǒng)等。

控制過程屬慢過程、多半屬參量控制

定值控制是主要控制形式

過程控制的品質(zhì)指標

決定過程控制系統(tǒng)品質(zhì)的環(huán)節(jié)：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被控過程特性過程檢測、控制儀錶性能良好的過程控制系統(tǒng)，在受到外來擾動作用或給定值發(fā)生變化後，應(yīng)平穩(wěn)、準確、迅速地回復(fù)（或趨近）到給定值上。

過程控制的品質(zhì)指標過程控制系統(tǒng)的評價指標可概括為：

系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；（平穩(wěn)）系統(tǒng)應(yīng)能提供盡可能好的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)；（準確）

系統(tǒng)應(yīng)能提供盡可能好的過渡過程。（迅速）控制性能指標應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝過程的實際需要確定，通常採用系統(tǒng)階躍回應(yīng)曲線的性能指標和偏差積分性能指標。

階躍回應(yīng)性能指標

餘差（靜態(tài)偏差）C

描述系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的唯一指標指系統(tǒng)過渡過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。一般要求餘差不超過預(yù)定值或為零。

階躍回應(yīng)性能指標衰減率ψ衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標。

一般取衰減率ψ=0.75～0.9。其中1/4衰減率（ψ=0.75）作為評價過渡過程的一個重要指標。

階躍回應(yīng)性能指標階躍回應(yīng)性能指標階躍回應(yīng)性能指標最大偏差A(yù)（或超調(diào)量σ）最大偏差A(yù)是指被控參數(shù)第一個波的峰值與給定值的差

超調(diào)量：階躍回應(yīng)性能指標過渡過程時間ts

指系統(tǒng)從受擾動作用時起，直到被控參數(shù)進入新的穩(wěn)態(tài)值±5%（或±2%）的範圍內(nèi)所經(jīng)歷的時間。一般要求ts愈短愈好。

性能指標之間的關(guān)係有些是相互矛盾的（如超調(diào)量與過渡過程時間）對於不同的控制系統(tǒng)，這些性能指標各有其重要性。應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)的具體要求，分清主次，統(tǒng)籌兼顧，保證優(yōu)先滿足主要的品質(zhì)指標要求。

偏差積分性能指標

偏差絕對值積分（IntegralofAbsoluteError:IAE）

適用於衰減和無靜差系統(tǒng)偏差積分性能指標偏差絕對值與時間乘積的積分（ITAE）

用以降低初始大誤差對性能指標的影響；同時強調(diào)了過渡過程後期的誤差對指標的影響。偏差積分性能指標偏差平方值積分（IntegralofSquaredError:ISE）同IAE偏差積分性能指標時間乘偏差平方積分（ITSE）同ITAE過程控制的發(fā)展簡況

手工操作狀態(tài)（20世紀40年代前後）

儀錶化與局部自動化階段（50～60年代）

綜合自動化（60-70年代中期）階段

全盤自動化階段（70年代中期至今）

儀錶化與局部自動化階段（50～60年代）

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多為單輸入-單輸出的單回路定值控制系統(tǒng)。

過程檢測控制儀錶為基地式儀錶和部分單元組合式儀錶。基地式儀錶

一般與檢測裝置、顯示裝置一起組裝在一個整體之內(nèi)同時具有檢測、控制與顯示的功能結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用方便通用性差，信號不易傳遞一般應(yīng)用於簡單控制系統(tǒng)中。

單元組合式儀錶將儀錶按其功能分成若干單元各個單元之間以統(tǒng)一的標準信號相互聯(lián)繫具有高度的靈活性和通用性，各個單元可以適當組合，也可與電腦等設(shè)備配合，組合各種複雜的、新型的控制系統(tǒng)。

有氣動組合儀錶和電動單元組合儀錶（QDZ和DDZ儀錶）兩類。

氣動單元組合儀錶（QDZ）採用140kPa壓縮空氣為能源，以20～100kPa標準統(tǒng)一信號輸出結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、性能穩(wěn)定、工作可靠、安全防火防爆特別適用於石油、化工等易燃易爆場合電動單元組合儀錶（DDZ）採用0-10mA或4-20mA標準統(tǒng)一信號體積小、重量輕、安裝維護方便、便於電腦介面部分儀錶（如DDZ-Ⅲ型）採取了先進的安全防爆措施，能構(gòu)成本質(zhì)安全防爆系統(tǒng)，同樣能應(yīng)用於易燃易爆場合。

綜合自動化階段（60-70年代中期）

工業(yè)生產(chǎn)過程出現(xiàn)了一個車間甚至於一個工廠的綜合自動化過程檢測控制儀錶是單元組合儀錶和組裝式儀錶逐步採用數(shù)字電腦以及以微處理器為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)。

數(shù)字控制儀錶積木式結(jié)構(gòu)部分單元採用微電腦技術(shù)，可進行數(shù)字運算可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器（如KMM儀錶）是其中最具代表性的單元儀錶，特點有：內(nèi)部結(jié)構(gòu)微機化；運算數(shù)位化；編程方法簡單；自整定、自診斷的功能；通訊功能。全盤自動化階段（70年代中期至今）

實現(xiàn)了全車間、全廠、甚至全企業(yè)無人或很少人參與操作管理實現(xiàn)了過程控制最優(yōu)化與現(xiàn)代化的集中調(diào)度管理相結(jié)合

檢測儀錶功能及組成

功能：確定被測參數(shù)的量值組成：感測器（含敏感元件）：檢測儀錶中的首要部件，它直接與被測對象發(fā)生聯(lián)繫（但不一定直接接觸）。感受被測參數(shù)的變化，併發(fā)出與之相適應(yīng)的信號（壓力變化、電阻變化等）。

變送器：能輸出標準信號的感測器。氣動、電動儀錶信號標準

電動儀錶：4-20mA，DC（遠距離）；1-5V，DC（櫃內(nèi)傳輸）

氣動儀錶：20-100Kpa對感測器的三個要求

高準確性，感測器的輸出信號與被測參數(shù)成嚴格的單值函數(shù)關(guān)係。

高穩(wěn)定性，不受時間或環(huán)境溫度變化等因素的影響。

高靈敏度，被測參數(shù)微小變化時，輸出量變化明顯。

測量誤差與真值

測量誤差：測量值與真實值之間存在的差別真值：一個變數(shù)本身所具有的真實值，它是一個理想的概念，一般是無法得到的。在計算誤差時，一般用約定真值或相對真值來代替。

約定真值與相對真值

約定真值：一個接近真值的值，它與真值之差可忽略不計。實際測量中以在沒有系統(tǒng)誤差的情況下，足夠多次的測量值之平均值作為約定真值。相對真值：指當高一級標準器的誤差僅為低一級的1/3以下時，可認為高一級的標準器或儀錶示值為低一級的相對真值。

儀錶讀數(shù)誤差

讀數(shù)誤差的實質(zhì)，是儀錶讀數(shù)與被測參數(shù)真實值之差。儀錶的讀數(shù)誤差只能是讀數(shù)與約定真值或相對真值之差。

△=M-A△——讀數(shù)絕對誤差；

M——儀錶讀數(shù)；

A——約定真值或相對真值。

儀錶絕對誤差與相對誤差

絕對誤差：在測量範圍內(nèi)，各讀數(shù)誤差的最大值。相對誤差：儀錶的絕對誤差與真值的百分比。引用誤差：絕對誤差與儀錶量程的百分比儀錶基本誤差

這是指在儀錶製造廠保證的條件下儀錶的相對誤差值，即規(guī)定使用條件下的相對誤差。規(guī)定使用條件：包括溫度、相對濕度、電源電壓、安裝方式等。

儀錶的附加誤差

附加誤差是儀錶在非規(guī)定的參比工作條件下使用時另外產(chǎn)生的誤差。如電源波動附加誤差，溫度附加誤差等。

儀錶精度等級

又稱準確度級，是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小劃分成的等級。我國儀錶精度等級有：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。級數(shù)越小，精度（準確度）就越高?？茖W(xué)實驗用的儀錶精度等級在0.05級以上；工業(yè)檢測用儀錶多在0.1～4.0級，其中校驗用的標準表多為0.1或0.2級，現(xiàn)場用多為0.5～4.0級。

儀錶的靈敏度

儀錶的靈敏度是表達儀錶對被測參數(shù)變化的靈敏程度。它是指儀錶在達到穩(wěn)定狀態(tài)以後，儀錶輸出信號變化△α與引起此輸出信號變化的被測參數(shù)（輸入信號）變化量△x之比，用S表示靈敏度

儀錶的靈敏限

指能夠引起儀錶指示值（輸出信號）發(fā)出變化（動作）的被測參數(shù)（輸入信號）的最?。O限）變化量。與靈敏度是不同的概念。測量變送中的幾個主要問題

純滯後問題

由於測量元件安裝位置不當及測量儀錶本身特性等容易引入純滯後。

測量滯後問題

主要由測量元件本身的特性造成。在系統(tǒng)設(shè)計中可選用快速測量元件。信號傳送滯後問題

主要是指QDZ儀錶氣壓信號在管路傳送過程中所造成的滯後。

測量信號的處理

測量信號的校正

測量信號雜訊（干擾）的濾波

低通高通帶通對測量信號進行線性化處理

例題1某壓力錶刻度0～100kPa，在50kPa處測量值為49.5kPa，求在50kPa處儀錶示值的絕對誤差、示值相對誤差和示值引用誤差？例題1儀錶示值的絕對誤差：儀錶示值的相對誤差：儀表示值的引用誤差：

例題2下圖是乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。採用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量以冷卻乙烯裂解氣。調(diào)節(jié)氣態(tài)丙烯流量使溫度控制在（15±1.5）℃。例題2指出系統(tǒng)中被控對象、被控變數(shù)和操縱變數(shù)各是什麼？

試畫出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。

試比較示意圖和方塊圖，說明操縱變數(shù)的信號流向與物料的實際流動方向不同。

例題2被控對象為丙烯冷卻器；被控變數(shù)為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變數(shù)為氣態(tài)丙烯的流量。在示意圖中，氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而在方塊圖中，氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號的流向是指向丙烯冷卻器的。

例題3某換熱器的溫度控制系統(tǒng)方塊圖如下圖。系統(tǒng)的被控變數(shù)為出口物料溫度，要求保持在（200±20）℃，操縱變數(shù)為加熱蒸汽的流量。

例題3說明圖中R、E、Q、C、F所代表的專業(yè)術(shù)語內(nèi)容。

說明Z、I、P的信號範圍。

氣動執(zhí)行器的輸入、輸出各是什麼物理量？

電流二線制

檢測回路串入電源，電源一般為24VDC線路簡單，但抗擾、防爆性能差。

電流四線制

電源與檢測回路相互獨立儀錶的工作電源可為直流，也可為交流

容易實現(xiàn)電源隔離、輸入/輸出隔離

電阻三線制

為防止由於遠距離接線而造成橋臂不平衡接兩根電橋線和一根電源線（左圖）或接三根電橋線（右圖）電阻四線制

該接線可有效抑制由於調(diào)零電位器接觸電阻變化而破壞電橋的平衡和正常工作狀態(tài)。

運算放大器

理想集成運放主要特徵：輸入失調(diào)電壓VIO為零；

輸入偏置電流IIB、失調(diào)電流IIO均為零；

開環(huán)差模輸入電阻為無限大；輸出電阻Ro＝0；

開環(huán)差模電壓增益為無限大；

共模輸入電阻及共模抑制比為無限大。

虛短與虛斷反相比例運算電路

同相比例運算電路

反相加法電路

同相加法電路

減法（差分放大）電路

測量放大電路

積分電路

微分電路

電壓跟隨器

V/I轉(zhuǎn)換電路和

I/V轉(zhuǎn)換電路

V/I轉(zhuǎn)換電路將1-5VDC轉(zhuǎn)換成4-20mADCI/V轉(zhuǎn)換電路將4-20mADC轉(zhuǎn)換成1-5VDC安全防爆基礎(chǔ)知識

易燃易爆的固體粉塵、氣體或蒸汽，與空氣混合成為具有火災(zāi)或爆炸危險的混合物安裝在這類場所的檢測儀錶和執(zhí)行器，如果產(chǎn)生的火花具有點燃這些危險混合物的能量，則產(chǎn)生火災(zāi)或爆炸。

危險場所的分類

第一類

含有可燃性氣體或蒸汽的爆炸性混合物的場所，稱為Q類場所。

第二類

含有可燃性粉塵或纖維混合物的場所，稱為G類場所。

第三類火災(zāi)危險場所，稱為H類場所。Q類場所第一類危險程度最高，將其又分為三級：Q-1級

在正常情況下能形成爆炸性混合物的場所

Q-2級

僅在不正常情況下形成爆炸性混合物的場所

Q-3級

在不正常情況下，只能在局部地區(qū)形成爆炸性混合物的場所儀錶防爆要求

用於危險區(qū)的控制系統(tǒng)中，一部分儀錶安裝在控制室內(nèi)，無防爆要求；一部分安裝在現(xiàn)場，如電動儀錶中的變送器、執(zhí)行器、電氣轉(zhuǎn)換器等，有防爆要求；兩部分儀錶需經(jīng)防爆安全柵聯(lián)接；當兩部分距離較遠時，還要採用防爆聯(lián)接電纜。

隔離式安全柵

通過隔離、限壓和限流等措施，限制注入危險場所的能量來保證安全火花性能。危險側(cè)設(shè)備與安全側(cè)設(shè)備的一切聯(lián)繫（如供能、信號傳遞等）都是通過電磁轉(zhuǎn)換方式進行的。利用符合要求的非線性特性的電路，把危險側(cè)的電源、電壓值限制在安全值以下。

隔離式安全柵的主要指標

輸入信號輸入式4～20mA，DC輸出式4～20mA，DC。

輸出信號輸入式1～5V，DC；4～20mA，DC輸出式4～20mA，DC。

負載電阻輸入式電流負載電阻0～100Ω；

輸出式負載電阻為250～750Ω。

防爆額定電壓

220V，DC/AC。

隔離式安全柵特點通用性強，使用時不需要特別本安接地，系統(tǒng)可以在危險區(qū)或安全區(qū)認為合適的任何一方接地，使用方便；

電源、信號輸入、信號輸出均通過變壓耦合，實現(xiàn)信號的輸入、輸出完全隔離，使安全柵的工作更加安全可靠。

電源隔離處理採用變壓器隔離，輸入電源經(jīng)DC/AC變換器變成交流方波；再經(jīng)變壓器耦合、AC/DC、濾波得到直流穩(wěn)壓電源；通過電流、電壓限制電路，給現(xiàn)場提供隔離電源。輸入隔離式安全柵接受變送器的輸出電流，經(jīng)調(diào)製變成交流方波信號；通過信號變壓器耦合到安全側(cè)，經(jīng)解調(diào)放大還原為直流信號輸出，實現(xiàn)危險側(cè)輸入信號與安全側(cè)輸出信號隔離。

輸出隔離式安全柵安全側(cè)的輸入直流信號通過調(diào)製變成交流方波信號；經(jīng)信號變壓器耦合到危險側(cè)，送入解調(diào)放大器，輸出直流信號。在危險側(cè)信號輸出端通過快速熔絲、限壓電路、限流電路組成齊納式限壓限流電路，把通往現(xiàn)場的電壓和電流限制在一個安全值內(nèi)。

二進位

最容易邏輯實現(xiàn)，分別用“1”和“0”的表示電腦中用電壓的高低表示半導(dǎo)體工藝，CMOS電路

十六進制

4位二進位數(shù)的組合0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。例如：8：1000C：1100F：1111BCD碼

用二進位數(shù)表示十進位例如：9：10017：011197：10010111若用16進制：97：01100001每位最大數(shù)1001原碼

A=an-1an-2…...a1a0最高位an-1為符號位，0表示正，1表示負其他位an-2…...a1a0表示數(shù)值

特點：易於理解；不便於電腦的運算，因為在運算中要單獨處理其符號。要將符號位與其它位一樣處理就用補數(shù)表示數(shù)據(jù)。補數(shù)

A=an-1an-2…...a1a0表示(-2n-1an-1+an-2…...a1a0)an-1=0時，補數(shù)和原碼一樣，A表示正an-2…...a1a0。

an-1=1時，A表示(-2n-1+an-2…...a1a0)特點：不便理解；計算方便，可輕易實現(xiàn)減法到加法的轉(zhuǎn)換；電腦是以補數(shù)形式存放數(shù)據(jù)的。原碼與補數(shù)的轉(zhuǎn)換

正數(shù)的補數(shù)：與原碼相同負數(shù)的補數(shù)：符號位為1，數(shù)值位是對該數(shù)的原碼的相應(yīng)位取反，然後整個數(shù)再加1。例如：+7的補數(shù)：00000111-7的補數(shù)：寫出原碼10000111數(shù)值位取反11111000加1

11111001，即-7的補數(shù)是11111001TTL電平

0：0V≤V≤0.4V

1：2.4V≤V≤5V高阻：0.4V

≤

V≤

2.4V與門、或門、非門、三態(tài)門、緩衝器光電耦合器

輸入與輸出在電氣上完全隔離；無觸點、體積小、壽命長、抗擾性能強可用於隔離電路、負載介面及各種控制電路中ADC實現(xiàn)電腦過程控制中模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換只有將被控量（模擬量）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能送到電腦中運算處理ADCADC的主要技術(shù)指標

解析度：以輸出二進位數(shù)的位數(shù)表示解析度，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。

轉(zhuǎn)換速度：指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間，低速的一般為1-30mS，高速的一般約50nS。DAC必須將處理得出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量送執(zhí)行器才能實現(xiàn)被控量的控制

數(shù)字濾波

數(shù)字濾波即程式濾波，通過電腦軟體（運算與判斷）濾去干擾信號，提高信號的真實性。

在電腦中常採用數(shù)字濾波消除低頻干擾常用的數(shù)字濾波有如下幾種：算術(shù)平均值濾波、程式判斷濾波、中位值法濾波和一階慣性濾波等。

算術(shù)平均值濾波

又稱為遞推平均濾波，對週期性等幅振盪的干擾有較明顯的濾波效果。

程式判斷濾波

當時，則Xi為輸入電腦的採樣值。

當時，應(yīng)將Xi-1採樣值作為第i次採樣值輸入電腦。B值的選擇主要決定於對象的被測參數(shù)的變化速度

中位值法濾波

連續(xù)採樣三次以上的被測值，從中選擇大小居中的那個值作為有效的測量信號適用場合：對變化速度不太快的參數(shù)，去掉其干擾脈衝。

溫標及換算關(guān)係

溫度：表徵物體冷熱程度的一個物理量。溫標：將溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，溫標有起點、單位和方向。溫標有華氏、攝氏及開氏溫標（熱力學(xué)溫標）。華氏與攝氏溫標換算公式

接觸式測溫

接觸測量，簡單、可靠、精度高；測溫元件有時可能破壞被測介質(zhì)的溫度場或與被測介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；因受到耐高溫材料的限制，測溫上限有界。

非接觸式測溫

通過熱輻射來測溫，不會破壞被測介質(zhì)的溫度場，誤差小，反應(yīng)速度快；測溫上限原則上不受限制；易受被測物體熱輻射率及環(huán)境因素（物體與儀錶間的距離、煙塵和水汽等）的影響。

熱電偶特點

熱電動勢與溫度在小範圍內(nèi)基本上呈單值、線性關(guān)係；穩(wěn)定性和複現(xiàn)性較好；回應(yīng)時間較快；測溫範圍寬，高溫熱電偶測溫上限可達2800℃，低溫熱電偶可達4K；測溫精度高；使用範圍廣。工業(yè)常用熱電偶

標準型熱電偶：按國家規(guī)定定型生產(chǎn)、有標準化分度表的熱電偶。主要有：鉑銠30-鉑銠6熱電偶（也稱雙鉑銠熱電偶，分度號B）；鉑銠10-鉑電偶（分度號S）；鎳鉻-鎳矽（鎳鉻-鎳鋁，分度號K）熱電偶；鎳鉻-康銅（鎳鉻-銅鎳，分度號E）熱電偶。鎧裝熱電偶

將熱電極、絕緣材料和金屬保護套管加工成一個堅實的整體，經(jīng)複合拉伸後形成的熱電偶；細：一般直徑為1～8mm；長：長度一般為1～20m；具有體積小、精度高、動態(tài)回應(yīng)快、可靠性高、可撓性好、通常不用補償導(dǎo)線等特點，特別適合於溫度控制系統(tǒng)。熱電偶冷端補償

只有當熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)：E（T，0）=E（T，Tn）+E（Tn，0）熱電偶的冷端溫度補償：只有將冷端溫度保持為0℃，或者進行一定的修正才能得到準確的測量結(jié)果。熱電偶冷端補償方法冷端溫度保持為0℃；冷端溫度修正法，包括溫度修正法T=T’+kT和熱電勢修正法（查表法）；冷端溫度自動補償法，包括補償電橋法和pn結(jié)補償法；補償熱電偶法，即補償導(dǎo)線法。熱電阻

在中、低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電動勢很??；而在中、低溫區(qū)，用熱電阻比用熱電偶做為測溫元件時的測量精確度更高；熱電阻特點：性能穩(wěn)定、測量精度高，一般可在-270～900℃範圍內(nèi)使用（推薦在150℃以下時選用）。熱電阻的材料要求一般要求工業(yè)熱電阻的材料應(yīng)具有：電阻溫度係數(shù)大；電阻率大；熱容量??；在測溫範圍內(nèi)具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能；良好的複製性；電阻隨溫度的變化呈線性關(guān)係等。常用熱電阻材料目前世界上用作熱電阻的材料主要有鉑、銅及鎳；我國鎳儲量較少，故只採用鉑、銅兩種金屬熱電阻。

集成溫度感測器利用pn結(jié)的伏安特性與溫度之間的關(guān)係研製的一種固態(tài)感測器。特點：體積??；熱慣性小、反應(yīng)快；測溫精度高；穩(wěn)定性好；價格低等。分電壓型和電流型兩種，電壓型溫度係數(shù)約10mV/0C；電流型溫度係數(shù)約1μA/0C。

AD590兩端元件；供電電壓：直流（+4~+30V），1.5mW(+5V)；高阻抗（710MΩ）輸出；00C時輸出273.2μA；溫度係數(shù)1μA/0C；測溫範圍-55~+1500C；使用範圍廣泛。接觸測溫元件的安裝原則

測量流動介質(zhì)（管道內(nèi)）溫度時，應(yīng)保證感測器與介質(zhì)充分接觸，與被測介質(zhì)成逆流狀態(tài)（至少呈正交式）安裝。

感溫點應(yīng)處於管道中流速最大的地方。

盡可能增大感測器的插入深度，溫度計應(yīng)斜插或在管道彎頭處插入。

當測溫管道過細（直徑小於80㎜）時，安裝測溫元件需加裝擴充管。

接觸測溫元件的安裝原則熱電偶及熱電阻在安裝時，應(yīng)使其接線盒的面蓋向下，以免雨水或其他汙物滲漏。

安裝在負壓管道上的溫度計，必須要保證良好的密封性，以防外界冷空氣進入。

用熱電偶測量爐膛溫度時，應(yīng)避免與火焰直接接觸；避免把熱電偶安裝在爐門旁或與熱物體距離過近之處。接線盒不應(yīng)碰到被測介質(zhì)的器壁，以免熱電偶冷端溫度過高。

測溫元件的選型原則

儀錶的精度等級應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對參數(shù)允許偏差的大小確定。

儀錶選型應(yīng)力求操作方便、運行可靠、經(jīng)濟、合理等。在同一工程中，應(yīng)儘量減小儀錶的品種和規(guī)格。

一般取實測最高溫度為儀錶上限值的90%，而30%以下的刻度原則上最好不用。測溫元件的選型原則熱電偶測溫反應(yīng)速度快、適於遠距離傳送、便於與電腦聯(lián)用、價廉，故只在測量範圍低於150℃時才選用熱電阻。熱電偶、補償導(dǎo)線及顯示儀錶的分度號要一致。

保護套管的耐壓等級應(yīng)不低於所在管線或設(shè)備的耐壓等級。材料應(yīng)根據(jù)最高使用溫度及被測介質(zhì)的特性來選擇。

例題用分度號為K的鎳鉻-鎳矽熱電偶測量溫度，在沒有採取冷端溫度補償?shù)那闆r下，顯示儀錶指示值為500℃，而這時冷端溫度為60℃。試問：實際溫度應(yīng)為多少？如果熱端溫度不變，設(shè)法使冷端溫度保持在20℃，此時顯示儀錶的指示值應(yīng)為多少？

例題顯示儀錶指示值為500時，查表可得此時顯示儀錶的實際輸入電勢為20.64mV，由於這個電勢是由熱電偶產(chǎn)生的，即

同樣，查表可得：

=20.64+2.463=23.076mV由23.076mV查表可得：t=557℃。即實際溫度為557℃。

執(zhí)行器

作用：控制流入或流出被控過程的物料或能量，從而實現(xiàn)對過程參數(shù)的自動控制。執(zhí)行器組成：執(zhí)行機構(gòu)（驅(qū)動）調(diào)節(jié)機構(gòu)（閥芯）接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移，來改變調(diào)節(jié)閥的流通截面積。執(zhí)行器安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，直接與介質(zhì)接觸；通常在高溫、高壓、高粘度、強腐蝕、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場合下工作；直接影響過程控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

執(zhí)行器分類分為三大類：以壓縮空氣為能源的氣動執(zhí)行器（即氣動調(diào)節(jié)閥），氣動執(zhí)行器的輸入信號為20～100kPa；以電為能源的電動執(zhí)行器（即電動調(diào)節(jié)閥），電動執(zhí)行器的輸入信號為4～20mADC；以高壓液體為能源的液動執(zhí)行器（即液動調(diào)節(jié)閥）。

電動執(zhí)行器

執(zhí)行機構(gòu)包括：永磁低速同步電動機、位置發(fā)送器和減速器等。氣動執(zhí)行器

執(zhí)行機構(gòu)由膜片、推桿和平衡彈簧等部分組成；接受調(diào)節(jié)器或電-氣閥門定位器輸出的氣壓信號，經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成推力，使推桿（閥桿）產(chǎn)生位移，同時帶動閥心動作；氣動執(zhí)行器的執(zhí)行機構(gòu)可看成一階慣性環(huán)節(jié)（而電動執(zhí)行器可看成比例環(huán)節(jié)）。

調(diào)節(jié)閥

局部阻力可變的節(jié)流元件；通過改變閥芯的行程可以改變調(diào)節(jié)閥的阻力係數(shù)，達到控制流量的目的。調(diào)節(jié)閥的主要結(jié)構(gòu)形式調(diào)節(jié)閥的流量特性

指介質(zhì)流過閥門的相對流量與相對開度之間的關(guān)係

qv/qvmax——相對流量，即調(diào)節(jié)閥某一開度流量與全開流量之比；

l/L——相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度行程與全行程之比。

理想流量特性

調(diào)節(jié)閥前後壓差不變時，得到的流量特性；流量特性完全取決於閥芯的形狀；理想流量特性有：直線對數(shù)拋物線快開直線流量特性

調(diào)節(jié)閥的相對流量與閥心的相對開度成直線關(guān)係，即調(diào)節(jié)閥相對開度變化所引起的相對流量變化是常數(shù)。

R為調(diào)節(jié)閥的可調(diào)範圍，R=qvmax/qvmin

直線流量特性特點閥心相對開度變化所引起的流量變化是相等的流量相對變化量（流量變化量與原有流量之比）是不同的：在小開度時，流量相對變化量大；在大開度時，其流量相對變化最小。直線流量特性調(diào)節(jié)閥在小開度時，控制作用強，易引起振盪；在大開度時，控制作用弱，控制緩慢。

對數(shù)（等百分比）流量特性

其數(shù)學(xué)運算式

行程變化相同的百分數(shù)，流量在原來基礎(chǔ)上變化的相對百分數(shù)是相等的，即具有等百分比流量特性。對數(shù)（等百分比）流量特性特點：調(diào)節(jié)閥在小開度時，控制緩和平穩(wěn)調(diào)節(jié)閥在大開度時，控制及時有效。拋物線流量特性

相對流量與閥桿的相對開度成拋物線關(guān)係，即相對流量與相對開度成平方關(guān)係。它介於直線與對數(shù)流量特性之間，通?？捎脤?shù)流量性來代替。

快開流量特性

在小開度時流量就比較大，隨著開度的增大流量很快就達到最大主要適用於位式控制。

工作流量特性

實際應(yīng)用時，調(diào)節(jié)閥兩端的壓差是變化的，此時調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對開度之間的關(guān)係稱為工作流量特性。為衡量調(diào)節(jié)閥實際工作流量特性相對於理想流量特性的變化程度，用阻力比係數(shù)S來表示：調(diào)節(jié)閥S值串聯(lián)管道，流量特性發(fā)生兩個變化一是調(diào)節(jié)閥全開時流量減小，即調(diào)節(jié)閥可調(diào)範圍變小；另一個是流量特性曲線向上拱，理想直線特性變成快開特性。S值越小，畸變越嚴重。並聯(lián)工作時，根據(jù)現(xiàn)場使用經(jīng)驗，旁路流量只能為總流量的百分之十幾，S值不能低於0.8。

調(diào)節(jié)閥的空化及其避免

閃蒸：

流體流經(jīng)節(jié)流件（閥芯）時，在節(jié)流件後某處靜壓下降到最低，當靜壓力下降到甚至低於該液體所在工況下的飽和蒸汽壓時，部分液體就會汽化成氣體，形成汽液混合的兩相流體?？栈洪W蒸發(fā)生後，隨著流體的流動，其靜壓力又要上升。當靜壓力回升到該液體所在工況下的飽和蒸汽壓以上時，閃蒸形成的氣泡會破裂重新轉(zhuǎn)化為液體，這種氣泡形成和破裂的過程稱為空化。

調(diào)節(jié)閥的空化及其避免空化的破壞作用：材質(zhì)的損壞；振動；雜訊。避免空化和汽蝕的方法

主要從壓差的選擇、材料、結(jié)構(gòu)上考慮。最根本的方法是使調(diào)節(jié)閥前後壓差不大於最大允許壓差：可採用多級閥芯的高壓調(diào)節(jié)閥；用兩個以上的調(diào)節(jié)閥相串聯(lián)。選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式

所謂氣開式，即當信號壓力增加時，閥門開大；氣關(guān)式則相反，即信號壓力增加時，閥門關(guān)小。

考慮事故狀態(tài)時人身、工藝設(shè)備的安全；考慮在事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟損失，保證產(chǎn)品品質(zhì)。閥門定位器

氣動執(zhí)行器的主要附件。利用負回饋原理來改善調(diào)節(jié)閥的定位精度和靈敏度。

實現(xiàn)準確定位；改善調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性；改變調(diào)節(jié)閥的流量特性；實現(xiàn)分程式控制制。例題已知閥的最大流量Qmax=100m3/h，可調(diào)範圍R=30。試分別計算在理想情況下閥的相對行程為=0.1、0.2、0.8、0.9時的流量值Q，並比較不同理想流量特性的控制閥在小開度與大開度時的流量變化情況。

直線流量特性；

等百分比流量特性。

例題根據(jù)直線流量特性的相對流量與相對行程之間的關(guān)係：分別在公式中代入數(shù)據(jù)Qmax=100m3/h，R=30，l/L=0.1、0.2、0.8、0.9等數(shù)據(jù)，得：Q0.1=13m3/hQ0.2=22.67m3/hQ0.8=80.67m3/hQ0.9=90.33m3/h例題根據(jù)等百分比流量特性的相對流量與相對行程之間的關(guān)係：得：Q0.1=4.68m3/hQ0.2=6.58m3/h

Q0.8=50.65m3/hQ0.9=71.17m3/h

例題對於直線流量特性的控制閥，相對行程由10%變化到20%時，流量變化的相對值為：相對行程由80%變化到90%時，流量變化的相對值為

例題可見，對於直線流量特性的控制閥，在小開度時（10%處），行程變化10%，流量增加74.4%；在大開度時（80%處），行程同樣變化了10%，流量只在原有基礎(chǔ)上增加12%，控制作用很弱，控制不夠及時、有力。

例題對於等百分比流量特性的控制閥，相對行程由10%變?yōu)?0%時，流量變化的相對值為相對行程由80%變到90%時，流量變化的相對值為

電力電子元件

SCR、GTO、GTR、IGBT、MOS、MCT等；IGBT是電力MOSFET和GTR的有機結(jié)合，具有MOSFET驅(qū)動功率小、開關(guān)頻率高和GTR工作電流大的特點；MCT（門控晶閘管）是MOSFET和SCR的有機結(jié)合。

變頻器原理

將頻率、電壓固定的交流電變換成頻率、電壓連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。

變頻時應(yīng)保持每極磁通Фm為額定值不變。由於，故要求V/f不變。轉(zhuǎn)矩提升：低壓時，人為地把電壓V抬高一些，以便近似地補償定子壓降。

變頻器主回路示意圖主電路整流器將電網(wǎng)的交流電變?yōu)橹绷麟姟V波器將整流器輸出的脈動直流變成平穩(wěn)的直流電。逆變器將直流電變成交流電供給負載。輸入點模擬量輸入點頻率的給定；輸入PID回饋信號等。開關(guān)量輸入點給出正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)命令；設(shè)定多種命令信號等。輸出點模擬量輸出點輸出模擬監(jiān)視信號；脈衝輸出輸出脈衝監(jiān)視信號；開關(guān)量輸出點輸出各種開關(guān)量監(jiān)視信號；輸出總報警信號等。設(shè)計電路舉例變頻器應(yīng)用

變頻器與籠型電動機的結(jié)合是交流電動機調(diào)速系統(tǒng)的最佳選擇。特點：顯著的節(jié)能效果；較高的控制精度及較寬的調(diào)速範圍；便於使用和維護；易於實現(xiàn)自動控制及遠程控制等性能。變頻在泵流量控制中的應(yīng)用風機、水泵的特點：負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。以前的電機以定速運轉(zhuǎn)，用擋板閥門調(diào)節(jié)風量、水量。改用根據(jù)所需要的風量、水量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速就可獲得大量節(jié)電效果。應(yīng)用表明，一般節(jié)約動力達40%以上。

流量、揚程、軸功率與轉(zhuǎn)速關(guān)係流量：揚程：軸功率：變頻高次諧波與諧波抑制

高次諧波：基頻（通常為電源頻率）倍數(shù)的頻率。變頻高次諧波與諧波抑制畸波：單個基波與幾個高次諧波組合在一起。n=pk

1（p=脈衝數(shù)，k=1，2，3…），通用變頻器中三相整流器產(chǎn)生5次，7次，11次，13次…高次諧波。它的諧波含量（諧波內(nèi)容）為1/n，諧波級數(shù)增加，諧波量值減少。在變頻器電源側(cè)連接AC電抗器或在DC電路中安裝DC電抗器或同時進行，可抑制諧波電流。高次諧波與雜訊的區(qū)別

變頻雜訊與雜訊衰減

雜訊的空中傳播

變頻器產(chǎn)生的雜訊在空中輻射和傳播的3種路徑：

變頻器輻射；變頻器輸入側(cè)電源電線的輻射；

變頻器輸出側(cè)到電機連接電線的輻射。

電磁感應(yīng)雜訊

變頻器輸入/輸出的電流產(chǎn)生的磁場，感應(yīng)到周圍設(shè)備的電流側(cè)和信號側(cè)，使周圍設(shè)備受到雜訊的影響。當平行佈線或成束佈線時，走線範圍越大，感應(yīng)雜訊也就越大。

靜電感應(yīng)雜訊、電回路傳播雜訊

變頻器輸入輸出側(cè)由電流產(chǎn)生的磁場通過靜電容耦合到信號線端，並傳播到受影響的設(shè)備。

變頻器產(chǎn)生的高頻雜訊通過電源線傳播到周圍設(shè)備。

被控過程數(shù)學(xué)模型

過程在輸入量（包括控制量和擾動量）作用下，其輸出量（被控量）隨輸入量變化的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)係運算式。被控過程輸入量與輸出量之間的信號聯(lián)繫稱為通道?？刂仆ǖ溃嚎刂谱饔门c被控變數(shù)之間的信號聯(lián)繫通道。擾動通道：擾動作用與被控變數(shù)之間的信號聯(lián)繫通道。建立過程數(shù)學(xué)模型的目的

設(shè)計過程控制系統(tǒng)；整定調(diào)節(jié)器參數(shù)；

指導(dǎo)生產(chǎn)工藝設(shè)備設(shè)計；進行試驗研究等。過程數(shù)學(xué)模型的求取方法

方法一：數(shù)學(xué)分析法，即根據(jù)過程的內(nèi)在機理，通過靜態(tài)與動態(tài)物料平衡和能量平衡關(guān)係求取過程的數(shù)學(xué)模型。方法二：過程辨識法，即根據(jù)過程輸入、輸出數(shù)據(jù)，通過過程辨識與參數(shù)估計的方法建立被控過程的數(shù)學(xué)模型。

物料（或能量）平衡關(guān)係靜態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)係：單位時間內(nèi)進入被控過程的物料（或能量）等於單位時間內(nèi)從被控過程流出的物料（或能量）。

動態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)係：單位時間內(nèi)進入被控過程的物料（或能量）減去單位時間內(nèi)從被控過程流出的物料（或能量）等於被控過程內(nèi)物料（或能量）存儲量的變化率。被控過程數(shù)學(xué)模型的幾個參數(shù)

放大係數(shù)K：

在數(shù)值上等於對象處於穩(wěn)定狀態(tài)時輸出變化量與輸入變化量之比：放大係數(shù)是描述對象靜態(tài)特性的參數(shù)。

被控過程數(shù)學(xué)模型的幾個參數(shù)時間常數(shù)T：指當對象受到階躍輸入作用後，被控變數(shù)如果保持初始速度變化，達到新的穩(wěn)態(tài)值所需的時間?；颍寒攲ο笫艿诫A躍輸入作用後，被控變數(shù)達到新的穩(wěn)態(tài)值的63.2%所需時間。反映被控變數(shù)變化快慢的一個重要動態(tài)參數(shù)。

被控過程數(shù)學(xué)模型的幾個參數(shù)滯後時間τ：是純滯後時間τ0和容量滯後τC的總和。

純滯後的產(chǎn)生一般是由於介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時間引起的。容量滯後一般是因為物料或能量的傳遞需要通過一定的阻力而引起的。滯後時間τ是反映對象動態(tài)特性的另一個重要參數(shù)。

自衡能力

當擾動發(fā)生後，被控量變化最後達到新的平衡。該過程具有自衡能力，稱自衡過程。當擾動發(fā)生後，被控量不斷變化，最後不再平衡下來，該過程無自衡能力，稱非自衡過程。如液位系統(tǒng)，出口閥不控，入口流量變化後，液位為自衡過程；若出口加泵，為非自衡過程。

自衡過程單容、雙容及純滯後對象

數(shù)學(xué)模型

無自衡過程單容、雙容及純滯後對象

數(shù)學(xué)模型

回應(yīng)曲線法

階躍回應(yīng)曲線法

通常取階躍信號值為正常輸入信號的5～15%，以不影響生產(chǎn)為準；

在相同的測試條件下重複幾次；正、反方向變化時分別測出其回應(yīng)曲線；

被控過程必須處於穩(wěn)定的工作狀態(tài)?；貞?yīng)曲線法矩形脈衝回應(yīng)曲線法

適用於不允許長時間偏離正常操作條件的被控過程；

當階躍進信號幅值受生產(chǎn)條件限制而影響過程的模型精度時採用。

由階躍回應(yīng)曲線獲取特徵參數(shù)

確定一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)

過程的靜態(tài)放大係數(shù)

過程的時間常數(shù)：過O點作階躍回應(yīng)曲線的切線，交穩(wěn)態(tài)的漸近線y（∞）於A點，其投影OB即為過程的時間常數(shù)T0?；蜃?3.2%線求取。確定有時滯的一階環(huán)節(jié)的參數(shù)

K0求法同前。

過程時間常數(shù)T0和滯後時間τ的求法：τ可直接讀出；時間常數(shù)T0求法同前。

確定二階環(huán)節(jié)的參數(shù)

K0求法同前。

T1、T2可根據(jù)階躍回應(yīng)曲線上兩個點的位置來確定：作y（t）穩(wěn)態(tài)值的漸近線y（∞）；

讀取曲線y（t1）=0.4y（∞）所對應(yīng)的時間t1值；

讀取曲線y（t2）=0.48y（∞）所對應(yīng)的時間t2值；

確定二階環(huán)節(jié)的參數(shù)當時：當時：相當於一階環(huán)節(jié)。確定二階環(huán)節(jié)的參數(shù)當時：當t1/t2>0.46

時：n為階次。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單回路控制系統(tǒng)特點結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易於整定和投運；可滿足一般生產(chǎn)過程的工藝要求；

占控制回路的85%以上，應(yīng)用廣泛；適用於被控過程的純滯後與慣性不大、負荷與干擾變化比較平穩(wěn)或者工藝要求不太高的場合。

系統(tǒng)設(shè)計的方法

首先全面瞭解被控過程；深入分析工藝過程設(shè)備；應(yīng)用自動控制理論和技術(shù)，擬定一個合理正確的控制方案。

系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容

包括：方案設(shè)計；工程設(shè)計；工程安裝與儀錶調(diào)校；調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等。核心內(nèi)容：控制方案設(shè)計；調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。被制參數(shù)選擇

選擇起決定性作用、並且可以測量的直接參數(shù)；可以選用間接參數(shù)作為被控參數(shù)，但它必須與直接參數(shù)有單值一一對應(yīng)關(guān)係；

對控制作用的反應(yīng)具有足夠的靈敏度；應(yīng)考慮到工藝生產(chǎn)的合理性；儀錶的供應(yīng)情況。

被控參數(shù)選擇的一般原則

代表一定的工藝操作指標或是反映工藝操作狀態(tài)的重要變數(shù)；

應(yīng)是工藝生產(chǎn)過程中經(jīng)常變化，因而需要頻繁加以控制的變數(shù)；

應(yīng)盡可能選擇工藝生產(chǎn)過程的直接控制指標；應(yīng)是能測量的，並具有較大靈敏度的變數(shù)；

應(yīng)是獨立可控的；應(yīng)考慮工藝的合理性與經(jīng)濟性。

控制參數(shù)選擇

應(yīng)是工藝上允許加以控制的可控變數(shù)；

應(yīng)是對被控參數(shù)影響的諸因素中比較靈敏的變數(shù)，即：控制通道的放大係數(shù)要大一些；時間常數(shù)要小一些；純滯後時間要儘量小等。應(yīng)考慮工藝的合理性和生產(chǎn)的經(jīng)濟性。

過程靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響

指過程的靜態(tài)放大係數(shù)對控制品質(zhì)的影響。擾動通道的靜態(tài)放大系統(tǒng)Kf大對控制不利；控制通道的放大係數(shù)K0愈大，表示控制作用愈靈敏；但K0太大，會使控制作用對被控變數(shù)的影響過強，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降；選擇控制通道的K0適當大一些，可由Kc來補償。

擾動通道對動態(tài)特性的影響擾動通道的容積愈多、愈大，則擾動對被控參數(shù)的影響愈小，控制品質(zhì)愈好；

擾動通道的純滯後不影響系統(tǒng)的控制品質(zhì)；應(yīng)使擾動作用點位置遠離被控參數(shù)。

控制通道對動態(tài)特性的影響時間常數(shù)較??；反應(yīng)靈敏；純滯後時間小。選擇控制參數(shù)的一般原則

選擇過程控制通道的放大系Ko要大一些；時間常數(shù)To要小一些；純滯後時間τo愈小愈好；過程擾動通道的放大係數(shù)Kf應(yīng)盡可能?。粫r間常數(shù)Tf要大；引入系統(tǒng)的位置要遠離被控參數(shù)；應(yīng)儘量設(shè)法把廣義過程的幾個時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其他時間常數(shù)大得多；注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟性?？刂葡到y(tǒng)投運投運：在控制系統(tǒng)方案設(shè)計、儀錶安裝調(diào)校就緒後，或者經(jīng)過停車檢修之後，再將系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用的過程。操作人員在系統(tǒng)投運之前，必須對構(gòu)成系統(tǒng)的各種儀器儀錶、聯(lián)接管線、供電、供氣情況等進行全面檢查和準備?？刂葡到y(tǒng)投運步驟投運步驟：檢測系統(tǒng)投入運行；調(diào)節(jié)閥手動遙控；調(diào)節(jié)器投運。待回路工況穩(wěn)定後，可投入自動：把調(diào)節(jié)器PID參數(shù)值設(shè)置合適位置，當其偏差接近零時，即將調(diào)節(jié)器由手動切換到自動；若還不夠理想，則繼續(xù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，直到滿意為止。

單回路控制系統(tǒng)設(shè)計方案舉例

磨礦工藝中，每個球磨系列由擺式給礦機下礦，經(jīng)集礦皮帶和給礦皮帶送入球磨機；以前由人工觀察給礦量，靠調(diào)整下礦口或起停給礦機來控制礦量，給礦量波動往往較大，難以穩(wěn)定。為穩(wěn)定入磨礦量，需設(shè)計球磨給礦自動控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)設(shè)計方案舉例單回路系統(tǒng)？或其他系統(tǒng)？干擾量？靜態(tài)和動態(tài)指標要求？儀錶選型？控制器選型？控制規(guī)律（演算法）確定？單回路控制系統(tǒng)設(shè)計方案舉例被控參數(shù)：給礦量；控制參數(shù)：下礦口開度？給礦機頻率？測量儀錶：皮帶秤（電子式？放射源式？）測量儀錶安裝位置：（集礦皮帶？給礦皮帶？）執(zhí)行器：開度控制器（推桿）？變頻器？單回路控制系統(tǒng)設(shè)計方案舉例採用單回路控制系統(tǒng)；在給礦皮帶上安裝電子皮帶秤，根據(jù)皮帶秤檢測的礦量對給礦機進行變頻調(diào)節(jié)；控制器選用西門子S7-300PLC；控制演算法採用PI控制。單回路控制系統(tǒng)設(shè)計方案舉例常用調(diào)節(jié)規(guī)律

位式控制，即兩位式邏輯開或關(guān)（ON/OFF）控制；

比例(proportional)積分(integral)微分(derivative)控制，簡稱PID控制；模糊（Fuzzy）控制；神經(jīng)網(wǎng)路（NeuralNetwork）控制；專家系統(tǒng)等?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）簡介

可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller：PLC）是一種數(shù)字式的電子裝置，早期專用於順序邏輯和程式控制。使用可編程序的記憶體來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。

PLC特點高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力；結(jié)構(gòu)緊湊；速度快；功能強；靈活通用；編程容易；維護方便。PLC發(fā)展採用高性能的處理器，在保證快速完成順序邏輯運算的前提下，普遍增加：回路調(diào)節(jié)功能、代數(shù)運算功能、高速通訊網(wǎng)絡(luò)等。當今的PLC已成為一個集邏輯控制、調(diào)節(jié)控制、網(wǎng)路通訊和圖形監(jiān)視於一體的綜合自動化系統(tǒng)。

常用PLC西門子（Siemens）S7-200/300/400、S5系列；歐姆龍（Omron）CS1、C200H、CPM系列；三菱FX系列；GEFanuc系列等。比例積分微分（PID）控制

過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。電腦控制系統(tǒng)中首先採用的控制算式。

實際運行經(jīng)驗及理論分析充分證明，這種控制規(guī)律在對相當多的工業(yè)對象（一階、二階）進行控制時能夠得到較滿意的結(jié)果。模擬的PID算式

u：輸出Kp：比例係數(shù)e：偏差Ti：積分時間常數(shù)Td：微分時間常數(shù)差分的PID算式（位置式）ek：第k次採樣所獲得的偏差信號

△ek：本次和上次測量值偏差的差

差分的PID算式（增量式）

積分係數(shù)

微分係數(shù)

增量式控制演算法特點

電腦只輸出增量，把累計工作交給執(zhí)行機構(gòu)承擔，誤動作?。?/p>

手動切換到自動時衝擊?。?/p>

算式中不需要累加運算，增量只與最近幾次採樣值有關(guān)。

改進的PID控制演算法

積分分離的PID演算法

在啟動階段或具有設(shè)定值大幅度變化的時刻，在短時間內(nèi)將存在很大的偏差，運算式中的積分項取值很大；在消除偏差過程中，必然導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)及長時間的振盪，而且會產(chǎn)生嚴重的積分飽和現(xiàn)象，甚至損壞設(shè)備。

積分分離的PID演算法N——邏輯判斷係數(shù)

N=0E（k）＞M

；N=1E（k）≤M

。M——預(yù)先設(shè)定的門限值。

帶有死區(qū)的PID控制

只要測量值與給定值的差值在死區(qū)範圍內(nèi)，調(diào)節(jié)器輸出無變化。

Y（k）=0

當調(diào)節(jié)器輸出不變Y（k）=Y（k）當調(diào)節(jié)器輸出變化微分先行的PID演算法

調(diào)節(jié)器採用PI規(guī)律，而將微分作用移到回饋回路上去；微分作用直接對被控量進行微分，對被控量的變化速度進行運算；在給定值變化頻繁的情況下，優(yōu)先選擇微分先行控制方案。

選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律

根據(jù)τo/To比值來選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律即當時，選用比例或比例積分控制規(guī)律；當時，選用比例積分或比例積分微分控制規(guī)律；當時，採用單回路控制系統(tǒng)往往已不能滿足工藝要求，應(yīng)根據(jù)具體情況採用其他控制方式，如串級、前饋、採樣等控制方式。

比例帶（度）

反映比例控制器的比例控制作用強弱的一個參數(shù)。數(shù)值上比例度等於輸入偏差變化相對值與相應(yīng)的輸出變化相對值之比的百分數(shù)

比例帶（度）可以理解為使控制器的輸出變化滿刻度（也就是使控制閥從全關(guān)到全開或相反）時，相應(yīng)所需的輸入偏差變化量占儀錶測量範圍的百分數(shù)。

比例度δ越大，表示比例控制作用越弱。(δ=1/Kp）減小比例度，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能變差，但可相應(yīng)地減小餘差，提高靜態(tài)精度。

例題一臺DDZ-Ⅲ型溫度比例控制器，測溫範圍為200～1200℃。當溫度給定值由800℃變動到850℃，其輸出由12mA變化到16mA。試求該控制器的比例度及放大係數(shù)。例題根據(jù)比例度的定義：

=20%PID參數(shù)對系統(tǒng)動靜態(tài)特性的影響

比例度過小，即比例放大係數(shù)過大時，比例控制作用很強，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生振盪；積分時間過小時，積分控制作用很強，易引起振盪；微分時間過大時，微分控制作用過強，易產(chǎn)生振盪。

PID參數(shù)對系統(tǒng)動靜態(tài)特性的影響

比例（P）控制PID參數(shù)對系統(tǒng)動靜態(tài)特性的影響

比例積分（PI）控制PID參數(shù)對系統(tǒng)動靜態(tài)特性的影響

比例微分（PD）控制PID參數(shù)對系統(tǒng)動靜態(tài)特性的影響

比例積分微分（PID）控制控制器參數(shù)整定

指決定調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時間TI和微分時間TD和採樣週期Ts的具體數(shù)值。整定的實質(zhì)是通過改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使其特性和過程特性相匹配，以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)指標，取得最佳的控制效果。

整定方法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法很多，歸納起來可分為兩大類，即理論計算整定法和工程整定法：理論計算整定法有對數(shù)頻率特性法、根軌跡法等；工程整定法有經(jīng)驗法、衰減曲線法、監(jiān)界比例度法和回應(yīng)曲線法等。

工程整定法特點不需要事先知道過程的數(shù)學(xué)模型，直接在過程控制系統(tǒng)中進行現(xiàn)場整定方法簡單；計算簡便；易於掌握。現(xiàn)場湊試法

按照先比例（P）、再積分（I）、最後微分（D）的順序。

置調(diào)節(jié)器積分時間TI=∞，微分時間TD=0，在比例度δ按經(jīng)驗設(shè)置的初值條件下，將系統(tǒng)投入運行，整定比例度δ。求得滿意的4：1過渡過程曲線。

引入積分作用（此時應(yīng)將上述比例度δ加大1.2倍）。將TI由大到小進行整定。

若需引入微分作用時，則將TD按經(jīng)驗值或按TD=（1/3～1/4）TI設(shè)置，並由小到大加入。

臨界比例度法

在閉合的控制系統(tǒng)裏，將調(diào)節(jié)器置於純比例作用下，從大到小逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振盪的過渡過程。此時的比例度稱為臨界比例度δk，相鄰兩個波峰間的時間間隔，稱為臨界振盪週期Tk。

臨界比例度法步驟將調(diào)節(jié)器的積分時間TI置於最大（TI=∞），微分時間置零（TD=0），比例度δ適當，平衡操作一段時間，把系統(tǒng)投入自動運行。

將比例度δ逐漸減小，得到等幅振盪過程，記下臨界比例度δk和臨界振盪週期Tk值。

根據(jù)δk和Tk值，採用經(jīng)驗公式，計算出調(diào)節(jié)器各個參數(shù)，即δ、TI、TD的值。

按“先P後I最後D”的操作程式將調(diào)節(jié)器整定參數(shù)調(diào)到計算值上。若還不夠滿意，可再作進一步調(diào)整。

臨界比例度法整定注意事項

有的過程控制系統(tǒng)，臨界比例度很小，使系統(tǒng)接近兩式控制，調(diào)節(jié)閥不是全關(guān)就是全開，對工業(yè)生產(chǎn)不利。

有的過程控制系統(tǒng)，當調(diào)節(jié)器比例度δ調(diào)到最小刻度值時，系統(tǒng)仍不產(chǎn)生等幅振盪，對此，就把最小刻度的比例度作為臨界比例度δk進行調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。

衰減曲線法

選把過程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器參數(shù)置成純比例作用（TI=∞，TD=0）使系統(tǒng)投入運行。再把比例度δ從大逐漸調(diào)小，直到出現(xiàn)4：1衰減過程曲線。此時的比例度為4：1衰減比例度δc，兩個相鄰波峰間的時間間隔，稱為4：1衰退減振盪週期Ts。

衰減曲線法根據(jù)δc和Ts，使用公式，即可計算出調(diào)節(jié)器的各個整定參數(shù)值。

按

“先P後I最後D”的操作程式，將求得的整定參數(shù)設(shè)置在調(diào)節(jié)器上。再觀察運行曲線，若不太理想，還可作適當調(diào)整。

衰減曲線法注意事項反應(yīng)較快的控制系統(tǒng)，要認定4：1衰減曲線和讀出Ts比較困難，此時，可用記錄指針來回擺動兩次就達到穩(wěn)定作為4：1衰減過程。

在生產(chǎn)過程中，負荷變化會影響過程特性。當負荷變化較大時，必須重新整定調(diào)節(jié)器參數(shù)值。

若認為4：1衰減太慢，宜應(yīng)用10：1衰減過程。對於10：1衰減曲線法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的步驟與上述完全相同，僅僅採用計算公式有些不同。

採樣週期的選擇

香農(nóng)（Shannon）採樣定律：為不失真地複現(xiàn)信號的變化，採樣頻率至少應(yīng)大於或等於連續(xù)信號最高頻率分量的二倍。根據(jù)採樣定律可以確定採樣週期的上限值。實際采樣周期的選擇還要受到多方面因素的影響。不同的系統(tǒng)采樣周期應(yīng)根據(jù)具體情況來選擇。

採樣週期的選擇通常按照過程特性與干擾大小適當來選取採樣週期：即對於回應(yīng)快、（如流量、壓力）波動大、易受干擾的過程，應(yīng)選取較短的採樣週期；反之，當過程回應(yīng)慢（如溫度、成份）、滯後大時，可選取較長的採樣週期。採樣週期的選取應(yīng)與PID參數(shù)的整定進行綜合考慮。

採樣週期的選擇採樣週期應(yīng)遠小於過程的擾動信號的週期。

在執(zhí)行器的回應(yīng)速度比較慢時，過小的採樣週期將失去意義，因此可適當選大一點。

在電腦運算速度允許的條件下，採樣週期短，則控制品質(zhì)好。

當過程的純滯後時間較長時，一般選取採樣週期為純滯後時間的1/4～1/8。

串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

串級控制系統(tǒng)是改善控制品質(zhì)的有效方法之一，在過程控制中得到了廣泛地應(yīng)用。

串級控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語

主被控參數(shù)——起主導(dǎo)作用的被控參數(shù)。

副被控參數(shù)——為穩(wěn)定主參數(shù)而引入的中間輔助參數(shù)。

主被控過程——由主被控參數(shù)表徵其特性的生產(chǎn)過程。其輸入量為副被控參數(shù)，輸出量為主被控參數(shù)。

副被控過程——由副被控參數(shù)作為輸出的生產(chǎn)過程，其輸入量為控制參數(shù)。

串級控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語主調(diào)節(jié)器——按主被控參數(shù)的測量值與給定值的偏差進行工作的調(diào)節(jié)器，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值。副調(diào)節(jié)器——按副被控參數(shù)的測量值與主調(diào)節(jié)器輸出的偏差進行工作的調(diào)節(jié)器，其輸出控制調(diào)節(jié)閥動作。副回路——由副調(diào)節(jié)器、副被控過程和副測量變送器組成的閉合回路。一

次

擾動——不包括在副回路內(nèi)的擾動。

二

次

擾動——包括在副回路內(nèi)的擾動。

串級控制系統(tǒng)主要特點

1.改善了被控過程的動態(tài)特性；

2.提高了系統(tǒng)的工作頻率；

3.具有較強的抗擾動能力；

4.具有一定的自適應(yīng)能力。

串級控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合

用於克服被控過程較大的容量滯後；

用於克服被控過程的純滯後；

用於抑制變化劇烈而且幅度大的擾動；

用於克服被控過程的非線性。

串級控制系統(tǒng)的設(shè)計原則

副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動；

應(yīng)使主、副過程的時間常數(shù)適當匹配。原則上，主副過程時間常數(shù)之比應(yīng)在3到10範圍內(nèi)；

副回路設(shè)計應(yīng)考慮工藝上的合理性；

副回路設(shè)計應(yīng)考慮經(jīng)濟性原則。

串級主和副調(diào)節(jié)器的選擇

主調(diào)節(jié)器一般選PI或PID控制規(guī)律；副調(diào)節(jié)器一般只要選P控制規(guī)律即可：若採用積分規(guī)律，會延長控制過程，減弱副回路的快速作用。若引入微分規(guī)律會使調(diào)節(jié)閥動作過大，對控制不利。串級控制系統(tǒng)的整定

串級控制系統(tǒng)主回路是一個定值控制系統(tǒng)，要求主參數(shù)有較高的控制精度，其品質(zhì)指標與單回路定值控制系統(tǒng)一樣。副回路是一個隨動系統(tǒng)，只要求副參數(shù)能快速而準確地跟隨主調(diào)節(jié)器的輸出變化即可。

在工程實踐中，串級控制系統(tǒng)常用的整定方法有：逐步逼近法、兩步整定法等。

逐步逼近法

主回路斷開，把副回路按單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值[W2（S）]1。

副調(diào)節(jié)器參數(shù)置於[W2（S）]1上，閉合主回路，副回路作為一個等效環(huán)節(jié)。按單回路整定方法，求取主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值[W1（S）]1。

主調(diào)節(jié)器參數(shù)置於[W1（S）]1上，閉合主回路，再按上述方法求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值[W2（S）]2。完成一次逼近迴圈後，可迴圈下去，逐步逼近，直到達到滿意的品質(zhì)指標要求為止。

兩步整定法

工況穩(wěn)定時，閉合主回路，主、副調(diào)節(jié)器都在純比例作用的條件下，主調(diào)節(jié)器的比例度置於100%，用單回路控制系統(tǒng)的衰減曲線法整定，求取副調(diào)節(jié)器的比例度δ2s和操作週期T2s。

將副調(diào)節(jié)器的比例度置於所求得的數(shù)值上，把副回路作為主回路中的一個環(huán)節(jié)，用同樣方法整定主回路，求取主調(diào)節(jié)器的比例度和操作週期。兩步整定法根據(jù)求得的δ2s、T2s數(shù)值，按單回路系統(tǒng)衰減曲線法整定，計算主、副調(diào)節(jié)器的比例度、積分時間和微分時間的數(shù)值。按先副後主、先比例後積分最後微分的整定程式，設(shè)置主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，再觀察過渡過程曲線，必要時進行適當調(diào)整，直到系統(tǒng)品質(zhì)達到最佳為止。

串級控制系統(tǒng)設(shè)計舉例

在冶金行業(yè)選礦工藝中，大量使用礦石破碎機對礦石進行破碎。破碎系統(tǒng)的主體設(shè)備是破碎機，NordbergHP系列礦石破碎機要求擠滿給礦。

下礦量的波動（如粒度、粘度發(fā)生變化）是系統(tǒng)中的一個主要擾動，若僅以機腔料位作為被控參數(shù)構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)，當擾動發(fā)生後，由於給礦皮帶的傳輸需要一定的時間，即存在純滯後，單回路控制系統(tǒng)已不能滿足要求。

串級控制系統(tǒng)設(shè)計舉例為了克服系統(tǒng)的純滯後，決定採用串級控制：即在給礦皮帶上安裝皮帶秤，以給礦量為副參數(shù)、以機腔料位為主參數(shù)構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。由於給礦串級控制系統(tǒng)多了一個副回路，不等它影響到機腔料位，副回路立刻進行調(diào)節(jié)。這樣，大大減小了擾動對機腔料位的影響，從而提高了主參數(shù)的控制品質(zhì)和系統(tǒng)的動態(tài)特性，系統(tǒng)具有較強的抗擾動能力。

串級控制系統(tǒng)設(shè)計舉例前饋控制結(jié)構(gòu)

Wm(s):前饋控制器；

Wo(s):過程控制通道傳遞函數(shù)；

Wf(s):過程擾動通道傳遞函數(shù)。前饋與回饋控制特點比較

回饋控制的特點：基於偏差來消除偏差；

“不及時”的控制；存在穩(wěn)定性問題；對各種擾動均有校正作用；

控制規(guī)律通常是P、PI、PD或PID等典型規(guī)律。前饋與回饋控制特點比較前饋控制的特點：基於擾動來消除擾動對被控量的影響；

動作“及時”；只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定；具有指定性補償?shù)木窒扌裕?/p>

控制規(guī)律取決於被控對象的特性。

前饋控制器設(shè)計原理

不變性原理是實現(xiàn)前饋控制的理論基礎(chǔ)。

“不變性”是指控制系統(tǒng)的被控量與擾動量完全無關(guān)，或在一定準確度下無關(guān)。

前饋模型

由不變性原理決定的動態(tài)前饋控制器，是由被過程擾動通道與控制通道特性之比決定的，即：因?qū)崿F(xiàn)了完全補償，達到了被控量不受擾動影響的控制效果。前饋模型的結(jié)構(gòu)有時比較複雜，甚至難以實現(xiàn)。

前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式

靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)：

控制器採用比例控制，是前饋模型中最簡單的形式。

動態(tài)前饋控制系統(tǒng)：

動態(tài)前饋的實現(xiàn)基於不變性原理；動態(tài)前饋控制方案雖能顯著地提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)，但結(jié)構(gòu)往往比較複雜；需要專門的控制裝置，系統(tǒng)運行、整定也比較複雜；只有當工藝上對控制精度要求很高，其他控制方案難以滿足、且存在一個“可測不可控”的主要擾動時，才考慮使用動態(tài)前饋方案。

前饋控制的局限性

前饋控制屬於開環(huán)控制方式；完全補償難以滿足，因為：要準確掌握過程擾動通道特性Wf（s）及控制通道特性Wo（s）是不容易的；

即使前饋模型Wm（s）能準確求出，有時工程上也難以實現(xiàn)；對每一個擾動至少使用一套測量變送儀錶和一個前饋控制器，這將會使控制系統(tǒng)龐大而複雜。前饋-回饋複合控制系統(tǒng)

將前饋和回饋結(jié)合起來，既發(fā)揮了前饋作用及時克服主要擾動對被控量影響的優(yōu)點，又保持了回饋控制能克服多個擾動影響的長處；降低了系統(tǒng)對前饋補償器的要求，使其在工程上更易於實現(xiàn)。

前饋控制的設(shè)計原則

實現(xiàn)前饋控制的必