過程控制系統(tǒng) 復(fù)習

1、自動化學院自動化學院 王昱王昱 過程控制系統(tǒng)復(fù)習過程控制系統(tǒng)復(fù)習 Wangyu Process Control System 第一章第一章 過程控制概述過程控制概述 1 1、過程控制系統(tǒng)的組成及分類、過程控制系統(tǒng)的組成及分類 2 2、過程控制的特點、過程控制的特點 Wangyu Process Control System 過程控制系統(tǒng)的組成過程控制系統(tǒng)的組成 過程控制系統(tǒng)組成：過程控制系統(tǒng)組成： 被控過程（被控過程（ProcessProcess） 過程檢測控制儀表（過程檢測控制儀表（InstrumentationInstrumentation） 過程檢測控制儀表過程檢測控制儀表包括：包括：

2、測量變送元件（測量變送元件（MeasurementMeasurement） 控制器（控制器（ControllerController） 執(zhí)行機構(gòu)（執(zhí)行機構(gòu)（Control ElementControl Element） Wangyu Process Control System 過程控制系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)的分類 按給定值的信號特點分：按給定值的信號特點分：定值、隨動、程序定值、隨動、程序 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 按結(jié)構(gòu)特點分：按結(jié)構(gòu)特點分：反饋、前饋、復(fù)合控制系統(tǒng)反饋、前饋、復(fù)合控制系統(tǒng) Wangyu Process Control System 過程控制的特點過程控制的特點 u 被控過程的多樣

3、性被控過程的多樣性 u 控制方案的多樣性控制方案的多樣性 有單回路、串級、前饋有單回路、串級、前饋- -反饋、比值、均勻、反饋、比值、均勻、 分程、選擇性、時滯、數(shù)字和計算機過程控分程、選擇性、時滯、數(shù)字和計算機過程控 制系統(tǒng)等。制系統(tǒng)等。 u 控制過程屬慢過程、多半屬參量控制控制過程屬慢過程、多半屬參量控制 u 連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制 Wangyu Process Control System 第二章第二章 過程建模和過程檢測控制儀表過程建模和過程檢測控制儀表 1 1、過程建模、過程建模 2 2、確定各環(huán)節(jié)正、反作用方式以及進行系統(tǒng)分析、確定各環(huán)節(jié)正、反作用方式以及進行

4、系統(tǒng)分析 Wangyu Process Control System 自衡過程與非自衡過程自衡過程與非自衡過程 如液位系統(tǒng)，出口閥不控，入口流量變化后，液如液位系統(tǒng)，出口閥不控，入口流量變化后，液 位為自衡過程；位為自衡過程； 若出口加泵，為非自衡過程。若出口加泵，為非自衡過程。 t 自衡過程自衡過程-指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞 后不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身重新恢復(fù)后不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身重新恢復(fù) 平衡的過程。平衡的過程。 t 非自衡過程非自衡過程-指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被 破壞后

5、不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身不破壞后不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠其自身不 能重新恢復(fù)平衡的過程。能重新恢復(fù)平衡的過程。 過程建模過程建模 Wangyu Process Control System 過程數(shù)學模型的求取方法過程數(shù)學模型的求取方法 方法二：方法二：實驗法建模（過程辨識法）實驗法建模（過程辨識法）, ,即根據(jù)過程輸入、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)學模型。的數(shù)學模型。 方法一：方法一：機理分析法機理分析法，即根據(jù)過程的內(nèi)在機理，通過靜，即根據(jù)過程的內(nèi)在機理，通過靜 態(tài)與動態(tài)態(tài)與

6、動態(tài)物料平衡和能量平衡物料平衡和能量平衡關(guān)系求取過程的數(shù)學模型。關(guān)系求取過程的數(shù)學模型。 方法三：上方法三：上兩種方法的結(jié)合兩種方法的結(jié)合，即先通過機理分析確定模，即先通過機理分析確定模 型的結(jié)構(gòu)形式，再通過實驗數(shù)據(jù)來確定模型中各系數(shù)的型的結(jié)構(gòu)形式，再通過實驗數(shù)據(jù)來確定模型中各系數(shù)的 大小。大小。 Wangyu Process Control System 機理建模的依據(jù)機理建模的依據(jù) 物料（或能量）平衡關(guān)系物料（或能量）平衡關(guān)系 n 動態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)系：動態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)系： 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)進入被控過程的物料（或能量）減去 單位時間內(nèi)從被控

7、過程流出的物料（或能量）等于被單位時間內(nèi)從被控過程流出的物料（或能量）等于被 控過程內(nèi)物料（或能量）存儲量的變化率。控過程內(nèi)物料（或能量）存儲量的變化率。 n 靜態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)系靜態(tài)物料（或能量）平衡關(guān)系： 單位時間內(nèi)進入被控過程的物料（或能量）等于單位時間內(nèi)進入被控過程的物料（或能量）等于 單位時間內(nèi)從被控過程流出的物料（或能量）。單位時間內(nèi)從被控過程流出的物料（或能量）。 Wangyu Process Control System 自衡過程單容、雙容自衡過程單容、雙容、多容、多容及純滯后對象數(shù)學模型及純滯后對象數(shù)學模型 ( ) 1 o o o K W s T s 12 ( ) (1

8、)(1) o o K W s TsT s ( ) 1 s o o o K W se T s 12 ( ) (1)(1) s o o K W se TsT s n Ts sW ) 1( 1 )( 0 s n e Ts sW 0 ) 1( 1 )( 0 Wangyu Process Control System 無自衡過程單容、雙容、多容及純滯后對象數(shù)學模型無自衡過程單容、雙容、多容及純滯后對象數(shù)學模型 s a o e TssT sW ) 1( 1 )( ) 1( 1 )( TssT sW a o 1 ( ) s o a Wse T s 1 ( ) o a Ws T s n a TssT sW )

9、 1( 1 )( 0 s n a e TssT sW 0 ) 1( 1 )( 0 Wangyu Process Control System e.g.e.g.由階躍響應(yīng)曲線確定一階加滯后環(huán)節(jié)的特性參數(shù)由階躍響應(yīng)曲線確定一階加滯后環(huán)節(jié)的特性參數(shù) ( ) 1 s o o o K Wse T s 輸入階躍信號輸入階躍信號u u0 0 ，階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài)，階躍響應(yīng)穩(wěn)態(tài) 值為值為 。( )y 對一階加滯后慣性對象對一階加滯后慣性對象: （1 1）放大系數(shù)求取：放大系數(shù)求?。涸跀?shù)值上等于對在數(shù)值上等于對 象處于穩(wěn)定狀態(tài)象處于穩(wěn)定狀態(tài) 時輸出變化量與時輸出變化量與 輸入變化量之比：輸入變化量之比： 0 0 (

10、)(0)yy K u 試驗法建模試驗法建模 Wangyu Process Control System (2)(2) 時間常數(shù)求?。簳r間常數(shù)求?。?l 切線法：切線法： 在階躍響應(yīng)曲線拐點在階躍響應(yīng)曲線拐點D D處作處作 一切線，交時間軸于一切線，交時間軸于B B點，交點，交 穩(wěn)態(tài)值于穩(wěn)態(tài)值于A A點。點。OBOB即為過程的即為過程的 滯后時間滯后時間 ，BABA在時間軸上在時間軸上 的投影的投影BCBC即為過程的時間常數(shù)即為過程的時間常數(shù) T T0 0。 試驗法建模試驗法建模 Wangyu Process Control System l 計算法：計算法： )( )( )( * y ty t

11、y 將階躍響應(yīng)曲線標準化將階躍響應(yīng)曲線標準化 0 0 * ( ) 1 t T t yt et y y* *(t)(t)的解為：的解為： 0 T 在標準化曲線上選擇兩點在標準化曲線上選擇兩點y y* *(t(t1 1) )、y y* *(t(t2 2) ) ，讀出對應(yīng)，讀出對應(yīng)t t1 1和和t t2 2， 聯(lián)立聯(lián)立 求解，即可確定求解，即可確定 、 ，一般取，一般取y y* *(t(t1 1)=0.39,y)=0.39,y* *(t(t2 2)=0.63,)=0.63,則可得則可得 021 2()Ttt 12 2tt 校驗：校驗： * 0 (0.8)0.55yT * 0 (2)0.865yT

12、試驗法建模試驗法建模 Wangyu Process Control System 用各環(huán)節(jié)正、反作用方式進行系統(tǒng)分析用各環(huán)節(jié)正、反作用方式進行系統(tǒng)分析 l 氣動調(diào)節(jié)閥可分為氣動調(diào)節(jié)閥可分為氣開氣開、氣關(guān)氣關(guān)兩種作用方式。兩種作用方式。 氣開式氣開式信號壓力信號壓力p0.02MPa時，閥開始打開，也就是時，閥開始打開，也就是“有氣有氣”時時 閥開。增益為閥開。增益為“+” 氣關(guān)式氣關(guān)式信號壓力增大閥反而關(guān)小。增益為信號壓力增大閥反而關(guān)小。增益為“-” 考慮事故狀態(tài)是人身、工藝設(shè)備的安全?？紤]事故狀態(tài)是人身、工藝設(shè)備的安全。 例如：進加熱爐的燃料氣或燃料油的調(diào)節(jié)閥應(yīng)采用氣開式，例如：進加熱爐的燃料

13、氣或燃料油的調(diào)節(jié)閥應(yīng)采用氣開式， 一旦事一旦事 故發(fā)生，調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)，避免爐溫繼續(xù)升高。故發(fā)生，調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)，避免爐溫繼續(xù)升高。 考慮事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量?？紤]事故狀態(tài)下減少經(jīng)濟損失，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 例如：精餾塔進料一般選用氣開式，在事故狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥例如：精餾塔進料一般選用氣開式，在事故狀態(tài)下，調(diào)節(jié)閥 關(guān)閉，停止進料。關(guān)閉，停止進料。 考慮介質(zhì)的性質(zhì)?？紤]介質(zhì)的性質(zhì)。 例如：對裝有易結(jié)晶、易凝固物料的裝置，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥需選用例如：對裝有易結(jié)晶、易凝固物料的裝置，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥需選用 氣關(guān)式，一旦事故發(fā)生，處于全開狀態(tài)，以防止物料結(jié)晶。氣關(guān)式，一旦事故發(fā)生，處于全

14、開狀態(tài)，以防止物料結(jié)晶。 Wangyu Process Control System 控制閥：控制閥：氣開式為氣開式為“”，氣關(guān)式為，氣關(guān)式為“- -”； 被控對象：被控對象：物料或能量增加時，被控參數(shù)隨之增加為物料或能量增加時，被控參數(shù)隨之增加為“”，隨，隨 之之 減少為減少為“- -”； 控制器：控制器：正作用為正作用為“-”-”，反作用為，反作用為“+”+”； 正作用：當系統(tǒng)的測量信號增加時，調(diào)節(jié)器的輸出增加，其靜態(tài)放正作用：當系統(tǒng)的測量信號增加時，調(diào)節(jié)器的輸出增加，其靜態(tài)放 大系數(shù)大系數(shù)KKC C取負；取負； 反作用：當系統(tǒng)的測量信號增加時，調(diào)節(jié)器的輸出減小，其靜態(tài)放反作用：當系統(tǒng)的測

15、量信號增加時，調(diào)節(jié)器的輸出減小，其靜態(tài)放 大系數(shù)大系數(shù)KKC C取正；取正； 變送器：變送器：一般為一般為“”。 各環(huán)節(jié)正、反作用的定義各環(huán)節(jié)正、反作用的定義 Wangyu Process Control System 根據(jù)控制系統(tǒng)方框圖確定調(diào)節(jié)器的正反作用根據(jù)控制系統(tǒng)方框圖確定調(diào)節(jié)器的正反作用 首先根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則首先根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定調(diào)節(jié)閥確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式；然后按的氣開、氣關(guān)形式；然后按 被控過程被控過程特性，確定其正、反作用；最后根據(jù)上述組成該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞特性，確定其正、反作用；最后根據(jù)上述組成該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞 函數(shù)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)極性相乘必須為正的原則來函

16、數(shù)各環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)極性相乘必須為正的原則來確定調(diào)節(jié)器確定調(diào)節(jié)器的正、的正、 反作用方式。反作用方式。 被控過程增益(+) 調(diào)節(jié)閥增益(+) 調(diào)節(jié)器增益(+) 測量變送裝置增益(+) 因此，要求調(diào)節(jié)器作用于反作用方式。因此，要求調(diào)節(jié)器作用于反作用方式。 Wangyu Process Control System 第二章作業(yè)第二章作業(yè) 1.1. 某水槽如圖。其中某水槽如圖。其中C C為槽的截面積，為槽的截面積，R R1 1、R R2 2和和R R3 3均為線性水阻，均為線性水阻， q q1 1為流入量，為流入量，q q2 2和和q q3 3為流出量。要求為流出量。要求： (1) (1) 寫出以

17、水位寫出以水位h h為輸出量，為輸出量，q q1 1為輸入量的對象動態(tài)方程；為輸入量的對象動態(tài)方程； (2) (2) 寫出對象的傳遞函數(shù)寫出對象的傳遞函數(shù)G(sG(s) )，并指出其增益，并指出其增益KK和時間常數(shù)和時間常數(shù)T T的值。的值。 Wangyu Process Control System 123 2 2 3 3 ( )( )( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Q sQ sQ sCsH s H s Q s R H s Q s R 123 2 2 3 3 d h qqqC dt h q R h q R 解：（解：（1）微分方程：）微分方程： 拉氏變換拉氏變換 （2）畫出控制

18、框圖）畫出控制框圖 Wangyu Process Control System （3 3）求傳遞函數(shù)：）求傳遞函數(shù)： 0 1 23 1 ( ) ( ) 111 ( )1 1() H sK Cs Ws QsTs CsRR 2323 2323 /() /() KR RRR TR R CRR Wangyu Process Control System 2、某液位過程的階躍響應(yīng)實驗為：、某液位過程的階躍響應(yīng)實驗為： 其中階躍擾動量其中階躍擾動量 20%u (1)(1) 畫出液位過程的階躍響應(yīng)曲線。畫出液位過程的階躍響應(yīng)曲線。 (2)(2) 若該水位對象用一階慣性加滯后環(huán)節(jié)近似，若該水位對象用一階慣性加

19、滯后環(huán)節(jié)近似， 試確定其試確定其KK0 0、T T0 0和和 。（計算法）。（計算法） Wangyu Process Control System （2）曲線標準化）曲線標準化 解：（解：（1 1）求）求KK0 0 0 ()(0)19.6 98 20% yy K u Wangyu Process Control System （3）畫出標準化曲線圖）畫出標準化曲線圖 0100200300400500600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t h Wangyu Process Control System 1 126.05t 2 190.45t 0

20、21 2()128.8Ttt （4 4）在標準化曲線圖上讀出）在標準化曲線圖上讀出h(th(t1 1)=0.39,h(t)=0.39,h(t2 2）=0.63=0.63對應(yīng)的對應(yīng)的t t1 1、t t2 2 0100200300400500600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t h t=190.45 h=0.63 t=126.05 h=0.39 12 261.65tt 由圖可知：由圖可知： 則：則： Wangyu Process Control System 61.65 0 98 ( ) 128.81 s W se s 0 (0.8)(164

21、.69)hTh0.5497 0100200300400500600 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t h t=319.25 h=0.8796 t=164.69 h=0.5497 則系統(tǒng)模型為：則系統(tǒng)模型為： （5 5） 校驗校驗 0.55 0 (2)(319.25)hTh0.8796 0.865 Wangyu Process Control System 第三章第三章 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計單回路控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1、過程控制系統(tǒng)的性能指標、過程控制系統(tǒng)的性能指標 2 2、PIDPID控制控制 Wangyu Process Control Syst

22、em 過程控制系統(tǒng)的性能指標過程控制系統(tǒng)的性能指標 1. 1. 單項性能指標單項性能指標 Wangyu Process Control System 2. 2. 誤差積分性能指標誤差積分性能指標 它是以控制系統(tǒng)瞬時誤差函數(shù)它是以控制系統(tǒng)瞬時誤差函數(shù)e(t) e(t) 為泛函數(shù)的積分為泛函數(shù)的積分 評價系統(tǒng)的綜合性指標。它是用一個數(shù)（最?。┖饬吭u價系統(tǒng)的綜合性指標。它是用一個數(shù)（最?。┖饬?一個系統(tǒng)的優(yōu)劣、是否處于最佳狀態(tài)的一種方法。一個系統(tǒng)的優(yōu)劣、是否處于最佳狀態(tài)的一種方法。 誤差積分誤差積分( (IE) IE) 絕對誤差積分絕對誤差積分(IAE)(IAE) 平方誤差積分平方誤差積分( (IS

23、E) ISE) 時間與絕對誤差乘積積分時間與絕對誤差乘積積分( (ITAE)ITAE) 0 ( )IEe t dt 0 | ( )|IAEe tdt 2 0 ( )ISEe t dt 0 | ( )|ITAEt e tdt 過程控制系統(tǒng)的性能指標過程控制系統(tǒng)的性能指標 Wangyu Process Control System PIDPID控制控制 比例比例 積分積分 微分微分 Wangyu Process Control System PID PID 控制器參數(shù)的影響控制器參數(shù)的影響 P-P-比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，快速作用于輸出，比例控制系統(tǒng)的響應(yīng)快速性，快速作用于輸出， 好比好比“現(xiàn)在

24、現(xiàn)在”（現(xiàn)在就起作用，快現(xiàn)在就起作用，快）； I -I -積分控制系統(tǒng)的準確性，消除過去的累積誤差，積分控制系統(tǒng)的準確性，消除過去的累積誤差， 好比好比“過去過去”（清除過去積怨，回到準確軌道）（清除過去積怨，回到準確軌道）； D-D-微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超前控制作用，好微分控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有超前控制作用，好 比比 未來未來 （放眼未來，未雨綢繆）（放眼未來，未雨綢繆）。 Wangyu Process Control System PID PID 控制器參數(shù)的影響控制器參數(shù)的影響 Wangyu Process Control System PID PID 控制器參數(shù)的整定控制器參數(shù)的

25、整定 1. 1. 理論計算整定法理論計算整定法 2. 2. 工程整定法工程整定法 動態(tài)特性參數(shù)法 穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法） 阻尼振蕩法（衰減曲線法） 現(xiàn)場經(jīng)驗整定法（湊試法） Wangyu Process Control System 第三章作業(yè)第三章作業(yè) 1.1. 一個自動控制系統(tǒng)，在比例控制的基礎(chǔ)上分別增加：一個自動控制系統(tǒng)，在比例控制的基礎(chǔ)上分別增加：a.a.適當?shù)姆e分作適當?shù)姆e分作 用；用；b. b. 適當?shù)奈⒎肿饔谩Ｔ噯枺哼m當?shù)奈⒎肿饔?。試問?1)(1)這兩種情況對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、最這兩種情況對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、最 大動態(tài)偏差、余差分別有何影響大動態(tài)偏差、余差分別有何影響? (2) ?

26、 (2) 為了得到相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)為了得到相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng) 如何調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例度如何調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例度 ，并說明理由。，并說明理由。 在比例度不變的情況下，在比例度不變的情況下，減小積分時間減小積分時間 ，將使控制系統(tǒng)的，將使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低穩(wěn)定性降低、 振蕩加劇振蕩加劇、調(diào)節(jié)過程加快、振蕩頻率升高。、調(diào)節(jié)過程加快、振蕩頻率升高。 穩(wěn)定性比比例調(diào)節(jié)差。穩(wěn)定性比比例調(diào)節(jié)差。 PIPI調(diào)節(jié)引入積分動作帶來調(diào)節(jié)引入積分動作帶來消除系統(tǒng)殘差消除系統(tǒng)殘差好處好處 的同時，卻的同時，卻降低降低了原有系統(tǒng)的了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。 比例積分調(diào)節(jié)的特點比例積分調(diào)節(jié)的特點 有差調(diào)節(jié)。殘差隨著比例

27、度的加大而加大。但是有差調(diào)節(jié)。殘差隨著比例度的加大而加大。但是減小比例度減小比例度又等又等 于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，將于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，將導(dǎo)致系統(tǒng)激烈震蕩導(dǎo)致系統(tǒng)激烈震蕩甚至不穩(wěn)定。甚至不穩(wěn)定。 比例調(diào)節(jié)的特點比例調(diào)節(jié)的特點 Wangyu Process Control System 比例微分調(diào)節(jié)的特點比例微分調(diào)節(jié)的特點 u 由于穩(wěn)態(tài)下，由于穩(wěn)態(tài)下，de/de/dtdt=0=0，PDPD調(diào)節(jié)器的微分部分為零，因此調(diào)節(jié)器的微分部分為零，因此PDPD調(diào)節(jié)也是調(diào)節(jié)也是 有差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié)； u 微分調(diào)節(jié)動作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩，它有微分調(diào)節(jié)動作總是力圖抑制被調(diào)量的振蕩，它有提高控制系統(tǒng)穩(wěn)

28、定性提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的的 作用。適度引入微分動作可以作用。適度引入微分動作可以允許稍許減小比例度允許稍許減小比例度，同時保持衰減率不變。，同時保持衰減率不變。 (1) (1) 在比例控制的基礎(chǔ)上分別增加：在比例控制的基礎(chǔ)上分別增加： a. a.適當?shù)姆e分作用適當?shù)姆e分作用: : 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 最大動態(tài)偏差最大動態(tài)偏差 ： 余差：余差： b. b. 適當?shù)奈⒎肿饔茫哼m當?shù)奈⒎肿饔茫?穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 最大動態(tài)偏差最大動態(tài)偏差 ： 余差：余差： (2) (2) 為了得到相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)如何調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例度為了得到相同的系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)如何調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例度 增加積分：增加積分： 增加微分

29、：增加微分： 降低增加可消除 提高 降低 不可消除 增大減小 Wangyu Process Control System 2. 2. 在某生產(chǎn)過程中，冷物料通過鍋爐對其進行加熱。熱物料溫度必須在某生產(chǎn)過程中，冷物料通過鍋爐對其進行加熱。熱物料溫度必須 滿足生產(chǎn)工藝要求，故設(shè)計如圖所示溫度控制系統(tǒng)流程圖。試畫出其滿足生產(chǎn)工藝要求，故設(shè)計如圖所示溫度控制系統(tǒng)流程圖。試畫出其 框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用。框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用。 氣開氣開 “+”+” 反反 “+”+” 正正 “+”+” 正正 “+”+” TT 熱物料 T TC 燃料 g Q

30、 Tr 冷物料 Wangyu Process Control System 3. . 在某鍋爐運行過程中，必須滿足汽在某鍋爐運行過程中，必須滿足汽- -水平衡關(guān)系，故汽包液位是一水平衡關(guān)系，故汽包液位是一 個十分重要的指標。個十分重要的指標。當液位過低時，汽包中的水易被燒干引起生產(chǎn)當液位過低時，汽包中的水易被燒干引起生產(chǎn) 事故（甚至會產(chǎn)生爆炸危險），事故（甚至會產(chǎn)生爆炸危險），故設(shè)計如圖液位控制系統(tǒng)。試畫出故設(shè)計如圖液位控制系統(tǒng)。試畫出 該系統(tǒng)的框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反該系統(tǒng)的框圖，并確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反 作用方式。作用方式。 氣關(guān)氣關(guān) “-”-

31、” 正正 “-”-” 正正 “+”+” 正正 “+”+” Wangyu Process Control System 第四章第四章 串級控制系統(tǒng)設(shè)計串級控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1、串級控制系統(tǒng)原理圖、組成、結(jié)構(gòu)框圖、串級控制系統(tǒng)原理圖、組成、結(jié)構(gòu)框圖 2 2、串級控制系統(tǒng)的特點、串級控制系統(tǒng)的特點 3 3、串級控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、反作用方式的確定、串級控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、反作用方式的確定 及工作過程分析及工作過程分析 Wangyu Process Control System 串級控制系統(tǒng)原理圖串級控制系統(tǒng)原理圖 串級串級控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 串級控制方案串級控制方案：選取爐出口溫度為選取爐出口溫度為主被控

32、參數(shù)主被控參數(shù)，選取爐膛溫度，選取爐膛溫度 為為副被控參數(shù)副被控參數(shù)，把，把爐出口溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為爐膛溫度爐出口溫度調(diào)節(jié)器的輸出作為爐膛溫度 調(diào)節(jié)器的給定值調(diào)節(jié)器的給定值?？刂瓶驁D如下圖?？刂瓶驁D如下圖。 T1CT1T 燃料燃料 冷物料冷物料 熱物料熱物料 加熱爐加熱爐 T2CT2T r r Wangyu Process Control System 串級控制系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)框圖串級控制系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)框圖 串級控制系統(tǒng)方塊圖 1 rQ1 c 1 u 2 f 2 c 1 f 1p G 主對象 2p G 副對象 v G 控制閥 2c G 2 u 副控制器 1c G 主控制器 主變送器 2m H

33、副變送器 2 y 副回路 主控制器主控制器副控制器副控制器控制閥控制閥 副對象副對象主對象主對象 主回路主回路 副回路副回路 副變送器副變送器 主變送器主變送器 1 y 1m H Wangyu Process Control System 串級控制系統(tǒng)的特點串級控制系統(tǒng)的特點 1 1、在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級控制系統(tǒng)有、在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級控制系統(tǒng)有兩個閉合回路兩個閉合回路：主回路和副回：主回路和副回 路；有路；有兩個控制器兩個控制器：主控制器和副控制器；有：主控制器和副控制器；有兩個測量變送器兩個測量變送器； 一個調(diào)節(jié)閥一個調(diào)節(jié)閥。主回路是定值控制系統(tǒng)，副回路是隨動控制系統(tǒng)主回路是定值控制系統(tǒng)，副回

34、路是隨動控制系統(tǒng)。 2 2、在系統(tǒng)特性上，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對象、在系統(tǒng)特性上，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對象 動態(tài)特性，使控制過程加快，具有超前控制的作用。動態(tài)特性，使控制過程加快，具有超前控制的作用。 3 3、對于進入副回路的干擾具有較強的抗干擾能力、對于進入副回路的干擾具有較強的抗干擾能力 4 4、對一次擾動有較好的克服能力、對一次擾動有較好的克服能力 5 5、具有一定的自適應(yīng)能力、具有一定的自適應(yīng)能力 Wangyu Process Control System 正反作用方式確定原則： 先內(nèi)環(huán)、再外環(huán)，原則同單回路。 具體確定及工作過程分析見例題及相關(guān)作業(yè)題

35、串級控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、反作用方式的確定及工作過程分析串級控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)正、反作用方式的確定及工作過程分析 Wangyu Process Control System 第四章作業(yè)第四章作業(yè) 在現(xiàn)代化都市中，對于生活污水和工業(yè)污水等必須進行處理后才能排入江河湖泊在現(xiàn)代化都市中，對于生活污水和工業(yè)污水等必須進行處理后才能排入江河湖泊 中，以保護環(huán)境。為此，可采用如圖所示的三個大容量的中，以保護環(huán)境。為此，可采用如圖所示的三個大容量的 澄清池、過濾池和清水池澄清池、過濾池和清水池 進行處理。工藝進行處理。工藝要求（控制）清水池水位穩(wěn)定在某一高度上要求（控制）清水池水位穩(wěn)定在某一高度上。在污水處理過程中

36、。在污水處理過程中污污 水流量水流量經(jīng)常波動，是諸干擾因經(jīng)常波動，是諸干擾因 素中素中最主要的擾動最主要的擾動。試設(shè)計一個。試設(shè)計一個串級過程控制系統(tǒng)串級過程控制系統(tǒng)。 Wangyu Process Control System 第五章第五章 前饋及復(fù)合控制系統(tǒng)前饋及復(fù)合控制系統(tǒng) 1 1、前饋控制系統(tǒng)的原理圖、前饋控制系統(tǒng)的原理圖 2 2、前饋控制系統(tǒng)的組成、類型及特點、前饋控制系統(tǒng)的組成、類型及特點 3 3、前饋補償器的計算、前饋補償器的計算 4 4、前饋復(fù)合控制系統(tǒng)、前饋復(fù)合控制系統(tǒng) Wangyu Process Control System 前饋控制系統(tǒng)原理圖前饋控制系統(tǒng)原理圖 Wang

37、yu Process Control System 前饋控制的結(jié)構(gòu)及特點前饋控制的結(jié)構(gòu)及特點 前饋控制比反饋控制及時有效前饋控制比反饋控制及時有效 前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制是閉環(huán)控制系統(tǒng)前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制是閉環(huán)控制系統(tǒng) 前饋控制使用的實施對象特性而定的專用控制器，反饋控制采前饋控制使用的實施對象特性而定的專用控制器，反饋控制采 用通用用通用PIDPID控制器控制器 一種前饋作用只能克服一種干擾，反饋控制只用一個控制器就一種前饋作用只能克服一種干擾，反饋控制只用一個控制器就 可克服多個干擾可克服多個干擾 前饋控制與反饋控制比較前饋控制與反饋控制比較 干擾干擾 設(shè)定設(shè)定 測量變送測量變送 對象對象 執(zhí)行器執(zhí)行器反饋控制器反饋控制器 被控變量被控變量 干擾干擾 對象對象 前饋控制器前饋控制器測量變送測量變送 執(zhí)行器執(zhí)行器 被控變量被控變量 Wangyu Process Control System 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 Wangyu Process Control System 前饋補償器的模型前饋補