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1、過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.1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 制閥 和 一 個 對 象 所 構(gòu) 成 的 單 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 第 6章 簡 單 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 與 參 數(shù) 整 定 LC206 后 續(xù) 字 母 表 示 儀 表 功 能第 1位 數(shù) 字 表 示 工 段 號后 續(xù) 數(shù) 字 表 示 儀 表 序 號第 1位 字 母 表 示 被 控 參 數(shù) LC LT 儀 表 符 號 標 準 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章控 制 系 統(tǒng) 原 理 方 框 圖給 定

2、值 測 量 變 送 器控 制 器 執(zhí) 行 器 對 象操 作 量 被 控 變 量干 擾 熱 物 料載 熱 介 質(zhì)冷 物 料 熱 交 換 器 TT TC控 制 系 統(tǒng) 工 藝 流 程 圖 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.2簡 單 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計1. 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 為安 全 性 、 穩(wěn) 定 性 和 經(jīng) 濟 性 三 個 方 面 。 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 包 括 控 制 系 統(tǒng) 方 案 設(shè) 計

3、 、 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 等四 個 主 要 內(nèi) 容 。 其 中 控 制 方 案 設(shè) 計 是 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 的 核 心 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章3. 過 程 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 的 步 驟1） 掌 握 生 產(chǎn) 工 藝 對 控 制 系 統(tǒng) 的 技 術(shù) 要 求2） 建 立 被 控 過 程 的 數(shù) 學 模 型3） 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 過 程控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 的 關(guān) 鍵 步 驟 。 4） 控 制 設(shè) 備 選 型 5） 實

4、 驗 （ 或 仿 真 ） 驗 證 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.2.2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 變 量 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 ） 的 變 量 。合 理 選 擇 被 控 變 量 ， 關(guān) 系 到 生 產(chǎn) 工 藝 能 否 達到 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) ：1、 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

5、控 變 量 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 1 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)就 應 以 儲 槽 液 位 為 被 控 變 量 。 LC LTh 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 2 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 系統(tǒng) 就 應 以 出 口 溫 度 為 被 控 變 量 。 熱 物 料載 熱 介 質(zhì)冷 物 料 熱 交 換 器 TT TC 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章2、 當 不 能 用 直

6、接 工 藝 參 數(shù) 作 為 被 控 變 量 時 ，應 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 。例 3 化 工 的 精 餾 物 純度 控 制 系 統(tǒng)精 餾 工 藝 是 利 用 被 分離 物 中 各 組 分 的 揮 發(fā) 溫 度不 同 ， 將 各 組 分 分 離 。如 圖 將 苯 甲 苯 混 合液 進 行 分 離 。 苯 甲 苯 苯 甲 苯 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 該 精 餾 塔 的 工 藝要 求 是 要 使 塔 頂 （ 或 塔底 ） 餾 出 物 達 到 規(guī) 定 的純 度 。 按 照 被 控 變 量 的

7、選 擇 原 則 1， 塔 頂 （ 或塔 底 ） 餾 出 物 的 組 分 應作 為 被 控 變 量 。但 是 ， 沒 有 合 適的 儀 表 在 線 檢 測 餾 出 物的 純 度 ， 則 不 能 直 接 作為 被 控 變 量 。苯甲 苯 苯 甲 苯 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 只 好 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 行間 接 參 數(shù) 控 制 。經(jīng) 工 藝 分 析 發(fā) 現(xiàn) ，塔 內(nèi) 壓 力 和 塔 內(nèi) 溫 度 都對 餾 出 物 純 度 有 影 響 。需 要 對 二 者 進 行 比

8、較 試驗 ， 選 出 一 個 合 適 的 變量 。苯甲 苯 苯 甲 苯 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章間 接 控 制 參 數(shù) 的 確 定經(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 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 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章3、 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 。4、 選 擇 被 控 變 量 時 ， 必

9、 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 。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 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.2.2.2控 制 變 量 選 擇把 用 來 克

10、服 干 擾 對 被 控 變 量 的 影 響 ， 實 現(xiàn) 控 制作 用 的 變 量 稱 為 控 制 變 量 或 操 縱 變 量 。 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 的 。 LC LT h 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章控 制 變 量 的 確 定被 控 變 量 選 定 以 后 ， 應 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 是可 控 的 ， 有 些 是 不 可 控 的 。q 在 諸 多 影 響 被 控 變 量 的 因 素

11、 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 ；q 其 它 未 被 選 中 的 因 素 則 視 為 系 統(tǒng) 的 干 擾 。被 控 變 量影 響 變 量 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章對 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 響如 圖 所 示 為 單 回 路 控 制 系 統(tǒng) 的 等 效 框 圖 。 G c(s) Gf(s) Go(s)X(s) Y(s) F(s) 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 11sT K)s(

12、G K)s(G sT K)s(G f ff cc o oo 11sT K)s(G K)s(G sT K)s(G f ff cc o oo 1sT Ks) f ff G c(s) 控 制 器 的 傳 遞 函 數(shù) ；G o(s) 廣 義 控 制 通 道 （ 包 括 執(zhí) 行 器 和 變 送 器 ） 的 傳 遞 函 數(shù) ；G f(s) 擾 動 通 道 的 傳 遞 函 數(shù) 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 被 控 參 數(shù) y(t)受 到 設(shè) 定 信 號 x(t)和 干 擾 信 號 f(t)的共 同 影 響 ： 0 0 0 ( )( ) ( )( ) X( ) ( )1 ( ) ( ) 1

13、 ( ) ( )fc c cG sG s G sY s s F sG s G s G s G s 干 擾 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 第 6章代 入 系 統(tǒng) 偏 差 公 式 中 ： )()()( sYsXsE 將 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 G c(s)、 Go(s)、 Gf(s)代 入 ： 11sT K)s(G K)s(G sT K)s(G f ff cc o oo )()()()()(1 )()()()(1 1)( sE

14、sEsFsGsG sGsXsGsGsE fxoc foc +=+= 11sT K)s(G K)s(G sT K)s(G f ff cc o oo 0 0 0 ( )( ) ( )( ) X( ) ( )1 ( ) ( ) 1 ( ) ( )fc c cG sG s G sY s s F sG s G s G s G s 1sT K(s)G f ff 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 )()1( 1)()()(1 1)( sXKKsT sTsXsGsGsE coo oocx + +=+= )()1()1)(1( )1()()()(1 )()( sFsTKKsTsT sTKsFsGsG

15、 sGsE fcofo ofocff + +=+= 在 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 的 條 件 下 ， 當 t時 ， 設(shè) 定 值 x(t)和 干擾 f(t)對 系 統(tǒng) 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 e()的 影 響 如 下 ： （ 1） 當 f(t)=0， x(t)作 單 位 階 躍 變 化 時 : s1KK1)s(T 1sT(s)EE(s) c00 0 x 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 c0 c00 0KK sKK1)s(T sTs sE(s)e(t)( 1 1 11lim limlime 0s 0stv K0越 大 ， 控 制 作 用 越 強 ， 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 越 小 ；v K 0越 大 ， 被

16、調(diào) 參 數(shù) 對 控 制 作 用 的 反 應 越 靈 敏 ，控 制 精 度 越 高 ， 但 系 統(tǒng) 的 閉 環(huán) 穩(wěn) 定 性 越 低 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 （ 2） 當 x(t)=0， f (t)作 單 位 階 躍 擾 動 時 : ssTKKsTsT sTKsEsE fc0f0 0ff 1)1()1)(1( )1()()( c0f fc0f0 0f fKKK ssTKKsTsT sTKs ssEte)( 1 1)1()1)(1( )1(lim )(lim)(lime 0s 0st 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章v 干 擾 通 道 的 靜 態(tài) 放 大 系 數(shù)

17、 Kf越 大 ， 干 擾 作 用 越強 ， 穩(wěn) 態(tài) 誤 差 越 大 ； 反 之 ， Kf越 小 ， 干 擾 作 用 越 弱 ，對 被 控 參 數(shù) 的 影 響 越 小 。故 應 選 放 大 系 數(shù) 大 的 變 量 作 為 控 制 變 量 。 2 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 1） 干 擾 通 道 時 間 常 數(shù) T f對 控 制 品 質(zhì) 的 影 響 干 擾 f(t)對 被 控 變 量 yf(t)的 影 響 可 用 下 面 的 傳 遞 函數(shù) 表 示 ： 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀

18、 表 第 6章 f ( ) ( 1)Y(s) ( ) ( )1 ( ) ( ) ( 1)( 1) ( 1)f f oc o o f o c fG s K T sF s F sG s G s T s T s K K T s 如 果 干 擾 通 道 為 單 容 過 程 ， 其 傳 遞 函 數(shù) 為 ：1)( sTKsG f ff )()(1 11)()(1)s( )( sGsGT1sTKsGsG GF sY ocfffoc ff 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章干 擾 通 道 的 慣 性 因 子 （ Tf s+1） 使 干 擾 作 用 的影 響 緩 慢 。Tf 越 大 ， 干 擾 對 被

19、 控 變 量 的 影 響 越 緩 慢 ， 越 有利 于 控 制 。 )()(1 11)()(1)s( )( sGsGT1sTKsGsG GF sY ocfffoc ff 2） 干 擾 通 道 純 滯 后 f對 控 制 品 質(zhì) 的 影 響v 干 擾 通 道 純 滯 后 f不 影 響 控 制 質(zhì) 量 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 因 為 ， f 使 干 擾 對 被控 變 量 的 影 響 推 遲 了 f 時 間 ，則 控 制 作 用 也 推 遲 f 時 間 ，整 個 過 渡 過 程 曲 線 也 推 遲時 間 f ， 但 控 制 品 質(zhì) 未 變 。f ( ) ( 1)Y(s) (

20、) ( )1 ( ) ( ) ( 1)( 1) ( 1)f f oc o o f o c fG s K T sF s F sG s G s T s T s K K T s 含 有 e f s 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章干 擾 進 入 系 統(tǒng) 的 位 置 離 被 控 變 量 檢 測 點 越 遠 ，則 Tf 越 大 ， 控 制 時 最 大 偏 差 越 小 。3） 干 擾 進 入 控 制 通 道 的 位 置 對 控 制 品 質(zhì) 的 影 響例 ： 某 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 干 擾 f1、 f2、 f3分 別 在 三 個位 置 進 入 系 統(tǒng) 。 干 擾 離 被 控 變 量 檢 測

21、點 越 遠 ， 則 干擾 通 道 的 時 間 常 數(shù) 越 大 ， 對 被 控 變 量 的 影 響 越 慢 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章01 02 03f 30G (s)G (s)G (s)Y ( ) ( )1 ( ) ( )cs F sG s G s 02 01 012 10 0G ( )G (s) ( )( ) ( )1 ( ) ( ) 1 ( ) ( )c cs G sF s F sG s G s G s G s f1(t)通 道 慣 性 小 ， 受 干 擾 后 被 調(diào) 參 數(shù) 變 化 速 度快 ； 當 控 制 作 用 見 效 時 ， 被 調(diào) 參 數(shù) 已 經(jīng) 變 化 較

22、 大 ，造 成 動 態(tài) 偏 差 較 大 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 所 以 擾 動 進 入 系 統(tǒng) 的 位 置 離 被 控 參 數(shù) 檢 測 點 越 遠 ，干 擾 對 被 控 參 數(shù) 影 響 越 小 。 y(t) yk(t) tyy k(t)y y(t) tyk(t)y y(t) t 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 （ 2） 控 制 通 道 動 態(tài) 特 性 對 控 制 品 質(zhì) 的 影 響 tG C GV GO2GFGm fr e GO1 y v 控 制 通 道 G 01的 時 間 常數(shù) T01增 大 ， 使 控 制 速 度 變慢 ， 最 大 偏 差 增 大 。

23、v G 02是 控 制 、 干 擾 共 用通 道 ， T02不 影 響 最 大 偏 差 y2(t)yk(t)y y1(t) 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 y2(t)yk(t) ty y1(t) 01v 控 制 通 道 G 01的 純 滯 后 ，使 控 制 作 用 滯 后 01到 達 ， 造成 控 制 偏 差 增 大 。v G 02是 控 制 、 干 擾 共 用 通 道 ， 干 擾 作 用 滯 后 02產(chǎn) 生 ， 但 控制 作 用 再 滯 后 02到 達 ， 同 樣 造成 控 制 偏 差 增 大 。 y 2(t)yk(t) ty y1(t)2 02 02GC GV GO2GFGm

24、 fr e GO1 y 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 因 此 ， 控 制 通 道 時 間 常 數(shù) T0 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 。 控 制 通 道 純 滯 后 0越 小 越 好 。 0會 使 控 制 時 間延 長 、 最 大 偏 差 增 大 。 控 制 變 量 的 選 擇 原 則 ： 1、 控 制 通 道 應 當 放 大 系 數(shù) 大 、 時 間 常 數(shù) 小 、 純滯 后 越 小 越 好 。 2、 控 制 變 量 應 是 工 藝 上 允 許 控 制 的 變 量 ， 并 且要 考 慮 工 藝 的 合

25、理 性 與 生 產(chǎn) 的 經(jīng) 濟 性 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 1中 ， 影 響 儲 槽 液 位 的 主 要 因 素 有 ： 液 體 流入 量 和 。 這 兩 個 變 量 影 響 力 相 當 ， 顯 然 ， 液 體 流 出量 可 控 。 故 選 液 體 流 出 量 作 為 控 制 變 量 。 LC TThQi Q o 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 2中 ， 影 響 出 口 溫 度 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 量等 。 顯 然 ， 載 熱 介 質(zhì) 流 量 影 響

26、 力 最 大 且 可 控 。 故 選載 熱 介 質(zhì) 流 量 作 為 控 制 變 量 。 熱 物 料載 熱 介 質(zhì)冷 物 料 熱 交 換 器 TT TCQrQiTi Tr 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 3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 T靈 的 因素 主 要 有 ： TT進 料 的 流 量 （ Q入 ） 、進 料 的 成 分 （ x入 ） 、進 料 的 溫 度 （ T入 ） ，回 流 的 流 量 （ Q回 ） 、回 流 的 溫 度 （ T回 ） ，加 熱 蒸 汽 流

27、 量 （ Q蒸 ） 、冷 凝 器 冷 卻 溫 度 等 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 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 其 它 基 本 為 不 可 控 因 素 TT 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章1、 蒸 汽 流 量 對 提 餾段 溫 度 影 響 比 回 流 量對 提 餾 段 溫 度 影 響 更迅 速 、 更 顯 著 。2、 從 節(jié) 能 角 度 來 講 ，控 制 蒸 汽 流 量 比 控 制回 流 量 消 耗 的 能 量 要小 。 在 兩 個 可 控 因 素 中 ，

28、選 蒸 汽 流 量 為 操 縱 變 量 。因 為 ： TT 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.2.3檢 測 環(huán) 節(jié) 、 執(zhí) 行 器 及 調(diào) 節(jié) 器 正 負 作 用 選 擇 6.2.3.1傳 感 器 、 變 送 器 選 擇1 按 照 生 產(chǎn) 過 程 的 工 藝 要 求 ， 首 先 確 定 傳 感 器 與 變送 器 合 適 的 測 量 范 圍 （ 量 程 ） 與 精 度 等 級 。2 測 量 儀 表 反 應 慢 ， 會 造 成 測 量 失 真 。 應 盡 可 能 選擇 時 間 常 數(shù) 小 的 傳 感 器 、 變 送 器 。 O t O tTmTm x(t) y(t)x(t)y(t)

29、過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章3 合 理 選 擇 檢 測 點 ， 避 免 測 量 造 成 對 象 純 滯 后 0圖 6.15 pH 值 控 制 系 統(tǒng) 圖 pH T LT LC pH C中 和 槽貯 酸 槽 l 04 測 量 信 號 的 處 理 測 量 信 號 的 校 正 與 補 償 、 測 量 噪 聲 的 抑 制 、 測量 信 號 的 線 性 化 處 理 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 6.2.3.2執(zhí) 行 器 的 選 擇 1 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 在 15% 85%區(qū)間 。 據(jù) 此 原 則

30、 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 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 按 控 制 信 號 中 斷 時 ， 保 證 生 產(chǎn) 設(shè) 備 安 全 的 原 則確 定 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.2.3.3 調(diào) 節(jié) 器 正 反 作 用 的 選 擇負 反 饋 控 制 系 統(tǒng) 的 控 制 作 用 對 被 控 變 量 的 影 響應 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 到 給 定 值

31、 。 為 了 保 證 負 反 饋 ， 必 須 正 確選 擇 調(diào) 節(jié) 器 的 正 反 作 用 。給 定 值 測 量 變 送 器控 制 器 執(zhí) 行 器 對 象操 作 量 被 控 變 量干 擾 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章為 了 說 明 選 擇 方 法 ， 先 定 義 作 用 方 向 ：當 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 “ 正 作 用 ” ； 反 之 ， 稱 為 “ 反 作 用 ” 。按 此 定 義 ：q 變 送 器 都 是 正 作 用q 氣 開 閥 是 正 作 用 ， 氣 關(guān) 閥 是 反 作 用q 被 控 對 象 有 的

32、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 ：正 作 用 ： 測 量 值 給 定 值反 作 用 ： 給 定 值 測 量 值 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章控 制 系 統(tǒng) 中 ， 各 個 環(huán) 節(jié) 的 作 用 方 向 組 合 不 當?shù)?話 ， 會 使 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 正 反 饋 ， 不 但 不 能 起 控 制 作 用 ，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 控制 系 統(tǒng) 負 反 饋 ， 調(diào) 節(jié) 器 必 須 有 正 、 反

33、作 用 之 調(diào) 整 。偏 差 控 制 器 執(zhí) 行 器 對 象變 送 器給 定 值 被 調(diào) 參 數(shù)干 擾 測量值 正 作 用反 作 用 正 作 用正 作 用 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 調(diào) 節(jié) 器 正 反 作 用 的 確 定 原則 ： 保 證 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 負 反 饋 簡 單 的 判 定 方 法 ： 閉 合 回路 中 有 奇 數(shù) 個 反 作 用 環(huán) 節(jié) 。偏 差 控 制 器 執(zhí) 行 器 對 象變 送 器給 定 值 被 調(diào) 參 數(shù)干 擾 測量值 反 作 用正 作 用 正 作 用正 作 用 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 1： 加 熱 爐 出 口 溫 度 控 制

34、系 統(tǒng)負 反 饋 驗 證 ：設(shè) 某 時 刻 燃 料 壓 力 燃 料 流 量 爐 溫 出 料 溫 度 TC輸 入 TC輸 出 閥 關(guān) 小 爐 溫 出 料 溫 度 TT TC 反正正正 燃 料出 料 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 2： 儲 槽 液 位 控 制 系 統(tǒng)LT LC M正正 正反 出 料負 反 饋 驗 證 ：設(shè) 某 時 刻 進 料 量 液 位 LC輸 入 LC輸 出 閥 開 大 出 料 量 液 位 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6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 確 定 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 的 方 案 時 ， 要

35、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) 滿足 預 期 的 品 質(zhì) 指 標 。 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 。P = f ( e ) -e -測 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) 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.3.1調(diào) 節(jié) 規(guī) 律

36、 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)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 。根 據(jù) 偏 差 e 的 正 、 負 ， 調(diào) 節(jié) 器 輸 出 只 有 兩 個 位置 ： 0或 100%。 0 e100% 調(diào) 節(jié) 器 輸 出兩 位 式 調(diào) 節(jié) 的 特 性位 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 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表

37、第 6章要 使 控 制 過 程 平 穩(wěn) 準 確 ， 必 須 使 用 輸 出 值 能 連續(xù) 變 化 的 調(diào) 節(jié) 器 ， 采 用 比 例 ， 微 分 、 積 分 等 算 法 進行 調(diào) 節(jié) 。6.3.1.1比 例 （ P） 調(diào) 節(jié) 對 系 統(tǒng) 控 制 品 質(zhì) 的 影 響比 例 調(diào) 節(jié) 器 輸 出 變 化 u (t) 隨 輸 入 偏 差 e (t)成 比例 關(guān) 系 ： U( ) 1G( ) E( ) Pss s P比 例 度 。 1u(t) e(t)P 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章例 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

38、， 活 塞 閥 為執(zhí) 行 器 。 如 果 某 時 刻 Q2加 大 ， 造 成 水 位 下 降 ， 則 浮球 帶 動 活 塞 提 高 ， 使 Q1加 大 阻 止 水 位 下 降 。杠 桿 a、 b之 比 例 關(guān) 系 ， 決 定 調(diào) 節(jié) 作 用 強 弱 。uab e a 1u e eb P 如 果 e = 0， 則 活 塞 無法 提 高 ， Q 1無 法 加 大 ， 調(diào)節(jié) 無 法 進 行 。u 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章比 例 帶 的 物 理 意 義 ：比 例 帶 P是 放 大 倍 數(shù) KC的 倒 數(shù) ， 其 大 小 決 定 比 例控 制 作 用 的 強 弱 。P越 小 ， 控

39、制 作 用 越 強 、 系 統(tǒng) 調(diào) 節(jié) 越 快 、 系 統(tǒng) 穩(wěn)定 性 越 小 。P越 小 ， 控 制 余 差 越 小 。1u(t) e(t)Pq 比 例 帶 P對 控 制 過 程 的 影 響 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 振蕩逐漸加劇PPP PPuuuuu P越 小 ， 控 制 過 程 曲 線越 振 蕩 ， 周 期 縮 短 。 P越 大 ， 控 制 過 程 曲 線越 平 穩(wěn) ， 但 控 制 過 程 時間 越 長 ， 余 差 也 越 大 。出 現(xiàn) 等 幅 振 蕩 ， 這 時 的比 例 度 稱 為 臨 界 比 例 度Pmin ， 振 蕩 頻 率 稱 為 臨界 振 蕩 頻 率 M 過

40、 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 q 系 統(tǒng) 調(diào) 節(jié) 性 能 指 標 （ 又 稱 可 控 性 指 標 ）調(diào) 節(jié) 過 程 的 概 貌 主 要 由 四 個 品 質(zhì) 指 標 來 衡 量 ： 1. 衰 減 率 ： 反 映 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性2. 振 蕩 頻 率 ： 反 映 調(diào) 節(jié) 速 度3. 余 差 ： 反 映 穩(wěn) 態(tài) 精 度4. 最 大 動 態(tài) 偏 差 ： 反 映 動 態(tài) 精 度上 述 指 標 的 提 高 是 有 限 度 的 ， 受 制 于 控 制 系 統(tǒng)的 臨 界 比 例 度 P min 和 臨 界 振 蕩 頻 率 M而 被 控 對 象 的 特 性 決 定 了 控 制 系 統(tǒng) Pmi

41、n 和 M 的 大 小 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章臨 界 比 例 度 Pmin的 倒 數(shù) 是 臨 界 放 大 倍 數(shù) KmaxKmax與 M的 乘 積 KmaxM在 一 定 程 度 上 代 表 了被 控 過 程 的 控 制 性 能 。 KmaxM越 大 ， 意 味 著 ：1. 控 制 器 放 大 系 數(shù) Kc的 可 選 上 限 越 大 （ P的 下 限越 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 c越 大 ， 則 過 渡 過 程越 快 。因 此 ， K maxM作 為 調(diào) 節(jié) 性 能 指 標 ， 越 大 表 明 系

42、統(tǒng) 的 控 制 性 能 越 好 。 可 用 于 工 程 上 的 簡 便 判 斷 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章v 比 例 控 制 的 特 點q 控 制 及 時 、 適 當 。 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 。q 控 制 結(jié) 果 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 u = e/P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) 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第

43、6章6.3.1.2積 分 （ I） 調(diào) 節(jié) 與 比 例 積 分 （ PI） 調(diào) 節(jié) 對 系統(tǒng) 控 制 質(zhì) 量 的 影 響1 積 分 控 制 （ I）輸 出 變 化 量 p與 輸 入 偏 差 e的 積 分 成 正 比 0 01u S t tI Iedt edtT 當 輸 入 偏 差 e是 幅 值 為 e 的 階 躍 時 ：01 eu etI Idt tT T TI 積 分 時 間 tu 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 2 比 例 積 分 控 制 （ PI） 將 比 例 與 積 分 組 合 起 來 ， 這 樣 既 控 制 及 時 ， 又能 消 除 余 差 ， 可 以 用 于 控 制

44、精 度 要 求 高 的 場 合 。若 偏 差 是 幅 值 為 e 的 階 躍 干 擾 e 1u (1 )P I tT U( ) 1 1G( ) (1 )( ) P Iss E s T s ee ttu01 1u (e )P tI edtT 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章積 分 時 間 的 物 理 意 義 ： t0I1 1u ( edt)P Te 1 1u e(1 )P I tT 若 偏 差 是 幅 值 為 e的 階 躍 :當 t = TI 時 : I 2u(T) eP q 積 分 時 間 TI對 控 制 過 程 的 影 響e e/P2e/Pu ttTIe 過 程 控 制 系 統(tǒng)

45、與 儀 表 第 6章 1. TI越 大 ， 積 分 作 用越 弱 ， TI = ， 積 分 作用 為 零 。 TI減 小 ， 積 分作 用 增 強 ， 系 統(tǒng) 振 蕩 加劇 ， 穩(wěn) 定 性 下 降 。 因 此 ，加 積 分 后 ， 比 例 帶 要 適當 加 大 。2. 如 果 T 1適 當 ， 系 統(tǒng)能 很 快 消 除 余 差 。 積 分 時 間 TI 對 過 渡 過 程 的 影 響uuuu 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章q 積 分 控 制 可 以 消 除 余 差 。v 積 分 控 制 的 特 點有 偏 差 時 ， 積 分 輸 出 隨 時 間 增 大 （ 或 減 小 ） ；當 偏

46、 差 消 失 時 ， 輸 出 保 持 在 某 一 值 上 。ee t tuq 積 分 輸 出 信 號 是 隨 時間 逐 漸 增 強 的 ， 控 制 作 用緩 慢 ， 故 一 般 積 分 作 用 不單 獨 使 用 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章 6.3.1.3比 例 微 分 （ PD） 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 ，此 時 可 增 加 微 分 作 用 。u D deT dt式 中 ： TD 微 分 時 間 dtde 偏 差 變 化 速 度 理 想 微 分1 微 分 控 制 （

47、 D） ee ttu 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章q 微 分 控 制 能 在 偏 差 出 現(xiàn)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)作 用 ， 使 偏 差 盡 快 地 消 除 于萌 芽 狀 態(tài) 之 中 。q 當 偏 差 存 在 ， 但 不 變 化 時 ， 微 分 輸 出 為 零 ， 對靜 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 PD調(diào) 節(jié)器 或 PID調(diào) 節(jié) 器 。v 微 分 控 制 的 特 點 ee ttu

48、過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章2 比 例 微 分 控 制 （ PD） 理 想 的 比 例 微 分 控 制1u ( )P D dee T dt 1G( ) (1 )P Ds T s ee t tu tu 理 想 的 微 分 作 用 持 續(xù)時 間 太 短 ， 執(zhí) 行 器 來 不 及響 應 。 一 般 使 用 實 際 的 比例 微 分 作 用 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章微 分 時 間 的 物 理 意 義 1u ( )P D dee T dt Dau (t T )P 若 偏 差 是 系 數(shù) 為 a的斜 坡 信 號 :當 t = TD 時 : q 微 分 時 間 TD

49、對 控 制 過 程 的 影 響 D Dau(T ) 2TP eu ttT D2aTD/PaTD/P a 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章uuu tttu t TD較 小 ， 控 制速 度 稍 有 加 快 TD=0， 純 比例 控 制 過 程TD太 大 ， 出 現(xiàn)等 幅 振 蕩 TD合 適 ， 控 制速 度 明 顯 加 快 微 分 時 間 TD 對 過 渡 過 程 的 影 響 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章v 微 分 控 制 的 優(yōu) 點 ： 能 加 快 系 統(tǒng) 的 控 制 速 度 。缺 點 ： 偏 差 存 在 但 不 變 化 時 ， 無 控 制 作 用 。q 將 比 例

50、 、 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 ， 既 能 快 速 調(diào) 節(jié) ，又 能 消 除 余 差 ， 可 得 到 滿 意 的 控 制 效 果 。 01 1u(t) ( )P t DI dee edt TT dt 1 1G( ) (1 )P DIs T sT s 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章uq 在 PID調(diào) 節(jié) 中 ，比 例 作 用 是 基 礎(chǔ) ； 微分 作 用 可 以 加 快 系 統(tǒng)控 制 速 度 ， 減 小 超 調(diào) ；積 分 作 用 可 以 消 除 靜差 。 但 不 是 任 何 對 象都 是 用

51、 PID 控 制 最 好 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章對 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 t無 控 制 作 用P PD PIDPI6.3.1.4 （ PID） 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 第 6章6.3.2調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 的 選 擇1、 比 例 控 制 （ P）適 用 于 控 制 通 道 滯 后 較 小 、 負 荷 變 化 不 大 、工 藝 上 沒 有 提 出 無 差 要 求 的 系 統(tǒng) ，2、 比 例 積 分 控 制 （ PI）適 用 于 控 制 通 道 滯

52、 后 較 小 、 負 荷 變 化 不 大 、工 藝 參 數(shù) 不 允 許 有 余 差 的 系 統(tǒng) 。3、 比 例 微 分 控 制 （ PD）適 用 于 控 制 通 道 滯 后 較 大 的 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 第 6章4、 比 例 積 分 微 分 控 制 （ PID）適 用 于 容 量 滯 后 較 大 、 負 荷 變 化 大 、 控 制 質(zhì)量 要 求 較 高 的 系 統(tǒng) ， 應 用 最 普 遍 的 是 溫 度 控 制 系 統(tǒng)與 成 分 控 制 系 統(tǒng) 。 TT TC 也 可 根 據(jù) 0/T0來 選 擇 調(diào) 節(jié)器 的

53、調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 ： 0/T0 0.2， 用 P或 PI 0.2 0/T0 1. 0， 用 PD或PID 0/T0 1. 0， 用 簡 單 控 制 系統(tǒng) 效 果 不 好 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 優(yōu) 點 缺 點 應 用P 靈 敏 、 簡 單 ， 只 有 一個 整 定 參 數(shù) ； 存 在 靜 差 負 荷 變 化 不 顯 著 ， 工 藝 指 標要 求 不 高 的 對 象 。PI 能 消 除 靜 差 ， 又 控 制靈 敏 對 于 滯 后 較 大 的 對 象 ，比 例 積 分 調(diào) 節(jié) 太 慢 ， 效果 不 好 。 應 用 于 調(diào) 節(jié) 通 道 容 量 滯 后 較小 、

54、 負 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 統(tǒng) 。PD 增 進 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定度 ， 可 調(diào) 小 比 例 度 ， 而 加 快 調(diào) 節(jié) 過 程 ， 減小 動 態(tài) 偏 差 和 靜 差 系 統(tǒng) 對 高 頻 干 擾 特 別 敏感 ， 系 統(tǒng) 輸 出 易 夾 雜 高頻 干 擾 。 應 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 。PID 綜 合 了 各 類 調(diào) 節(jié) 作 用的 優(yōu) 點 ， 所 以 有 更 高的 調(diào) 節(jié) 質(zhì) 量 。 對 于 滯 后 很 大 ， 負 荷 變化 很 大 的 對

55、 象 ， PID調(diào)節(jié) 也 無 法 滿 足 要 求 ， 應設(shè) 計 復 雜 調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 應 用 于 調(diào) 節(jié) 通 道 容 量 滯 后 較大 、 負 荷 變 化 較 大 、 精 度 要求 高 的 對 象 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.4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 、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 程整 定 ， 來 調(diào) 整 控 制 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性 和 控

56、 制 質(zhì) 量 ?？?制 器 參 數(shù) 的 整 定 ， 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 體來 說 ， 就 是 確 定 最 合 適 的 控 制 器 比 例 度 P、 積 分 時間 T I， 和 微 分 時 間 TD。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章控 制 器 參 數(shù) 整 定 的 方 法 很 多 ， 主 要 有 兩 大 類 ，一 類 是 理 論 計 算 的 方 法 ， 另 一 類 是 工 程 整 定 法 。q 理 論 計 算 的 方 法 是 根 據(jù) 已 知 的 各 環(huán) 節(jié) 特 性 及 控制 質(zhì) 量 的

57、要 求 ， 通 過 理 論 計 算 出 控 制 器 的 最 佳 參 數(shù) 。這 種 方 法 由 于 比 較 繁 瑣 、 工 作 量 大 ， 計 算 結(jié) 果 有 時與 實 際 情 況 不 甚 符 合 ， 故 在 工 程 實 踐 中 長 期 沒 有 得到 推 廣 和 應 用 。q 工 程 整 定 法 是 在 已 經(jīng) 投 運 的 實 際 控 制 系 統(tǒng) 中 ，通 過 試 驗 或 探 索 ， 來 確 定 控 制 器 的 最 佳 參 數(shù) 。 這 種方 法 是 工 藝 技 術(shù) 人 員 在 現(xiàn) 場 經(jīng) 常 使 用 的 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.4.1穩(wěn) 定 邊 界 法 （ 臨 界 比

58、 例 度 法 ） 屬 于 閉 環(huán) 整 定 方 法 ， 根 據(jù) 純 比 例 控 制 系 統(tǒng) 臨 界振 蕩 試 驗 所 得 數(shù) 據(jù) （ 臨 界 比 例 度 Pm和 振 蕩 周 期 Tm） ，按 經(jīng) 驗 公 式 求 出 調(diào) 節(jié) 器 的 整 定 參 數(shù) 。（ 1） 置 調(diào) 節(jié) 器 Ti ， Td=0， 比 例 度 P 較大 值 ， 將 系 統(tǒng) 投 入 運 行 。（ 2） 逐 漸 減 小 P ， 加干 擾 觀 察 ， 直 到 出 現(xiàn) 等 幅 減振 蕩 為 止 。 記 錄 此 時 的 臨 界值 P m和 Tm。 y(t) Tm 系 統(tǒng) 臨 界 振 蕩 曲 線 t 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6

59、章v 經(jīng) 驗 公 式 雖 然 是 在 實 驗 基 礎(chǔ) 上 歸 納 出 來 的 ， 但它 有 一 定 的 理 論 依 據(jù) 。 就 以 表 中 PI調(diào) 節(jié) 器 整 定 數(shù) 值為 例 ， 可 以 看 出 PI調(diào) 節(jié) 器 的 比 例 度 較 純 比 例 調(diào) 節(jié) 時增 大 ， 這 是 因 為 積 分 作 用 產(chǎn) 生 一 滯 后 相 位 ， 降 低 了系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 度 的 緣 故 。根 據(jù) Pm和 Tm，按 經(jīng) 驗 公 式 計算 出 控 制 器 的參 數(shù) 整 定 值 。 整 定 參 數(shù)調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 P（ %） Ti Td P 2Pm PI 2.2Pm 0.85 Tm PID 1.7Pm 0.50

60、Tm 0.125 Tm 表 6.1 穩(wěn) 定 邊 界 法 整 定 參 數(shù) 計 算 表 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章q 穩(wěn) 定 邊 界 方 法 在 下 面 兩 種 情 況 下 不 宜 采 用 ： 臨 界 比 例 度 過 小 時 ， 調(diào) 節(jié) 閥 容 易 游 移 于 全 開 或全 關(guān) 位 置 ， 對 生 產(chǎn) 工 藝 不 利 或 不 容 許 。 例 如 ， 一 個用 燃 料 油 加 熱 的 爐 子 ， 如 果 閥 門 發(fā) 生 全 關(guān) 狀 態(tài) 就 要熄 火 。 工 藝 上 的 約 束 條 件 嚴 格 時 ， 等 幅 振 蕩 將 影 響 生產(chǎn) 的 安 全 。 6.4.2衰 減 曲 線 法 也

61、 屬 于 閉 環(huán) 整 定 方 法 ， 但 不 需 要 尋 找 等 幅 振 蕩狀 態(tài) ， 只 需 尋 找 最 佳 衰 減 振 蕩 狀 態(tài) 即 可 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章方 法 ：（ 1） 把 調(diào) 節(jié) 器 設(shè) 成 比 例 作 用 （ Ti= ， Td=0） ，置 于 較 大 比 例 度 ， 投 入 自 動 運 行 。（ 2） 在 穩(wěn) 定 狀 態(tài) 下 ， 階 躍 改 變 給 定 值 （ 通 常 以5%左 右 為 宜 ） ， 觀 察 調(diào) 節(jié) 過 程 曲 線 。（ 3） 適 當 改 變 比 例 度 ， 重 復 上 述 實 驗 ， 到 出 現(xiàn)滿 意 的 衰 減 曲 線 為 止 。

62、記 下 此 時 的 比 例 度 P s及 周 期 Ts。n=10:1時 ， 記 Ps及 Ts TsTr 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章（ 4） 按 表 6-2（ n=4:1） 或 按 表 6-3（ n=10:1） 求得 各 種 調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 時 的 整 定 參 數(shù) 。表 6.2 衰 減 比 為 4:1時 ，整 定 參 數(shù) 計 算 表表 6.3 衰 減 比 為 10:1時 ，整 定 參 數(shù) 計 算 表 0.1T s0.3 Ts0.8PsPID 0. 5 Ts1.2PsPI PsP TdTiP（ %） 整 定 參 數(shù)調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 0.4Ts1.2Tr0.8PsPID 2Tr1.2

63、PsPI PsP TdTiP（ %） 整 定 參 數(shù)調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.4.3響 應 曲 線 法屬 于 開 環(huán) 整 定 方 法 。 以 被 控 對 象 控 制 通 道 的 階躍 響 應 為 依 據(jù) ， 通 過 經(jīng) 驗 公 式 求 取 調(diào) 節(jié) 器 的 最 佳 參數(shù) 整 定 值 。方 法 ： 不 加 控 制 作 用 ， 作 控 制 通 道 特 性 曲 線 。給 定 值 測 量 變 送 器控 制 器 執(zhí) 行 器 對 象 被 控 變 量 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章根 據(jù) 實 驗 所 得 響 應 曲 線 ， 找 出 廣 義 對 象 的 特 性

64、參 數(shù) K0、 T0、 0， 用 表 6-4的 經(jīng) 驗 公 式 求 整 定 參 數(shù) 。 T00此 方 法 在 不 加 控 制 作 用 的 狀 態(tài) 下 進 行 ， 對 于 不 允許 工 藝 失 控 的 生 產(chǎn) 過 程 ， 不 能 使 用 。 表 6.4 響 應 曲 線 法 整 定 參 數(shù) 的 公 式 0.5020PID 3.30PI P TdTiP（ %） 整 定 參 數(shù)調(diào) 節(jié) 規(guī) 律 00 085.0 PT 00 01.1 PT 00 0PT 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.4.4 經(jīng) 驗 法 憑 經(jīng) 驗 湊 試 。 其 關(guān) 鍵 是 “ 看 曲 線 ， 調(diào) 參 數(shù) ” 。在 閉

65、 環(huán) 的 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 憑 經(jīng) 驗 先 將 控 制 器 參 數(shù)放 在 一 個 數(shù) 值 上 ， 通 過 改 變 給 定 值 施 加 干 擾 ， 在 記錄 儀 上 觀 察 過 渡 過 程 曲 線 ， 根 據(jù) P、 TI 、 TD對 過 渡過 程 的 影 響 為 指 導 ， 對 比 例 度 P 、 積 分 時 間 TI和 微分 時 間 TD逐 個 整 定 ， 直 到 獲 得 滿 意 的 曲 線 為 止 。v 經(jīng) 驗 法 的 方 法 簡 單 ， 但 必 須 清 楚 控 制 器 參 數(shù) 變化 對 過 渡 過 程 曲 線 的 影 響 關(guān) 系 。 在 缺 乏 實 際 經(jīng) 驗 或過 渡 過 程 本

66、身 較 慢 時 ， 往 往 較 為 費 時 。 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章控 制 器 參 數(shù) 對 控 制 過 程 的 影 響 ：比例度逐漸減小 積分時間逐漸減小 微分時間逐漸增大 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章6.4.5 幾 種 整 定 方 法 的 比 較整 定 方 法 優(yōu) 點 缺 點反 應 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)穩(wěn) 定 邊 界 法 系 統(tǒng) 閉 環(huán) 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 驗 費 時經(jīng) 驗 法 系 統(tǒng) 閉 環(huán) ， 不 需 計 算 需 要 經(jīng) 驗 過 程 控 制 系 統(tǒng) 與 儀 表 第 6章q 注 意 ：同 一 個 系 統(tǒng) ， 最 佳 整 定 參 數(shù) 可 能 不 是 唯 一 的 。不 同 的 PID參 數(shù) 組 合 ， 有 時 會 得 到 極 為 相 近 的 控 制結(jié) 果 。例 如 某 初 餾 塔 塔 頂 溫 度 控 制 系 統(tǒng) ， 控 制 器 采 用以 下 兩 組 參 數(shù) 時 ： P 15 TI 7.5min P 35 T