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1、過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.1簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成指由一個測量變送器、一個控制器、一個控制指由一個測量變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)單閉環(huán)控制系統(tǒng)。第第6 6章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)整定的設(shè)計與參數(shù)整定TC206后續(xù)字母表示儀表功能后續(xù)字母表示儀表功能第第1位數(shù)字表示工段號位數(shù)字表示工段號后續(xù)數(shù)字表示儀表序號后續(xù)數(shù)字表示儀表序號第第1位字母表示被控參數(shù)位字母表示被控參數(shù) LC TT儀表符號標(biāo)準(zhǔn)儀表符號標(biāo)準(zhǔn)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控制系統(tǒng)原理方框圖控制

2、系統(tǒng)原理方框圖給定值給定值測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象操作量操作量被控變量被控變量干擾干擾熱物料熱物料載熱介質(zhì)載熱介質(zhì)冷物料冷物料熱交換器熱交換器 TT TC帶控制點的工藝流程圖帶控制點的工藝流程圖過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章帶控制點的工藝流程圖帶控制點的工藝流程圖在工藝設(shè)計給出的流程圖上，按流程順序標(biāo)出相應(yīng)在工藝設(shè)計給出的流程圖上，按流程順序標(biāo)出相應(yīng)的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保的測量點、控制點、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護系統(tǒng)等，便構(gòu)成了管道及儀表流程圖護系統(tǒng)等，便構(gòu)成了管道及儀表流程圖(Pipeline Instrument Dr

3、awing,簡稱簡稱P&ID圖），又稱帶控制圖），又稱帶控制點的工藝流程圖點的工藝流程圖過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計1.1.過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計的基本要求過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計的基本要求 生產(chǎn)過程對過程控制系統(tǒng)的要求可簡要歸納為生產(chǎn)過程對過程控制系統(tǒng)的要求可簡要歸納為安全性、穩(wěn)定性安全性、穩(wěn)定性和和經(jīng)濟性經(jīng)濟性三個方面。三個方面。安全性安全性過程控制系統(tǒng)能確保人員和設(shè)備的安全過程控制系統(tǒng)能確保人員和設(shè)備的安全是對過程控制系統(tǒng)最重要也最基本的要求。通常采是對過程控制系統(tǒng)最重要也最基本的要求。通常采用參數(shù)越限報警、事故報警、聯(lián)鎖保護等措施來保

4、用參數(shù)越限報警、事故報警、聯(lián)鎖保護等措施來保證。證。穩(wěn)定性穩(wěn)定性是過程控制系統(tǒng)保證生產(chǎn)過程正常工作是過程控制系統(tǒng)保證生產(chǎn)過程正常工作的必要條件。的必要條件。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章2.過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 過程控制系統(tǒng)設(shè)計包括過程控制系統(tǒng)設(shè)計包括控制系統(tǒng)方案設(shè)計、工控制系統(tǒng)方案設(shè)計、工程設(shè)計、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定程設(shè)計、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四等四個主要內(nèi)容。個主要內(nèi)容。控制方案設(shè)計控制方案設(shè)計是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心。是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心。工程設(shè)計工程設(shè)計在控制方案正確設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的，在控制方案正確設(shè)計的基礎(chǔ)

5、上進行的，它包括儀表選型、現(xiàn)場儀表與設(shè)備安裝位置確定、控它包括儀表選型、現(xiàn)場儀表與設(shè)備安裝位置確定、控制室操作臺和儀表盤設(shè)計、供電與供氣系統(tǒng)設(shè)計、信制室操作臺和儀表盤設(shè)計、供電與供氣系統(tǒng)設(shè)計、信號及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設(shè)計等。號及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)設(shè)計等。系統(tǒng)設(shè)備安裝系統(tǒng)設(shè)備安裝正確安裝保證系統(tǒng)正常運行的前提。正確安裝保證系統(tǒng)正常運行的前提。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)的重要步驟，系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)的重要步驟，是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一。是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3.過程控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟過程控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟1）掌握生產(chǎn)工藝對

6、控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指）掌握生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指標(biāo)標(biāo)2）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型3）確定控制方案）確定控制方案 包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是過程過程控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。4）控制設(shè)備選型）控制設(shè)備選型5）實驗（或仿真）驗證）實驗（或仿真）驗證 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.2被控參數(shù)與控制變量的選擇被控參數(shù)與控制變量的選擇6.2.2.1被控參數(shù)的選擇被控參數(shù)的選擇被控變量被控變量生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化

7、）的變量。持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。合理選擇被控變量，關(guān)系到生產(chǎn)工藝能否達(dá)合理選擇被控變量，關(guān)系到生產(chǎn)工藝能否達(dá)到穩(wěn)定操作、保證質(zhì)量、保證安全等目的。到穩(wěn)定操作、保證質(zhì)量、保證安全等目的。被控變量的選擇依據(jù)：被控變量的選擇依據(jù)：1 1、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量鍵變量作為被控變量過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例1 儲槽液位控制系統(tǒng)儲槽液位控制系統(tǒng)工藝要求儲槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)工藝要求儲槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就應(yīng)以儲槽液位為被控變量。就應(yīng)以儲槽液位為被控變量。LC TTh過程控制系統(tǒng)

8、與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例2 換熱器出口溫度控制系統(tǒng)換熱器出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計的控制系工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。熱物料熱物料載熱介質(zhì)載熱介質(zhì)冷物料冷物料熱交換器熱交換器 TT TC過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章2、當(dāng)不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時，、當(dāng)不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時，應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)作為被控變量。參數(shù)作為被控變量。例例3 化工的精餾物純化工的精餾物純度控制系統(tǒng)度控制系統(tǒng)精

9、餾工藝是利用被分精餾工藝是利用被分離物中各組分的揮發(fā)溫度離物中各組分的揮發(fā)溫度不同，將各組分分離。不同，將各組分分離。如圖將苯如圖將苯甲苯混合甲苯混合液進行分離。液進行分離。苯苯甲苯甲苯苯苯甲苯甲苯 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 該精餾塔的工藝該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達(dá)到規(guī)定的底）餾出物達(dá)到規(guī)定的純度。按照被控變量的純度。按照被控變量的選擇原則選擇原則1，塔頂（或，塔頂（或塔底）餾出物的組分應(yīng)塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被控變量。作為被控變量。但是，沒有合適但是，沒有合適的儀表在線檢測餾出物的儀表在線檢測餾出物的純度，則不能直接作的純度，

10、則不能直接作為被控變量。為被控變量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章只好在與餾出物的只好在與餾出物的純度有單值關(guān)系的工藝純度有單值關(guān)系的工藝參數(shù)中，找出合適的變參數(shù)中，找出合適的變量作為被控變量，進行量作為被控變量，進行間接參數(shù)控制。間接參數(shù)控制。經(jīng)工藝分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)工藝分析發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都對餾出物純度有影響。對餾出物純度有影響。需要對二者進行比較試需要對二者進行比較試驗，選出一個合適的變驗，選出一個合適的變量。量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章間接控制變量的確定間接控制變量的確定

11、經(jīng)試驗得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力經(jīng)試驗得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力和溫度有單值對應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）和溫度有單值對應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3 3、被控變量必須有足夠大的靈敏度、被控變量必須有足夠大的靈敏度被控變量必須靈敏，容易被測量。被控變量必須靈敏，容易被測量。4、選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性上例中，選擇塔內(nèi)溫度作被控變量，就是考上例中，選擇塔內(nèi)溫度作被控變量，就是考慮了工藝上，塔內(nèi)壓力是最佳

12、分離效率控制系統(tǒng)的慮了工藝上，塔內(nèi)壓力是最佳分離效率控制系統(tǒng)的被控變量。被控變量。上例中，若塔頂、塔底的產(chǎn)品純度都分別設(shè)上例中，若塔頂、塔底的產(chǎn)品純度都分別設(shè)置溫控系統(tǒng)，會相互干擾，存在關(guān)聯(lián)。因此，若采置溫控系統(tǒng)，會相互干擾，存在關(guān)聯(lián)。因此，若采用簡單控制系統(tǒng)，只能設(shè)置一個溫控系統(tǒng)，保證塔用簡單控制系統(tǒng)，只能設(shè)置一個溫控系統(tǒng)，保證塔頂或塔底一端的產(chǎn)品質(zhì)量。頂或塔底一端的產(chǎn)品質(zhì)量。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.2.2控制變量選擇控制變量選擇把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量稱為作用的變量稱為控制變量控制變量或或操縱

13、變量操縱變量。最常見的操。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。縱變量的。LC TTh過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控制變量的確定控制變量的確定被控變量選定以后，應(yīng)對工藝進行分析，找出被控變量選定以后，應(yīng)對工藝進行分析，找出所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是可控的，有些是不可控的?？煽氐模行┦遣豢煽氐?。q在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被控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；變量影響顯著且便于控制的變

14、量，作為控制變量；q其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。被控變量被控變量影響變量影響變量過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章對象特性對控制品質(zhì)影響的分析：對象特性對控制品質(zhì)影響的分析：1過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響如圖所示為單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。如圖所示為單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。Gc(s)控制器的傳遞函數(shù)；控制器的傳遞函數(shù)；Go(s)廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；Gf(s)擾動通道的傳遞函數(shù)。擾動通道的傳遞函數(shù)。Gc(s)Gf(s)Go

15、(s)X(s)Y(s)F(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 被控參數(shù)被控參數(shù)y(t)受到設(shè)定信號受到設(shè)定信號x(t)和干擾信號和干擾信號f(t)的的共同影響：共同影響：000()()()()X()()1()()1()()fcccGsGs GsY ssFsGs GsGs Gs干擾通道干擾通道控制通道控制通道 Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)F(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章代入系統(tǒng)偏差公式中：代入系統(tǒng)偏差公式中：)()()(sYsXsE將將可見，控制通道偏差和干擾通道偏差的傳函分母可見，控制通道偏差和干擾通道偏差的傳函分母是一樣的。將是一樣

16、的。將Gc(s)、Go(s)代入：代入：11sTK)s(GK)s(GsTK)s(Gfffccooo)()()()()(1)()()()(11)(sEsEsFsGsGsGsXsGsGsEfxocfoc+=+=11sTK)s(GK)s(GsTK)s(Gfffccooo000()()()()X()()1()()1()()fcccGsGs GsY ssFsGs GsGs Gs過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章)()1(1)()()(11)(sXKKsTsTsXsGsGsEcoooocx+=+=)()1()1)(1()1()()()(1)()(sFsTKKsTsTsTKsFsGsGsGsE

17、fcofoofocff+=+=(1)當(dāng)當(dāng)f(t)=0,x(t)單位階躍變化時單位階躍變化時sKKsTsTsEsEcx111)()(000cxstKKssEtee0011)(lim)(lim)(過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章K0越大，控制作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越??；越大，控制作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越??；K0越大，被控變量對控制作用的反應(yīng)越靈敏，系越大，被控變量對控制作用的反應(yīng)越靈敏，系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性越低。統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性越低。Kf越大，干擾作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越大。越大，干擾作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越大。故應(yīng)選控制通道放大系數(shù)故應(yīng)選控制通道放大系數(shù)K0大、干擾通道大、干擾通道Kf小的小的變量作為

18、控制變量。變量作為控制變量。ssTKKsTsTKsEsEfcff1)1)(1()1()()(000(2)當(dāng)當(dāng)x(t)=0,f(t)作單位階躍擾動時作單位階躍擾動時cffstKKKssEtee001)(lim)(lim)(過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章2過程（通道）動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響過程（通道）動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響1）干擾通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響）干擾通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響f()(1)Y(s)()()1()()(1)(1)(1)ffocoofocfG sK T sF sF sG s G sT sT sK K T s干擾通道的慣性因子（干擾通道的慣性因子（Tf

19、 s+1）使干擾作用）使干擾作用的的影響緩慢影響緩慢。vTf 越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。利于控制。v干擾進入系統(tǒng)的位置離被控變量檢測點越遠(yuǎn)，干擾進入系統(tǒng)的位置離被控變量檢測點越遠(yuǎn)，則則Tf 越大，控制時最大偏差越小。越大，控制時最大偏差越小。f()(1)Y(s)()()1()()(1)(1)(1)ffocoofocfG sK T sF sF sG s G sT sT sK K T s過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例：例：某控制系統(tǒng)中，干擾某控制系統(tǒng)中，干擾f1、f2、f3分別在三個分別在三個位置進入系統(tǒng)。干擾離被控變

20、量檢測點越遠(yuǎn)，則干位置進入系統(tǒng)。干擾離被控變量檢測點越遠(yuǎn)，則干擾通道的時間常數(shù)越大，對被控變量的影響越慢。擾通道的時間常數(shù)越大，對被控變量的影響越慢。010203f30G(s)G(s)G(s)Y()()1()()csF sGs Gs0201012100G()G(s)()()()1()()1()()ccsGsFsF sGs GsGs Gs過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 f1(t)通道慣性小，受干擾后被調(diào)參數(shù)變化速度通道慣性小，受干擾后被調(diào)參數(shù)變化速度快；當(dāng)控制作用見效時，被調(diào)參數(shù)已經(jīng)變化較大快；當(dāng)控制作用見效時，被調(diào)參數(shù)已經(jīng)變化較大造成動態(tài)偏差較大。造成動態(tài)偏差較大。所以擾動進

21、入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測點越所以擾動進入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測點越遠(yuǎn)，干擾對被控參數(shù)影響越小遠(yuǎn)，干擾對被控參數(shù)影響越小。y(t)yk(t)tyyk(t)yy(t)tyk(t)yy(t)t過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 因為，因為，f 使干擾對被使干擾對被控變量的影響推遲了控變量的影響推遲了f 時間時間，則控制作用也推遲則控制作用也推遲f 時間時間，整個過渡過程曲線也推遲整個過渡過程曲線也推遲時間時間f，但控制品質(zhì)未變。但控制品質(zhì)未變。v干擾通道純滯后干擾通道純滯后f不影響控制質(zhì)量。不影響控制質(zhì)量。f()(1)Y(s)()()1()()(1)(1)(1)ffocoofocf

22、G sK T sF sF sG s G sT sT sK K T s含有含有e f s過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 2）控制通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響）控制通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響(1)系統(tǒng)控制性能評價系統(tǒng)控制性能評價控制通道的放大倍數(shù)控制通道的放大倍數(shù)K0越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，但控制通越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，但控制通道選定之后，道選定之后，K0一般是不能改變的。如果將控制器的放一般是不能改變的。如果將控制器的放大倍數(shù)大倍數(shù)Kc包括進來，控制通道的靜態(tài)放大倍數(shù)變成包括進來，控制通道的靜態(tài)放大倍數(shù)變成KcK0,通過增加通過增加Kc可增加控制通道的靜態(tài)放大倍數(shù)?？稍黾涌刂仆ǖ赖?/p>

23、靜態(tài)放大倍數(shù)。設(shè)控制系統(tǒng)的臨界放大倍數(shù)是設(shè)控制系統(tǒng)的臨界放大倍數(shù)是Kmax,臨界震蕩頻率臨界震蕩頻率 ，Kmax與與 的乘積的乘積 在一定程度上代表了被控在一定程度上代表了被控過程的性能。過程的性能。Kmax越大，控制器的靜態(tài)放大倍數(shù)越大，控制器的靜態(tài)放大倍數(shù)Kc可選可選范圍的上限越大范圍的上限越大,Kc越大，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。同樣越大，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。同樣的的 越大，控制系統(tǒng)可選的工作頻率越大，控制系統(tǒng)可選的工作頻率 越大，過度過程越大，過度過程越快。因此，越快。因此，越大表明系統(tǒng)的控制性能越好。越大表明系統(tǒng)的控制性能越好。maxmaxmax.Kmaxmaxcmaxmax.K過程控制系

24、統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章tGCGVGO2GFGmfreGO1yv控制通道控制通道G01的時間常的時間常數(shù)數(shù)T01增大，使控制速度變增大，使控制速度變慢，最大偏差增大。慢，最大偏差增大。vG02是控制、干擾共用是控制、干擾共用通道，通道，T02不影響最大偏差不影響最大偏差y2(t)yk(t)yy1(t)(2)控制通道時間常數(shù)控制通道時間常數(shù)T0對控制品質(zhì)的影響對控制品質(zhì)的影響過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章y2(t)yk(t)tyy1(t)01控制通道滯后控制通道滯后0對系統(tǒng)的影響對系統(tǒng)的影響v 控制通道控制通道G01的純滯后的純滯后，使控，使控制作用滯后制作用滯后

25、01到達(dá)，造成控制到達(dá)，造成控制偏差增大。偏差增大。v G02是控制、干擾共用通道，是控制、干擾共用通道，干擾作用滯后干擾作用滯后02產(chǎn)生，但控制產(chǎn)生，但控制作用再滯后作用再滯后02到達(dá)，同樣造成控到達(dá)，同樣造成控制偏差增大。制偏差增大。y2(t)yk(t)tyy1(t)2 20202GCGVGO2GFGmfreGO1y過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 因此，控制通道時間常數(shù)因此，控制通道時間常數(shù)T0 小一些好。表明控小一些好。表明控制變量對被控變量的影響迅速，有利于控制。制變量對被控變量的影響迅速，有利于控制?？刂仆ǖ兰儨罂刂仆ǖ兰儨?越小越好。越小越好。0會使控制時間會

26、使控制時間延長、最大偏差增大。延長、最大偏差增大?？刂谱兞康倪x擇原則：控制變量的選擇原則：1、控制變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的、控制變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。變量。2、控制變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影、控制變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響靈敏。因此，控制通道應(yīng)當(dāng)放大系數(shù)大、時間常響靈敏。因此，控制通道應(yīng)當(dāng)放大系數(shù)大、時間常數(shù)小、純滯后越小越好。數(shù)小、純滯后越小越好。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3、為使其他干擾對被控變量的影響減小，應(yīng)使干擾通、為使其他干擾對被控變量的影響減小，應(yīng)使干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時間常數(shù)盡可能大，擾動引道的放大系數(shù)盡

27、可能小、時間常數(shù)盡可能大，擾動引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離被控變量，盡可能靠近調(diào)節(jié)閥。入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離被控變量，盡可能靠近調(diào)節(jié)閥。4、被控過程存在多個時間常數(shù)，在選擇設(shè)備及控制參、被控過程存在多個時間常數(shù)，在選擇設(shè)備及控制參數(shù)時，應(yīng)盡量使時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)數(shù)時，應(yīng)盡量使時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其他時間常數(shù)大很多，同時注意減少其他時間常數(shù)。比其他時間常數(shù)大很多，同時注意減少其他時間常數(shù)?？刂破?、調(diào)節(jié)閥和測量變送器的時間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控制器、調(diào)節(jié)閥和測量變送器的時間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控過程中最大的時間常數(shù)?？剡^程中最大的時間常數(shù)。5、選擇控制變量時，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)效、選擇

28、控制變量時，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)效率及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性。率及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例1中，影響儲槽液位的主要因素有：液體流入中，影響儲槽液位的主要因素有：液體流入量和液體流出量。這兩個變量影響力相當(dāng)，顯然，量和液體流出量。這兩個變量影響力相當(dāng)，顯然，液體流出量可控。故選液體流出量作為控制變量。液體流出量可控。故選液體流出量作為控制變量。LC TThQiQo過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例2中，影響中，影響出口溫度出口溫度的主要因素有：載熱介的主要因素有：載熱介質(zhì)溫度、載熱介質(zhì)流量、冷物料溫度、冷物料流量質(zhì)溫度、載熱介質(zhì)流量

29、、冷物料溫度、冷物料流量等等。顯然，。顯然，載熱介質(zhì)流量影響力最大且可控。故選載熱介質(zhì)流量影響力最大且可控。故選載熱介質(zhì)流量作為控制變量。載熱介質(zhì)流量作為控制變量。熱物料熱物料載熱介質(zhì)載熱介質(zhì)冷物料冷物料熱交換器熱交換器 TT TCQrQiTiTr過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例3中，若選擇提餾段某塊塔板（靈敏板）的中，若選擇提餾段某塊塔板（靈敏板）的溫度作為被控變量。那么，影響靈敏板溫度溫度作為被控變量。那么，影響靈敏板溫度T靈靈的因的因素主要有：素主要有：TT進料的流量（進料的流量（Q入入）、）、進料的成分（進料的成分（x入入）、）、進料的溫度（進料的溫度（T入入），）

30、，回流的流量（回流的流量（Q回回）、）、回流的溫度（回流的溫度（T回回），），加熱蒸汽流量（加熱蒸汽流量（Q蒸蒸）、）、冷凝器冷卻溫度等。冷凝器冷卻溫度等。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 這些影響因素分為可控的和不可控的兩大類：這些影響因素分為可控的和不可控的兩大類：回流量和蒸汽流量為可控因素回流量和蒸汽流量為可控因素其它基本為不可控因素其它基本為不可控因素 TT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章1、蒸汽流量對提餾、蒸汽流量對提餾段溫度影響比回流量段溫度影響比回流量對提餾段溫度影響更對提餾段溫度影響更迅速、更顯著。迅速、更顯著。2、從節(jié)能角度來講，、從節(jié)能角度來

31、講，控制蒸汽流量比控制控制蒸汽流量比控制回流量消耗的能量要回流量消耗的能量要小。小。在兩個可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。在兩個可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。因為：因為：TT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.3檢測環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正負(fù)作用選擇檢測環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正負(fù)作用選擇 6.2.3.1傳感器、變送器選擇傳感器、變送器選擇傳感器與變送器的選擇傳感器與變送器的選擇主要主要根據(jù)根據(jù)被檢測參數(shù)被檢測參數(shù)的性質(zhì)的性質(zhì)以及控制系統(tǒng)設(shè)計的以及控制系統(tǒng)設(shè)計的總體功能總體功能要求來決定。要求來決定。1按照生產(chǎn)過程的工藝要求，首先確定傳感器與變按照生產(chǎn)過程的工藝要求，首先確

32、定傳感器與變送器合適的測量范圍（量程）與精度等級。送器合適的測量范圍（量程）與精度等級。2測量儀表反應(yīng)慢，會造成測量失真。應(yīng)盡可能選測量儀表反應(yīng)慢，會造成測量失真。應(yīng)盡可能選擇時間常數(shù)小的傳感器、變送器。擇時間常數(shù)小的傳感器、變送器。OtOtTmTmx(t)y(t)x(t)y(t)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3合理選擇檢測點，避免測量造成對象純滯后合理選擇檢測點，避免測量造成對象純滯后0圖圖6.15 pH值控制系統(tǒng)圖值控制系統(tǒng)圖 pHT LT LC pHC中和槽中和槽貯酸槽貯酸槽l04測量信號的處理測量信號的處理 測量信號的校正與補償、測量噪聲的抑制、測測量信號的校正與補償

33、、測量噪聲的抑制、測量信號的線性化處理。量信號的線性化處理。盡量將傳感器安裝在能夠直接代表生產(chǎn)過程狀態(tài)的位置盡量將傳感器安裝在能夠直接代表生產(chǎn)過程狀態(tài)的位置過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 6.2.3.2執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇1調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇 正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開度應(yīng)在15%85%區(qū)區(qū)間。據(jù)此原則計算、確定控制閥的口徑尺寸。間。據(jù)此原則計算、確定控制閥的口徑尺寸。2調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇按補償對象特性的原則選取。按補償對象特性的原則選取。3調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇 按

34、控制信號中斷時，保證生產(chǎn)設(shè)備安全的原則按控制信號中斷時，保證生產(chǎn)設(shè)備安全的原則確定。確定。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章調(diào)節(jié)閥開、關(guān)作用方式的選擇主要以不同生產(chǎn)工藝調(diào)節(jié)閥開、關(guān)作用方式的選擇主要以不同生產(chǎn)工藝條件下，人員安全、生產(chǎn)安全、系統(tǒng)及設(shè)備安全的條件下，人員安全、生產(chǎn)安全、系統(tǒng)及設(shè)備安全的需要為首要依據(jù)需要為首要依據(jù)。一般根據(jù)以下原則選擇：。一般根據(jù)以下原則選擇：(1)人身安全、系統(tǒng)與設(shè)備的安全原則人身安全、系統(tǒng)與設(shè)備的安全原則(2)保證產(chǎn)品質(zhì)量原則保證產(chǎn)品質(zhì)量原則(3)減少原料和動力浪費的經(jīng)濟原則減少原料和動力浪費的經(jīng)濟原則(4)基于介質(zhì)特點的工藝設(shè)備安全原則基于介質(zhì)

35、特點的工藝設(shè)備安全原則過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 氣開閥與氣關(guān)閥氣開閥與氣關(guān)閥 *氣開閥：氣開閥：pc f (“有氣則開有氣則開”)*氣關(guān)閥：氣關(guān)閥：pc f (“有氣則關(guān)有氣則關(guān)”)無氣源無氣源(pc=0)時時，氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開。氣開閥與氣關(guān)閥的選擇原則氣開閥與氣關(guān)閥的選擇原則 *若無氣源時若無氣源時，希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇氣開閥希望閥全關(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，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，如加熱爐進風(fēng)蝶閥。全開，則應(yīng)選擇氣關(guān)閥，如加熱爐進風(fēng)蝶閥。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系

36、統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.3.3調(diào)節(jié)器正反作用的選擇調(diào)節(jié)器正反作用的選擇負(fù)反饋控制系統(tǒng)的控制作用對被控變量的影響負(fù)反饋控制系統(tǒng)的控制作用對被控變量的影響應(yīng)與干擾作用對被控變量的影響相反，才能使被控應(yīng)與干擾作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量值回復(fù)到給定值。為了保證負(fù)反饋，必須正確變量值回復(fù)到給定值。為了保證負(fù)反饋，必須正確選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。給定值給定值測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象操作量操作量被控變量被控變量干擾干擾過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章為了說明選擇方法，先定義作用方向：為了說明選擇方法，先定義作用方向：當(dāng)某個環(huán)節(jié)

37、的輸入增加時，其輸出也增加，稱該當(dāng)某個環(huán)節(jié)的輸入增加時，其輸出也增加，稱該環(huán)節(jié)為環(huán)節(jié)為“正作用正作用”；反之，稱為；反之，稱為“反作用反作用”。按此定義：按此定義：q變送器都是正作用變送器都是正作用q氣開閥是正作用，氣關(guān)閥是反作用氣開閥是正作用，氣關(guān)閥是反作用q被控對象有的正作用，有的反作用被控對象有的正作用，有的反作用q控制器作用方向以測量輸入與輸出的關(guān)系定義：控制器作用方向以測量輸入與輸出的關(guān)系定義：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控制系統(tǒng)中，各個環(huán)節(jié)的作用方向組合不當(dāng)控制系統(tǒng)中，各個環(huán)節(jié)的作用方向組合不當(dāng)?shù)脑?，會使系統(tǒng)構(gòu)成正反饋，不但不能起控制作用，的話，會使系統(tǒng)構(gòu)成正反

38、饋，不但不能起控制作用，反而會破壞生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。反而會破壞生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。因為執(zhí)行器和對象有正、反作用，為了保證控因為執(zhí)行器和對象有正、反作用，為了保證控制系統(tǒng)負(fù)反饋，調(diào)節(jié)器必須有正、反作用之調(diào)整。制系統(tǒng)負(fù)反饋，調(diào)節(jié)器必須有正、反作用之調(diào)整。偏差偏差控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象變送器變送器給定值給定值被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù)干擾干擾測量值測量值正作用正作用反作用反作用正作用正作用正作用正作用過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 調(diào)節(jié)器正反作用的確定原調(diào)節(jié)器正反作用的確定原則：則：保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋 簡單的判定方法：簡單的判定方法：閉合回閉合回路中有奇數(shù)個反作用環(huán)節(jié)。

39、路中有奇數(shù)個反作用環(huán)節(jié)。偏差偏差控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象變送器變送器給定值給定值被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù)干擾干擾測量值測量值反作用反作用正作用正作用正作用正作用正作用正作用過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例1：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)負(fù)反饋驗證：負(fù)反饋驗證：設(shè)某時刻燃料壓力設(shè)某時刻燃料壓力燃料流量燃料流量爐溫爐溫出料溫度出料溫度TC輸入輸入 TC輸出輸出閥關(guān)小閥關(guān)小爐溫爐溫出料溫度出料溫度TTTC反反正正正正正正燃料燃料出料出料過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例2：儲槽液位控制系統(tǒng)：儲槽液位控制系統(tǒng)LTLCM正正正正正正反反出料負(fù)反饋驗

40、證：負(fù)反饋驗證：設(shè)某時刻進料量設(shè)某時刻進料量液位液位LC輸入輸入LC輸出輸出閥開大閥開大出料量出料量液位液位過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.3調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律選擇 確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案時，要根據(jù)對象的特性和工確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案時，要根據(jù)對象的特性和工藝要求，選擇合適的調(diào)節(jié)規(guī)律，使組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)滿藝要求，選擇合適的調(diào)節(jié)規(guī)律，使組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)滿足預(yù)期的品質(zhì)指標(biāo)。足預(yù)期的品質(zhì)指標(biāo)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律，即它的輸出量與輸入量（偏調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律，即它的輸出量與輸入量（偏差值）之間的函數(shù)關(guān)系。差值）之間的函數(shù)關(guān)系。P=f(e)-e-測

41、量值 給定值給定值 測量值調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出信號，推動執(zhí)行機構(gòu)，對生產(chǎn)過程進行調(diào)產(chǎn)生輸出信號，推動執(zhí)行機構(gòu)，對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)。節(jié)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.3.1調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)影響的分析調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)影響的分析 要正確地選擇調(diào)節(jié)規(guī)律，首先必須理解各種調(diào)要正確地選擇調(diào)節(jié)規(guī)律，首先必須理解各種調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響。節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響。最簡單的調(diào)節(jié)規(guī)律是位式調(diào)節(jié)規(guī)律。最簡單的調(diào)節(jié)規(guī)律是位式調(diào)節(jié)規(guī)律。根據(jù)偏差根據(jù)偏差 e 的正、負(fù)，調(diào)節(jié)器輸出只有兩個位的正、負(fù)，調(diào)節(jié)器輸出只有兩個位置：置：

42、0或或100%。0 e100%調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出兩位式調(diào)節(jié)的特性兩位式調(diào)節(jié)的特性位式調(diào)節(jié)下，被控參數(shù)不位式調(diào)節(jié)下，被控參數(shù)不能穩(wěn)定在給定值上。要獲得平能穩(wěn)定在給定值上。要獲得平穩(wěn)的高精度的調(diào)節(jié)，必須采用穩(wěn)的高精度的調(diào)節(jié)，必須采用連續(xù)調(diào)節(jié)規(guī)律。連續(xù)調(diào)節(jié)規(guī)律。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章要使控制過程平穩(wěn)準(zhǔn)確，必須使用輸出值能連要使控制過程平穩(wěn)準(zhǔn)確，必須使用輸出值能連續(xù)變化的調(diào)節(jié)器，采用比例續(xù)變化的調(diào)節(jié)器，采用比例(P)，微分，微分(D)、積分、積分(I)等算法進行調(diào)節(jié)。等算法進行調(diào)節(jié)。6.3.1.1比例（比例（P）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響比例調(diào)節(jié)器輸

43、出變化量比例調(diào)節(jié)器輸出變化量u(t)隨輸入偏差隨輸入偏差e(t)成比成比例關(guān)系：例關(guān)系：U()1G()E()PsssP比例度。比例度。1u(t)e(t)P比例度就是控制器輸入偏差的相對變化值與相應(yīng)的比例度就是控制器輸入偏差的相對變化值與相應(yīng)的輸出相對變化值之比。輸出相對變化值之比。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例 自力式水位比例控制系統(tǒng)自力式水位比例控制系統(tǒng)浮球為水位傳感器，杠桿為控制器，活塞閥為浮球為水位傳感器，杠桿為控制器，活塞閥為執(zhí)行器。如果某時刻執(zhí)行器。如果某時刻Q2加大，造成水位下降，則浮加大，造成水位下降，則浮球帶動活塞提高，使球帶動活塞提高，使Q1加大阻止水位

44、下降。加大阻止水位下降。杠桿杠桿a、b之比例關(guān)系，決定調(diào)節(jié)作用強弱。之比例關(guān)系，決定調(diào)節(jié)作用強弱。eabub1ueeaP 如果如果e=0，則活塞無，則活塞無法提高，法提高，Q1無法加大，調(diào)無法加大，調(diào)節(jié)無法進行。節(jié)無法進行。u過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章比例度的物理意義：比例度的物理意義：比例度比例度P是放大倍數(shù)是放大倍數(shù)KC的倒數(shù)的倒數(shù)，其大小決定比例其大小決定比例控制作用的強弱?？刂谱饔玫膹娙酢越小，控制作用越強、系統(tǒng)調(diào)節(jié)越快、系統(tǒng)穩(wěn)越小，控制作用越強、系統(tǒng)調(diào)節(jié)越快、系統(tǒng)穩(wěn)定性越小。定性越小。P越小，控制余差越小。越小，控制余差越小。1u(t)e(t)Pq比例度比例度

45、P對控制過程的影響對控制過程的影響過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 振蕩逐漸加劇振蕩逐漸加劇PPPPPuuuuu P越小，控制過程曲線越小，控制過程曲線越振蕩，周期縮短。越振蕩，周期縮短。P越大，控制過程曲線越大，控制過程曲線越平穩(wěn)，但控制過程時越平穩(wěn)，但控制過程時間越長，余差也越大。間越長，余差也越大。出現(xiàn)等幅振蕩，這時的出現(xiàn)等幅振蕩，這時的比例度稱為臨界比例度比例度稱為臨界比例度Pmin，振蕩頻率稱為臨，振蕩頻率稱為臨界振蕩頻率界振蕩頻率M過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 q系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能指標(biāo)（又稱可控性指標(biāo)）系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能指標(biāo)（又稱可控性指標(biāo)）調(diào)節(jié)過程的概貌主

46、要由四個品質(zhì)指標(biāo)來衡量：調(diào)節(jié)過程的概貌主要由四個品質(zhì)指標(biāo)來衡量：1.1.衰減率：反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性衰減率：反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性2.2.振蕩頻率：反映調(diào)節(jié)速度振蕩頻率：反映調(diào)節(jié)速度3.3.余差：反映穩(wěn)態(tài)精度余差：反映穩(wěn)態(tài)精度4.4.最大動態(tài)偏差：反映動態(tài)精度最大動態(tài)偏差：反映動態(tài)精度上述指標(biāo)的提高是有限度的，受制于控制系統(tǒng)上述指標(biāo)的提高是有限度的，受制于控制系統(tǒng)的的臨界比例度臨界比例度Pmin 和臨界振蕩頻率和臨界振蕩頻率M而被控對象的特性決定了控制系統(tǒng)而被控對象的特性決定了控制系統(tǒng)Pmin 和和M 的大小。的大小。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章臨界比例度臨界比例度Pmin的倒數(shù)是臨

47、界放大倍數(shù)的倒數(shù)是臨界放大倍數(shù)KmaxKmax與與M的乘積的乘積KmaxM在一定程度上代表了在一定程度上代表了被控過程的控制性能。被控過程的控制性能。KmaxM越大，意味著：越大，意味著：1.控制器放大系數(shù)控制器放大系數(shù)Kc的可選上限越大（的可選上限越大（P的下限的下限越?。?，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。越小），則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。2.控制系統(tǒng)可選的工作頻率控制系統(tǒng)可選的工作頻率c越大，則過渡過程越大，則過渡過程越快。越快。因此，因此，KmaxM作為調(diào)節(jié)性能指標(biāo)，作為調(diào)節(jié)性能指標(biāo)，越大表明系越大表明系統(tǒng)的控制性能越好。統(tǒng)的控制性能越好。可可用于工程上的簡便判斷。用于工程上的簡便判斷。過程控制系統(tǒng)與儀表

48、過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章v 比例控制的特點比例控制的特點q控制及時、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比控制及時、適當(dāng)。只要有偏差，輸出立刻成比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強。例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強。q控制結(jié)果控制結(jié)果存在余差。如果被調(diào)量偏差為零，調(diào)存在余差。如果被調(diào)量偏差為零，調(diào)節(jié)器的輸出也就為零節(jié)器的輸出也就為零 u=e/P即調(diào)節(jié)作用是以偏差存在為前提條件，不可能即調(diào)節(jié)作用是以偏差存在為前提條件，不可能做到無靜差調(diào)節(jié)。做到無靜差調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)不不適合設(shè)定值隨時間變化的情況適合設(shè)定值隨時間變化的情況過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.3.1.2

49、積分（積分（I）調(diào)節(jié)與比例積分（）調(diào)節(jié)與比例積分（PI）調(diào)節(jié)對系）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響統(tǒng)控制質(zhì)量的影響1 積分控制積分控制（I）輸出變化量輸出變化量u與輸入偏差與輸入偏差e的積分成正比的積分成正比001uSttIIedtedtT當(dāng)輸入偏差當(dāng)輸入偏差e是幅值為是幅值為e 的階躍時：的階躍時：01euetIIdttTTTI 積分時間積分時間tu過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章q積分控制可以消除余差。積分控制可以消除余差。v 積分控制的特點積分控制的特點有偏差時，積分輸出隨時間增大（或減小）；有偏差時，積分輸出隨時間增大（或減小）；當(dāng)偏差消失時，輸出保持在某一值上。當(dāng)偏差消失時，

50、輸出保持在某一值上。ee ttuq積分輸出信號是隨時積分輸出信號是隨時間逐漸增強的，控制作用間逐漸增強的，控制作用緩慢，故一般積分作用不緩慢，故一般積分作用不單獨使用。單獨使用。積分調(diào)節(jié)以犧牲動態(tài)品質(zhì)為代積分調(diào)節(jié)以犧牲動態(tài)品質(zhì)為代價換取系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的提高價換取系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的提高過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 2 比例積分控制（比例積分控制（PI）將比例與積分組合起來，這樣既控制及時，又將比例與積分組合起來，這樣既控制及時，又能消除余差，可以用于控制精度要求高的場合能消除余差，可以用于控制精度要求高的場合。若偏差是幅值為若偏差是幅值為e 的階躍干擾的階躍干擾U()11G()(1

51、)()PIssE sT see ttu011u(e)PtIedtTe1u(1)PItT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章積分時間的物理意義：積分時間的物理意義：若偏差是幅值為若偏差是幅值為e的階躍的階躍:當(dāng)當(dāng) t=TI 時時:q積分時間積分時間TI對控制過程的影響對控制過程的影響e e/P2e/PuttTIet0I11u(edt)PTe11ue(1)PItTI2u(T)eP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章1.TI越大，積分作用越越大，積分作用越弱，弱，TI=，積分作用為積分作用為零。零。TI減小，積分作用增減小，積分作用增強，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)強，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定

52、性下降。因此，加積定性下降。因此，加積分后，比例度要適當(dāng)加分后，比例度要適當(dāng)加大。大。2.如果如果T1適當(dāng)，系統(tǒng)能適當(dāng)，系統(tǒng)能很快消除余差。很快消除余差。積分時間積分時間TI 對過渡過程的影響對過渡過程的影響uuuu過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章積分調(diào)節(jié)的缺陷積分調(diào)節(jié)的缺陷積分飽和積分飽和防止積分飽和有以下方法：防止積分飽和有以下方法：(1)對控制器的輸出加以限幅，使其不超過額定的最對控制器的輸出加以限幅，使其不超過額定的最大值或最小值；大值或最小值；(2)限制控制器積分部分的輸出，使之不超出限值；限制控制器積分部分的輸出，使之不超出限值；(3)積分切除法，即在控制器的輸出超

53、過某一限值時，積分切除法，即在控制器的輸出超過某一限值時，將控制器的控制規(guī)律由比例積分自動切換成純比將控制器的控制規(guī)律由比例積分自動切換成純比例控制狀態(tài)。例控制狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 6.3.1.3比例微分（比例微分（PD）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響 對于慣性較大的對象，常常希望能加快控制速度，對于慣性較大的對象，常常希望能加快控制速度，此時可增加微分作用。此時可增加微分作用。式中：式中：TD 微分時間微分時間 偏差變化速度偏差變化速度 理想微分理想微分1 微分控制（微分控制（D）ee ttuuDdeTdtdedt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控

54、制系統(tǒng)與儀表 第第6章章q 微分控制能在偏差出現(xiàn)微分控制能在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，立即根據(jù)變或變化的瞬間，立即根據(jù)變化的趨勢，產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)化的趨勢，產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快地消除于作用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態(tài)之中。萌芽狀態(tài)之中。q當(dāng)偏差存在，但不變化時，微分輸出為零，當(dāng)偏差存在，但不變化時，微分輸出為零，對對靜態(tài)偏差毫無抑制能力。因此不能單獨使用，總要靜態(tài)偏差毫無抑制能力。因此不能單獨使用，總要和比例或比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合起來，組成和比例或比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合起來，組成PD調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器或器或PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。v 微分控制的特點微分控制的特點ee ttu過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系

55、統(tǒng)與儀表 第第6章章2 比例微分控制（比例微分控制（PD）理想的比例微分控制理想的比例微分控制1u()PDdeeTdt1G()(1)PDsT seettutu 理想的微分作用持續(xù)理想的微分作用持續(xù)時間太短，執(zhí)行器來不及時間太短，執(zhí)行器來不及響應(yīng)。一般使用實際的比響應(yīng)。一般使用實際的比例微分作用。例微分作用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章微分時間的物理意義微分時間的物理意義 若偏差是系數(shù)為若偏差是系數(shù)為a的的斜坡信號斜坡信號:當(dāng)當(dāng) t=TD 時時:q微分時間微分時間TD對控制過程的影響對控制過程的影響euttTD2aTD/PaTD/Pa1u()PDdeeTdtDau(tT)PD

56、Dau(T)2TP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章uuutttut TD較小，控制較小，控制速度稍有加快速度稍有加快 TD=0，純比，純比例控制過程例控制過程TD太大，出現(xiàn)太大，出現(xiàn)等幅振蕩等幅振蕩 TD合適，控制合適，控制速度明顯加快速度明顯加快 微分時間微分時間TD 對過渡過程的影響對過渡過程的影響過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章使用微分作用時要注意以下幾點：使用微分作用時要注意以下幾點：(1)微分作用的強弱要適當(dāng)；微分作用的強弱要適當(dāng)；(2)微分作用適用于對象容量滯后較大的控制系統(tǒng)；微分作用適用于對象容量滯后較大的控制系統(tǒng)；(3)對于具有大噪聲對象的控制系

57、統(tǒng)，微分作用會把對于具有大噪聲對象的控制系統(tǒng)，微分作用會把高頻干擾放的很大，反而降低了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)高頻干擾放的很大，反而降低了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量，因此一般不引入微分作用；質(zhì)量，因此一般不引入微分作用；(4)在通常的微分作用中，微分增益大于在通常的微分作用中，微分增益大于1v微分控制的微分控制的優(yōu)點：優(yōu)點：能加快系統(tǒng)的控制速度能加快系統(tǒng)的控制速度。缺點：缺點：偏差存在但不變化時，無控制作用偏差存在但不變化時，無控制作用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章PD調(diào)節(jié)的特點：1、PD調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)；2、PD調(diào)節(jié)具有提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、抑制過渡過程最調(diào)節(jié)具有提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、抑

58、制過渡過程最大動態(tài)偏差的作用；大動態(tài)偏差的作用；3、PD調(diào)節(jié)有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小系統(tǒng)調(diào)節(jié)有利于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小系統(tǒng)靜差靜差PD調(diào)節(jié)的不足：調(diào)節(jié)的不足：1、當(dāng)微分作用太強時容易造成系統(tǒng)震蕩，因此、當(dāng)微分作用太強時容易造成系統(tǒng)震蕩，因此PD調(diào)節(jié)一般以比例調(diào)節(jié)為主，微分調(diào)節(jié)為輔；調(diào)節(jié)一般以比例調(diào)節(jié)為主，微分調(diào)節(jié)為輔；2、PD調(diào)節(jié)抗干擾能力差，只能應(yīng)用于被控變量變調(diào)節(jié)抗干擾能力差，只能應(yīng)用于被控變量變化平穩(wěn)的生產(chǎn)過程。化平穩(wěn)的生產(chǎn)過程。3、微分調(diào)節(jié)對純滯后沒有改善。、微分調(diào)節(jié)對純滯后沒有改善。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章q 將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一將

59、比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起，只要三項作用的強度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)起，只要三項作用的強度配合適當(dāng)，既能快速調(diào)節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。節(jié)，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。11G()(1)PDIsT sT s011u(t)()PtDIdeeedtTTdt)1()(1)(1)(0tTKdtiddeKedtteTtePtu實際實際PID控制的數(shù)字表達(dá)式為控制的數(shù)字表達(dá)式為)()1111(1)(sEsKTsTsTPsGdddi過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章uq 在在PID調(diào)節(jié)中，比調(diào)節(jié)中，比例作用是基礎(chǔ)；微分作例作用是基礎(chǔ)；微分作用可以加快系統(tǒng)控制速用可

60、以加快系統(tǒng)控制速度，減小超調(diào)；積分作度，減小超調(diào)；積分作用可以消除靜差。但不用可以消除靜差。但不是任何對象都是用是任何對象都是用PID 控制最好?？刂谱詈谩＿^程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章對某一對象，用不同控制規(guī)律時階躍干擾過程比較對某一對象，用不同控制規(guī)律時階躍干擾過程比較被控變量被控變量t無控制作用無控制作用PPDPIDPI6.3.1.4 （PID）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響）調(diào)節(jié)對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.3.2調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇1、比例控制（、比例控制（P）適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、適用于控制通道滯后較小、

61、負(fù)荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)，工藝上沒有提出無差要求的系統(tǒng)，2、比例積分控制（、比例積分控制（PI）適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。工藝參數(shù)不允許有余差的系統(tǒng)。3、比例微分控制（、比例微分控制（PD）適用于控制通道滯后較大、負(fù)荷變化較小的適用于控制通道滯后較大、負(fù)荷變化較小的系統(tǒng)。例如加熱較慢的溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。例如加熱較慢的溫度控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章4、比例積分微分控制（、比例積分微分控制（PID）適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制質(zhì)適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控

62、制質(zhì)量要求較高的系統(tǒng)，應(yīng)用最普遍的是溫度控制系統(tǒng)量要求較高的系統(tǒng)，應(yīng)用最普遍的是溫度控制系統(tǒng)與成分控制系統(tǒng)。與成分控制系統(tǒng)。TTTC 也可根據(jù)也可根據(jù)0/T0來選擇調(diào)節(jié)來選擇調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律：器的調(diào)節(jié)規(guī)律：0/T00.2，用，用P或或PI 0.20/T01，用，用PD或或PID 0/T01，用簡單控制系統(tǒng)效，用簡單控制系統(tǒng)效果不好。果不好。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.4 系統(tǒng)的投運系統(tǒng)的投運系統(tǒng)投運系統(tǒng)投運：在單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計、儀表正確選：在單回路控制系統(tǒng)方案設(shè)計、儀表正確選型、安裝調(diào)校就緒后，或者裝置經(jīng)過停車全面檢修之型、安裝調(diào)校就緒后，或者裝置經(jīng)過停車全面檢修

63、之后，再將系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用的過程就稱為系統(tǒng)的投運。后，再將系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用的過程就稱為系統(tǒng)的投運。手動自動切換的一般程序手動自動切換的一般程序一、準(zhǔn)備工作一、準(zhǔn)備工作1、熟悉生產(chǎn)工藝過程、熟悉生產(chǎn)工藝過程2、熟悉控制方案、熟悉控制方案3、全面檢查過程檢測控制儀表、全面檢查過程檢測控制儀表4、進行儀表聯(lián)調(diào)試驗、進行儀表聯(lián)調(diào)試驗過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章二、系統(tǒng)投運二、系統(tǒng)投運1、檢測系統(tǒng)投入運行、檢測系統(tǒng)投入運行2、調(diào)節(jié)閥手動遙控、調(diào)節(jié)閥手動遙控3、調(diào)節(jié)器投運（手動自動）、調(diào)節(jié)器投運（手動自動）當(dāng)系統(tǒng)正確投運、調(diào)節(jié)器參數(shù)繼續(xù)整定后，若其品當(dāng)系統(tǒng)正確投運、調(diào)節(jié)器參數(shù)繼續(xù)整定后

64、，若其品質(zhì)指標(biāo)一直達(dá)不到要求時，有可能是系統(tǒng)設(shè)計問題，質(zhì)指標(biāo)一直達(dá)不到要求時，有可能是系統(tǒng)設(shè)計問題，也可能是儀器儀表功能不合格。此時需將系統(tǒng)由自也可能是儀器儀表功能不合格。此時需將系統(tǒng)由自動切換到手動，再行研究解決。動切換到手動，再行研究解決。系統(tǒng)由自動控制切換到手動操作的程序：系統(tǒng)由自動控制切換到手動操作的程序：1、系統(tǒng)先由自動控制轉(zhuǎn)入手動遙控；、系統(tǒng)先由自動控制轉(zhuǎn)入手動遙控；2、再進行手動操作。、再進行手動操作。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.4 調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法在控制系統(tǒng)設(shè)計或安裝完畢后，被控對象、在控制系統(tǒng)設(shè)計或安裝完畢后，被控對象、

65、測量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定測量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。只能通過控制器參數(shù)的工程了，不能任意改變。只能通過控制器參數(shù)的工程整定，來調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。整定，來調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量?？刂破鲄?shù)的整定控制器參數(shù)的整定，就是按照已定的控制方，就是按照已定的控制方案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體案，求取使控制質(zhì)量最好的控制器參數(shù)值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度來說，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時積分時間間TI，和微分時間和微分時間TD。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)優(yōu) 點

66、點缺缺 點點應(yīng)應(yīng) 用用P靈敏、簡單，只有一靈敏、簡單，只有一個整定參數(shù)；個整定參數(shù)；存在靜差存在靜差負(fù)荷變化不顯著，工藝指標(biāo)要負(fù)荷變化不顯著，工藝指標(biāo)要求不高的對象。求不高的對象。PI能消除靜差，又控制能消除靜差，又控制靈敏靈敏對于滯后較大的對象，對于滯后較大的對象，比例積分調(diào)節(jié)太慢，效比例積分調(diào)節(jié)太慢，效果不好。果不好。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較小、應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較小、負(fù)荷變化不大、精度要求高的負(fù)荷變化不大、精度要求高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如，流量調(diào)節(jié)系調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如，流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。統(tǒng)。PD增進調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定增進調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定度，可調(diào)小比例度，度，可調(diào)小比例度，而加快調(diào)節(jié)過程，減而加快調(diào)節(jié)過程，減小動態(tài)偏差和靜差小動態(tài)偏差和靜差系統(tǒng)對高頻干擾特別敏系統(tǒng)對高頻干擾特別敏感，系統(tǒng)輸出易夾雜高感，系統(tǒng)輸出易夾雜高頻干擾。頻干擾。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大，應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的對象。但調(diào)節(jié)精度要求不高的對象。PID綜合了各類調(diào)節(jié)作用綜合了各類調(diào)節(jié)作用的優(yōu)點，所以有更高的優(yōu)點，所以有更高的調(diào)節(jié)質(zhì)量。的調(diào)節(jié)質(zhì)量。對于滯后很大，負(fù)荷變對于滯后很大，負(fù)荷變化很大的對象，化很