物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù) 課件 C過控第一章 過控與閥的控制

第一章

過程控制與閥控制器過程控制系統(tǒng)的設(shè)計目標過程控制系統(tǒng)的設(shè)計目標是：對于任意的外部干擾（DV），通過調(diào)節(jié)操作變量（MV）以使被控變量（CV）維持在其設(shè)定值（SP）。過程控制系統(tǒng)為何如此重要？ 1)安全性.防止各種可能對操作人員或生產(chǎn)裝置造成的傷害或損壞，并盡可能減少廢水廢氣的排放以保護環(huán)境 2)產(chǎn)品質(zhì)量. 3)生產(chǎn)成本的最小化.控制系統(tǒng)舉例1.1

對于上述儲氣罐壓力控制系統(tǒng)，請指出其CV、SP、MV、DVs，并給出其控制系統(tǒng)的方塊圖與設(shè)計目標。假設(shè)變量之間滿足以下關(guān)系：現(xiàn)場討論?例1.1的控制方塊圖#1指出該控制系統(tǒng)的操作變量與干擾?例1.1的控制方塊圖#2例1.1的控制方塊圖#3討論其正確性例1.2:換熱器出口溫度控制系統(tǒng)問題：指出該系統(tǒng)的CV、SP、MV、DVs，并描述其方塊圖與控制目標?換熱器溫度控制系統(tǒng)方塊圖一般的反饋控制系統(tǒng)常用被控變量（CV）：某一工藝介質(zhì)的溫度、壓力/差壓、流量、液位/料位、成份含量、屬性。一般的反饋控制系統(tǒng)控制器包括:硬件、系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件控制方案/算法及其實現(xiàn)控制系統(tǒng)分類（1）“定值控制”（也稱“調(diào)節(jié)控制”）與”伺服控制”（也稱“跟蹤控制”） 舉例：連續(xù)過程控制、間歇過程控制、飛行控制與制導(dǎo)。控制系統(tǒng)分類（2）：

前饋控制與反饋控制比較上述兩種控制策略的優(yōu)缺點前饋反饋控制舉例控制系統(tǒng)分類（3）開關(guān)量控制與連續(xù)量控制 舉例：定頻空調(diào)與變頻空調(diào)內(nèi)容控制閥的作用選擇反饋控制器的正反作用

過程控制系統(tǒng)的性能指標

了解P,PI與PID控制器的功能

問題討論

分析下列兩控制閥的差別

#1控制閥#2控制閥控制閥的氣開氣關(guān)特性1.氣開閥與氣關(guān)閥*氣開閥：pc↑→f↑(“有氣則開”,“無氣則關(guān)”)*氣關(guān)閥：pc↑→f↓(“有氣則關(guān)”,“無氣則開”)無氣源（pc=0）時，氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開。2.控制閥氣開/氣關(guān)特征的選擇——安全性*若無氣源時，希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇氣開閥，如加熱爐瓦斯氣調(diào)節(jié)閥；若無氣源時，希望閥全開，則應(yīng)選擇氣關(guān)閥，如放熱反應(yīng)器冷卻水閥?？刂崎y氣開氣關(guān)特性

選擇舉例例1例2控制器的“正反作用”定義：當被控變量的測量值增大時，控制器的輸出也增大，則該控制器為“正作用”；否則，當測量值增大時，控制器輸出反而減少，則該控制器為“反作用”。選擇要點：使控制回路成為“負反饋”系統(tǒng)。選擇方法：（1）假設(shè)檢驗法。先假設(shè)控制器的作用方向，再檢查控制回路能否成為“負反饋”系統(tǒng)。（2）回路判別法。先畫出控制系統(tǒng)的方塊圖，并確定回路廣義對象的作用方向，再確定控制器的正反作用?？刂破髡醋饔玫倪x擇問題：（1）正作用與反作用控制器的定義？（2）如何使控制回路成為“負反饋”系統(tǒng)?控制器正反作用選擇舉例#1考慮到控制系統(tǒng)在斷電斷氣情況下的安全性，蒸汽閥應(yīng)為氣開閥，因此u↑→RV↑假設(shè)控制器TC22為正作用。

如果T↑,則結(jié)論：為使控制回路成為“負反饋”系統(tǒng)，TC22須為 反作用控制器?？刂破髡醋饔眠x擇舉例#2冷卻水閥須為氣關(guān)閥，因此u↑→（冷卻水量）Fw↓假設(shè)TC25為正作用控制器，如果

T↑，則結(jié)論：TC25須為反作用控制器有無其它更簡單方法?基于回路分析法

控制器正反作用選擇舉例#1

步驟1：畫控制回路方塊圖，并標注廣義對象的正反作用步驟2：由廣義對象正反作用決定控制器正反作用以構(gòu)成負反饋回路(+)TC22為反作用控制器基于回路分析法

控制器正反作用選擇舉例#2(+)TC25為反作用控制器。為什么？

過程控制系統(tǒng)的性能指標余差：

衰減比：振蕩周期：調(diào)節(jié)時間（也稱過渡過程時間）

ts什么是最好的系統(tǒng)響應(yīng)?

純比例控制器KC

被稱為控制器增益。增益Kc對控制器輸出的影響Kc反映了控制器輸出對控制誤差的靈敏度P控制回路的仿真結(jié)果Fi(t)在10min時，從10升/min階躍增加至11升/min仿真結(jié)果分析比例增益對控制性能的影響純比例控制器只有一個可調(diào)參數(shù)Kc。其最大問題是總存在不同程度的余差，即CV難以完全跟蹤其SP。對于某一給定的階躍擾動，余差的大小取決于比例增益大小。增益越大，余差越小。

當Kc超過某一臨界值，大多數(shù)控制系統(tǒng)會變?yōu)椴环€(wěn)定。比例帶的概念定義：比例帶是指使控制器輸出CO全范圍變化所對應(yīng)的控制誤差的比例。比例積分(PI)控制器Ti

被稱為積分時間，單位：min或secondPI控制回路的仿真結(jié)果Fi(t)在10min時，從10升/min階躍增加至11升/min仿真結(jié)果分析積分作用對控制性能的影響PI控制器有兩個可整定參數(shù)：控制增益（或比例帶）與積分時間（或積分速率1/Ti），其最大的優(yōu)勢是可消除余差。（為什么？）PI控制器的不足之處在于：由于積分作用的引入，使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。具體地， 積分時間Ti越短，積分速率1/Ti

越大，積分作用越強，閉環(huán)系統(tǒng)消除余差的速度越快，但控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性越弱。（原因分析）PID（比例-積分-微分）控制器Td

為微分時間理論PID控制器（實際應(yīng)用存在什么問題？）工業(yè)PID控制器Ad

被稱為微分增益。工業(yè)PID控制器的輸入輸出響應(yīng)討論Td、Ad

對控制器輸出的響應(yīng)PID控制回路的仿真實驗Ti(t)在10min時，從50℃階躍增加至60℃。仿真結(jié)果分析微分作用對控制性能的影響PID控制器有三個可整定參數(shù)：控制器增益、積分時間與微分時間。微分作用的引入可使控制器具有超前預(yù)測作用。PID控制器主要適用于具有較長時間常數(shù)、且測量噪聲較少的慢過程，例如：溫度與成分控制回路。對于噪聲水平較高的快速過程，例如流量與壓力回路，微分作用的引入將放大噪聲，因此不宜使用。問題討論如何評價一個控制系統(tǒng)的品質(zhì)（定性與定量）？描述P,PI與PID控制器的輸入