第6章簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)整定

1、第六章第六章 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法本章內(nèi)容：本章內(nèi)容： 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 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 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)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 6.4 控制系統(tǒng)的投運與控制系統(tǒng)的投運與調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法第六章第六章 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法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 簡單控制系統(tǒng)：（單回路控制系統(tǒng)）簡單控制系統(tǒng)：（單回路

2、控制系統(tǒng)） 指由一個測量元件及變送器、一個控制器、一個執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）和一個被控過指由一個測量元件及變送器、一個控制器、一個執(zhí)行機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）和一個被控過程組成，并只對一個被控變量進行控制的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。程組成，并只對一個被控變量進行控制的單閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。 如：如： 液位（簡單）控制系統(tǒng)液位（簡單）控制系統(tǒng) 溫度（簡單）控制系統(tǒng)溫度（簡單）控制系統(tǒng) LT：液位測量變送器：液位測量變送器 LC：液位控制器：液位控制器 TT：溫度測量變送器：溫度測量變送器 TC：溫度控制器：溫度控制器 上述圖形稱為上述圖形稱為“帶控制點的工藝流程圖帶控制點的工藝流程圖” 或簡稱或簡稱“儀表流程圖儀表流

3、程圖”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)與組成圖形什么圖形什么含義？含義？如何規(guī)定如何規(guī)定的？的？ 6.1 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成（續(xù)）簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成（續(xù)）單回路控制系統(tǒng)的框圖：單回路控制系統(tǒng)的框圖： 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 儀表流程圖：儀表流程圖： （一）圖形符號（一）圖形符號 儀表的圖形符號是一個細實線圓圈，直徑約儀表的圖形符號是一個細實線圓圈，直徑約10或或12cm6.1 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)與組成儀表流程圖儀表流程圖 巴基斯坦賈姆肖羅電廠巴基斯坦賈姆肖羅電廠 現(xiàn)場安裝基地式壓力表現(xiàn)場安裝基地式壓力表6.

4、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)與組成儀表流程圖儀表流程圖 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)與組成儀表流程圖儀表流程圖控制柜內(nèi)部控制柜內(nèi)部 儀表流程圖：儀表流程圖： （二）字母代號（二）字母代號 （標(biāo)于圖形符號圓圈的上半部）（標(biāo)于圖形符號圓圈的上半部）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)與組成儀表流程圖儀表流程圖注意：同樣的字注意：同樣的字母在不同位置其母在不同位置其含義不同含義不同 儀表流程圖：儀表流程圖：（三）儀表位置（三）儀表位置 （標(biāo)于圖形符號圓圈的下半部）（標(biāo)于圖形符號圓圈的下半部） 第一位數(shù)字：表示工段號第一位數(shù)字：表示工段號 后續(xù)數(shù)字

5、：表示儀表序號。后續(xù)數(shù)字：表示儀表序號。 例：例：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)與組成儀表流程圖儀表流程圖 儀表流程圖：儀表流程圖：練習(xí)練習(xí)請說出：上述換熱器儀表流程圖中圖形符合、字母代號，及儀表位置的含義請說出：上述換熱器儀表流程圖中圖形符合、字母代號，及儀表位置的含義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)與組成儀表流程圖儀表流程圖6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計6.2.1 6.2.1 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、 主要內(nèi)容與設(shè)計步驟主要內(nèi)容與設(shè)計步驟 6.2.1.1 6.2

6、.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)過程對控制系統(tǒng)的要求可簡要歸納為三個方面生產(chǎn)過程對控制系統(tǒng)的要求可簡要歸納為三個方面: : 安全性安全性 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 經(jīng)濟性經(jīng)濟性6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計6.2.1.2. 6.2.1.2. 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 四個主要內(nèi)容四個主要內(nèi)容 （1） 控制系統(tǒng)方案設(shè)計控制系統(tǒng)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 （2）控制系統(tǒng)工程設(shè)計）控制系統(tǒng)工程設(shè)計 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

7、設(shè)計、供電與供氣系統(tǒng)設(shè)計儀表盤設(shè)計、供電與供氣系統(tǒng)設(shè)計 等等等等 （3）工程安裝和儀表調(diào)校）工程安裝和儀表調(diào)校 （4）投運與調(diào)節(jié)器參數(shù)整定）投運與調(diào)節(jié)器參數(shù)整定6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計6.2.1.3 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)工藝對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求與性能指標(biāo)）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) 2）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型（或?qū)Ρ豢剡^程的特性分析）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型（或?qū)Ρ豢剡^程的特性分析） 3）確定控制方案）確定控制方案 包括確定包括確定: : 控制方式控制方式 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟過程控制系統(tǒng)設(shè)計的

8、關(guān)鍵步驟 4）控制設(shè)備選型（工程設(shè)計）控制設(shè)備選型（工程設(shè)計） 5）實驗（或仿真）驗證）實驗（或仿真）驗證6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2 被控變量與控制變量的選擇被控變量與控制變量的選擇6.2.2 6.2.2 被控變量與控制變量的選擇被控變量與控制變量的選擇 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 被控變量被控變量 生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。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

9、證安全等目的。證安全等目的。那如何選擇被控那如何選擇被控變量？變量？被控變量被控變量控制變量控制變量6.2 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.1 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 （續(xù)）（續(xù)）被控變量的選擇原則：被控變量的選擇原則：1、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，一般選取對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)等具有決、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，一般選取對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)等具有決定性作用，可測量的工藝變量為被控變量定性作用，可測量的工藝變量為被控變量2、當(dāng)不能用直接工藝變量作為被控變量時，應(yīng)選擇與直接工藝變量有單值、當(dāng)不能用直接工藝變量

10、作為被控變量時，應(yīng)選擇與直接工藝變量有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝變量作為被控變量。函數(shù)關(guān)系的間接工藝變量作為被控變量。 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6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.1 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 原則原則1：根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，一般選取對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)等具有決定性根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，一般選取對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)等具有決定性 作用，可測量的工藝變量為被控變量。作用，可測量的工藝變量為被控變量。例例1 儲槽液位控制系統(tǒng)工藝

11、要求儲槽液位穩(wěn)定。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)就可以儲槽液位作為被控變量。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就可以儲槽液位作為被控變量。 生產(chǎn)要求儲生產(chǎn)要求儲槽液位穩(wěn)定槽液位穩(wěn)定6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.1 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 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)，工藝要求加熱后的熱物料溫度穩(wěn)定工藝要求加熱后的熱物料溫度穩(wěn)定。 那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。那么設(shè)計的控制系統(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 TC6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡

12、單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.1 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 例例3 精餾塔精餾塔 精餾物純度控制系統(tǒng)。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。同，將各組分分離。 如圖將苯如圖將苯甲苯混合液進行分離的精餾塔甲苯混合液進行分離的精餾塔 。該精餾塔的工藝要求是要使塔頂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。（或塔底）餾出物達到規(guī)定的純度。按照被控變量的選擇原則按照被控變量的選擇原則1，塔頂，塔頂（或塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被（或塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被控變量?？刈兞?。但是，沒

13、有合適的儀表在線檢測餾但是，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出物的純度，則不能直接作為被控變量。變量。6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.1 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 例例3 （續(xù)）（續(xù)） 只好在與餾出物的純度有單值關(guān)只好在與餾出物的純度有單值關(guān)系的工藝變量中，找出合適的變量作系的工藝變量中，找出合適的變量作為被控變量，進行間接變量控制。為被控變量，進行間接變量控制。 經(jīng)工藝分析發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)壓力和塔經(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。需要內(nèi)溫度都對餾出物純度有影響。需要對二者進行比較試驗，選出一個合適對二者進行比較試

14、驗，選出一個合適的變量。的變量。 原則原則2：當(dāng)不能用直接工藝變量作為被控變量時，應(yīng)選擇與直接工藝變量當(dāng)不能用直接工藝變量作為被控變量時，應(yīng)選擇與直接工藝變量 有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝變量作為被控變量。有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝變量作為被控變量。6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.1 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 例例3 （續(xù)）（續(xù)） 經(jīng)試驗得出，塔頂餾出物苯的濃度分經(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）。出物甲苯也一樣）。 從工藝合理性蹤合考慮，最后選擇從工藝合理性蹤合考慮，最后

15、選擇塔頂溫度塔頂溫度作為作為被控變量被控變量。塔頂溫度塔頂溫度作為作為被控變量被控變量6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.1 6.2.2.1 被控變量的選擇被控變量的選擇 原則原則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。 原則原則4 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6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇 控制變量控制變量 用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量

16、稱為控制變量或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控制變量或操縱變量。操縱變量。 最常見的控制變量是介質(zhì)的流量，最常見的控制變量是介質(zhì)的流量， 也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。 有些過程是比較明顯的，有些過程是比較明顯的，如下儲液槽。如下儲液槽。（設(shè)進液是上一工段的生產(chǎn)液（設(shè)進液是上一工段的生產(chǎn)液）流出流量流出流量作為作為控制變量控制變量控制變量控制變量被控變量被控變量6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇 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，找出所有影響被控變量的因素

17、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,經(jīng)分析確定控制變量。經(jīng)分析確定控制變量。例：例： 燃油加熱爐：燃油加熱爐： 工藝上要求被加熱后的物料出口溫度工藝上要求被加熱后的物料出口溫度T 恒定，恒定， 可選出口溫度可選出口溫度T 為被控變量。為被控變量?？捎绊懕豢刈兞康囊蛩兀嚎捎绊懕豢刈兞康囊蛩兀?被加熱物的流量被加熱物的流量Q 被加熱物的初始溫度被加熱物的初始溫度T0 燃油量；燃油量； 加風(fēng)量；加風(fēng)量； 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 加熱爐加熱爐選誰作為控選誰作為控制變量？制變量？6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇控制變量的確定控制變量

18、的確定 （續(xù)）（續(xù)） 在諸多影響被控變量的因素中選擇一個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、便于控制且合對被控變量影響顯著、便于控制且合理理的變量，作為控制變量；的變量，作為控制變量； 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。 （被控對象被控對象） 相應(yīng)于控制變量的通道稱為相應(yīng)于控制變量的通道稱為控制通道控制通道， 其他影響通道稱為其他影響通道稱為干擾通道干擾通道。被控變量被控變量影響變量影響變量 為了選取合理的控制變量，下面先分析各種過程通道特性對控制品質(zhì)為了選取合理的控制變量，下面先分析各種過程通道特性對控制品質(zhì)的影響，反過來可以指導(dǎo)控制變

19、量的選取。的影響，反過來可以指導(dǎo)控制變量的選取。下面將分析：下面將分析： 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 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 1）干擾通道的時間常數(shù)）干擾通道的時間常數(shù)Tf 的影響的影響 2）干擾通道的純滯后）干擾通道的純滯后f 影響影響 指導(dǎo)控制變量的選取指導(dǎo)控制變量的選取 3）擾動進入控制通道的位置對控制品質(zhì)的影響）擾動進入控制通道的位置對控制品質(zhì)的影響 （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

20、制品質(zhì)的影響 1）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 2）控制通道純滯后時間）控制通道純滯后時間 的影響的影響 3）控制通道有多個時間常數(shù)時相近程度的影響）控制通道有多個時間常數(shù)時相近程度的影響 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇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 如下圖單回路系統(tǒng)：如下圖單回路系統(tǒng)：6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇 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 分析

21、穩(wěn)態(tài)情況分析穩(wěn)態(tài)情況 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇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 1）干擾通道的時間常數(shù)干擾通道的時間常數(shù) Tf 的影響的影響 （先分析下反饋系統(tǒng)先分析下反饋系統(tǒng) 克服干擾的過程）克服干擾的過程） 直觀分析：直觀分析： 設(shè)干擾設(shè)干擾 f(t) 階躍變化，有階躍變化，有 d(t) 是直接作用于反饋回路的干擾作用是直接作用于反饋回路的干擾作用 Tf 大大 d(t) 緩慢，緩慢， 反饋控制有足夠的時間來克服它，

22、干擾總的對反饋控制有足夠的時間來克服它，干擾總的對 y(t) 的影響必然小。的影響必然小。 Tf小，（反之）干擾對被控變量的影響大。小，（反之）干擾對被控變量的影響大。 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇 2）干擾通道的純滯后干擾通道的純滯后f 的的影響影響 f 不一樣，只是改變了不一樣，只是改變了d(t)對反饋回路真正開始干擾的時間，而對強弱沒有改變。對反饋回路真正開始干擾的時間，而對強弱沒有改變。 所以，所以， 干擾通道純滯后干擾通道純滯后f 大小不改變干擾對控制質(zhì)量的好壞影響。大小不改變干擾對控制質(zhì)量的好壞影響。 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡

23、單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇 3）擾動進入控制通道的位置對控制品質(zhì)的影響擾動進入控制通道的位置對控制品質(zhì)的影響假設(shè)假設(shè) G01 ， G02 ， G03 均為一階慣性環(huán)節(jié)均為一階慣性環(huán)節(jié) 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇誰的影誰的影響大？響大？ 3）擾動進入控制通道的位置對控制品質(zhì)的影響擾動進入控制通道的位置對控制品質(zhì)的影響 （續(xù)）（續(xù)） 設(shè)設(shè)F1 ,F2 ,F3 均為幅度相同的階躍干擾，則：均為幅度相同的階躍干擾，則： d1(t), d2(t), d3(t)是直接進入反饋回路的干擾，顯然，是直接進入反饋回路的干擾，顯

24、然，d3(t)對對y(t)的影響最小，的影響最小， d1(t)對對y(t)的影響最大。的影響最大。所以：所以： 干擾進入單回路系統(tǒng)的位置離被控變量越近，影響越大；干擾進入單回路系統(tǒng)的位置離被控變量越近，影響越大； 反之，干擾進入點離被控越遠，影響越小。反之，干擾進入點離被控越遠，影響越小。6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇（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）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 直接分析直接分析 T0小，控制強度較大；小，控制強度較大； T0大，控制強

25、度較弱，大，控制強度較弱， 所以，控制通道時間常數(shù)所以，控制通道時間常數(shù)T0小，控制及時；小，控制及時； 反之，控制通道時間常數(shù)反之，控制通道時間常數(shù)T0大，控制不夠及時。大，控制不夠及時。 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇（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 （續(xù)）（續(xù)） 2）控制通道純滯后時間控制通道純滯后時間的影響的影響 由于控制通道的純滯后直接滯后控制作用的到達，由于控制通道的純滯后直接滯后控制作用的到達， 越大，越大，“失控失控”的時間越長，控制品質(zhì)越差。（嚴(yán)重）的時間越長，控制品質(zhì)越差。（嚴(yán)重）

26、小，小，“失控失控”的時間較短，控制品質(zhì)較好。（情況類似上小節(jié)的時間較短，控制品質(zhì)較好。（情況類似上小節(jié) T0 ）6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇（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 （續(xù)）（續(xù)） 3）控制通道有多個時間常數(shù)時相近程度的影響）控制通道有多個時間常數(shù)時相近程度的影響 6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇3控制變量選擇的一般原則：控制變量選擇的一般原則： （1）控制變量可控、工藝上允許調(diào)節(jié)；）控制變量可控、工藝上允許調(diào)節(jié)； （2）所選控制通道靈敏：）所

27、選控制通道靈敏：K0 大、大、T0 小、小、0 ??；?。?（3）使其它影響變量（即干擾），）使其它影響變量（即干擾），Kf 小，小，Tf 大，遠離被控變量；大，遠離被控變量； （4）應(yīng)使控制器、調(diào)節(jié)閥、測量環(huán)節(jié)的時間常遠小于過程控制通道）應(yīng)使控制器、調(diào)節(jié)閥、測量環(huán)節(jié)的時間常遠小于過程控制通道 的時間常數(shù)；的時間常數(shù)； （5）工藝上必須合理，同時考慮效率和經(jīng)濟性。）工藝上必須合理，同時考慮效率和經(jīng)濟性。6.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計簡單控制系統(tǒng)設(shè)計 6.2.2.2 控制變量選擇控制變量選擇6.2.3 6.2.3 檢測環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正、反作用選擇檢測環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正、反作用選擇 6.2.3.

28、1 傳感器、變送器的選擇傳感器、變送器的選擇 選擇原則：選擇原則： 1、測量范圍與精度符合和滿足工藝要求；、測量范圍與精度符合和滿足工藝要求； 2、盡可能選擇時間常數(shù)小的傳感器和變送器；、盡可能選擇時間常數(shù)小的傳感器和變送器； 3、合理選擇檢測點，減小測量純滯后。、合理選擇檢測點，減小測量純滯后。6.2.3 6.2.3 檢測環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正、反作用選擇檢測環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正、反作用選擇6.2.3.1 傳感器、變送器的選擇傳感器、變送器的選擇6.2.3.2 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）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 主要是控制閥口徑的選擇，要求在正常工況下

29、，調(diào)節(jié)閥的工作開度在主要是控制閥口徑的選擇，要求在正常工況下，調(diào)節(jié)閥的工作開度在15%85%之間。之間。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 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性調(diào)節(jié)閥的理想流量特性 調(diào)節(jié)閥流量特性是指相對流量與相對位移（相對開度）之間的關(guān)系。調(diào)節(jié)閥流量特性是指相對流量與相對位移（相對開度）之間的關(guān)系。理想流量特性：保持閥二邊的工作壓力恒定（不隨閥開度變化而變）條件下測得的流量特性。理想流量特性：保持閥二邊的工作壓力恒定（不隨閥開度變化而變）條件下測得的流量特性。 6.2.3.2 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇 2.調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇（續(xù)）調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇（續(xù)）工作

30、流量特性工作流量特性 實際上的調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管道中：實際上的調(diào)節(jié)閥串聯(lián)在管道中：若若Ps恒定，但開度改變，會使恒定，但開度改變，會使Q變化，變化， PF變化，變化，PV也變化。也變化。 如：開度增大，如：開度增大，Q增大，增大，PF，PV 則實際流量特性會改變，即與理想流量特性不同。則實際流量特性會改變，即與理想流量特性不同。變化方向：變化方向： 等百分比等百分比拋物線拋物線直線直線快開快開 6.2.3.2 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇 2.調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇（續(xù)）調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇（續(xù)） 流量特性選擇流量特性選擇 流量特性選擇原則：流量特性選擇原則： 若若 K0 當(dāng)當(dāng)K0有

31、非線性時，有非線性時， 可恰當(dāng)選取閥的流量特性，可恰當(dāng)選取閥的流量特性， 讓讓 KV 的非線性的非線性 補償補償K0 的非線性，的非線性， 使整體廣義對象成線性。使整體廣義對象成線性。 則選則選 KV （等百分比）（等百分比）6.2.3.2 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇3. 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式的選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式的選擇 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式 制造上，使調(diào)節(jié)閥有氣開型和氣關(guān)型。制造上，使調(diào)節(jié)閥有氣開型和氣關(guān)型。氣開型（氣開型（Kv：+）：輸入信號（氣壓信號）增大）：輸入信號（氣壓信號）增大閥門開度增大，閥門開度增大， 也就是說，

32、無氣（無信號）時，閥門是自然關(guān)閉的也就是說，無氣（無信號）時，閥門是自然關(guān)閉的 （常閉型）（常閉型）氣關(guān)型（氣關(guān)型（Kv：-）：）： 輸入信號（氣壓信號）增大輸入信號（氣壓信號）增大閥門開度減小，閥門開度減小， 即：無信號時，閥門自然全開。即：無信號時，閥門自然全開。 （常開型）（常開型）6.2.3.2 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇 3. 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式的選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式的選擇調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)作用方式的選擇調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)作用方式的選擇 a）首要從安全性考慮（人身安全、設(shè)備安全）首要從安全性考慮（人身安全、設(shè)備安全） 在儀表發(fā)生故障，無信號（無氣壓）時

33、，在儀表發(fā)生故障，無信號（無氣壓）時， 閥門的自然狀態(tài)必須有利于安全。閥門的自然狀態(tài)必須有利于安全。 在無安全問題的情況下，再考慮以下因素在無安全問題的情況下，再考慮以下因素 b）保證產(chǎn)品質(zhì)量原則；）保證產(chǎn)品質(zhì)量原則； c）減小原料和動力浪費的經(jīng)濟原則；）減小原料和動力浪費的經(jīng)濟原則； d）基于介質(zhì)特點的工藝設(shè)備安全原則）基于介質(zhì)特點的工藝設(shè)備安全原則 6.2.3.2 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇 3. 調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式的選擇調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式的選擇： h為被控，工藝上嚴(yán)禁液體溢出。為被控，工藝上嚴(yán)禁液體溢出。要求：要求：當(dāng)選當(dāng)選Q1為控制變量時，閥為控制變量

34、時，閥1的的“氣開氣開”“”“氣關(guān)氣關(guān)”選擇；選擇；當(dāng)選當(dāng)選Q2為控制變量時，閥為控制變量時，閥2的的“氣開氣開”“”“氣關(guān)氣關(guān)”選擇。選擇。6.2.3.2 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇6.2.3.3 調(diào)節(jié)器正、負(fù)（反）作用的選擇調(diào)節(jié)器正、負(fù)（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

35、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)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：正作用：測量值正作用：測量值給定值給定

36、值反作用：給定值反作用：給定值測量值測量值 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 調(diào)節(jié)器正反作用的

37、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)。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例例2：儲槽液位控制系統(tǒng)：儲槽液位

38、控制系統(tǒng)LTLCM正正正正正正反反出料負(fù)反饋驗證：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)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律：調(diào)節(jié)規(guī)律： 簡單來說，根據(jù)系統(tǒng)偏差簡單來說，根據(jù)系統(tǒng)偏差 e(t) 產(chǎn)生輸出產(chǎn)生輸出 u(t) 的算法。也就是控制器輸出信號與輸入的算法。也就是控制器輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系，又稱信號之間的關(guān)系，又稱控制規(guī)律控制規(guī)律，控制算法控制算法。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)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 6.3 調(diào)節(jié)規(guī)律對

39、控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 （續(xù)）（續(xù)） 控制算法很多。控制算法很多。 PID（比例、積分、微分）算法是應(yīng)用最廣泛的一種算法。（比例、積分、微分）算法是應(yīng)用最廣泛的一種算法。 PID算法具有原理簡單、魯棒性強、適應(yīng)性廣等優(yōu)點。算法具有原理簡單、魯棒性強、適應(yīng)性廣等優(yōu)點。 但對個別復(fù)雜或難控過程則有一定困難。但對個別復(fù)雜或難控過程則有一定困難。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)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇uq 在在PID調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)中，比例作用是基礎(chǔ)；微比例作用是基礎(chǔ)；微分作用可以加快系統(tǒng)分作用可以加快系統(tǒng)控制速度，減小超調(diào)；

40、控制速度，減小超調(diào)；積分作用可以消除靜積分作用可以消除靜差。但不是任何對象差。但不是任何對象都是用都是用PID 控制最好?？刂谱詈?。6.3.1 (PID)調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響分析調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響分析對某一對象，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 (PID)調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響分析調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響分析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 * 動態(tài)方面：動態(tài)方面：適量的適量的微分作用克服系統(tǒng)的慣性，可提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量和穩(wěn)定性。微分作用克服系統(tǒng)的慣性，可提高

41、系統(tǒng)的控制質(zhì)量和穩(wěn)定性。 但若微分作用太大時，則又對穩(wěn)定性不利。但若微分作用太大時，則又對穩(wěn)定性不利。 注意：微分作用對純滯后無任何改進作用。有高頻干擾時慎用。注意：微分作用對純滯后無任何改進作用。有高頻干擾時慎用。* 靜態(tài)方面：微分作用對靜態(tài)沒有任何影響。靜態(tài)方面：微分作用對靜態(tài)沒有任何影響。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)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇（2）理想的）理想的PD（比例微分作用）（比例微分作用）6.3.1.4 比例積分微分（比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)）調(diào)節(jié) 綜合了上述的比例、積分、微分特性。綜合了上述的比例、積分、微分特性。6.3 調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的

42、影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 6.3.2 （PID）調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇）調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 根據(jù)上述根據(jù)上述P、I、D對控制品質(zhì)的影響，反過來根據(jù)實際要求可選定你需要（應(yīng)對控制品質(zhì)的影響，反過來根據(jù)實際要求可選定你需要（應(yīng)該選擇）的調(diào)節(jié)規(guī)律。該選擇）的調(diào)節(jié)規(guī)律。1、比例（比例（ Kc ）：）： 基本控制作用，一般都需要?；究刂谱饔?，一般都需要。 Kc 大大控制響應(yīng)快，但穩(wěn)定性差控制響應(yīng)快，但穩(wěn)定性差 Kc 小小穩(wěn)定性好，但控制響應(yīng)慢、穩(wěn)定性好，但控制響應(yīng)慢、2、積分作用（積分作用（ Ti ）：）： 唯一好處是可消除余差，但對穩(wěn)定性有害。不可太強。唯一好處是可消除余差，

43、但對穩(wěn)定性有害。不可太強。 積分作用強是指積分作用強是指 Ti 小小3、微分作用（微分作用（ Td）：）： 對慣性較大的對象適當(dāng)加點微分有好處，可提高控制速度，改善控制質(zhì)量。對慣性較大的對象適當(dāng)加點微分有好處，可提高控制速度，改善控制質(zhì)量。但不宜太大，否則控制質(zhì)量下降。有一個度。對于高頻干擾頻繁的系統(tǒng)慎用微分作但不宜太大，否則控制質(zhì)量下降。有一個度。對于高頻干擾頻繁的系統(tǒng)慎用微分作用。用。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)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 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

44、。 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MvTI越大，積分作用越大，積分作用越弱，越弱， TI = ，積分作積分作用為零。用為零。TI減小，積分減小，積分作用增強，系統(tǒng)振蕩加作用增強，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性下降。因此，劇，穩(wěn)定性下降。因此，加積分后，比例帶要適加積分后，比例帶要適當(dāng)加大。當(dāng)加大。v如果如果T1適當(dāng)，系統(tǒng)適當(dāng)，系統(tǒng)能很快消除余差。能很快消除余差。 積分時間積分時

45、間TI 對過渡過程的影響對過渡過程的影響uuuu11ue(1)PItTuuutttut TD較小較小，控制，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，太大，出現(xiàn)出現(xiàn)等幅振蕩等幅振蕩 TD合適合適，控制，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1u()PDdeeTdt4、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)。 TT

46、TC 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/T00.1，用，用P或或PI 0.10/T00.2，用，用PD或或PID 0/T00.2，用簡單控制系統(tǒng)效，用簡單控制系統(tǒng)效果不好。果不好。6.4 控制系統(tǒng)的投運與調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法控制系統(tǒng)的投運與調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法6.4.0 控制系統(tǒng)的投運控制系統(tǒng)的投運 投運投運： 將生產(chǎn)過程由人工操作方式切換到自動控制狀態(tài)的過程。將生產(chǎn)過程由人工操作方式切換到自動控制狀態(tài)的過程。 要求：要求： 人工（手動）人工（手動）自動過程自動過程 必須是平穩(wěn)的，即無擾動的。必須是平穩(wěn)的，即無擾動的?？刂葡到y(tǒng)投運（完整地）應(yīng)

47、包括：控制系統(tǒng)投運（完整地）應(yīng)包括： 將自控回路由將自控回路由“手動手動”狀態(tài)無擾動地切換到狀態(tài)無擾動地切換到“自動自動”運行狀態(tài)；運行狀態(tài)； 整定好控制器的參數(shù)。整定好控制器的參數(shù)。6.4 控制系統(tǒng)的投運與調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法控制系統(tǒng)的投運與調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法 6.4.0 控制系統(tǒng)的投運控制系統(tǒng)的投運 （續(xù)）（續(xù)）一、投運前的準(zhǔn)備一、投運前的準(zhǔn)備（1）、熟悉整個系統(tǒng)；）、熟悉整個系統(tǒng)；（2）、現(xiàn)場校驗好所有儀表；）、現(xiàn)場校驗好所有儀表；（3）、放置適當(dāng)?shù)姆糯笙禂?shù)）、放置適當(dāng)?shù)姆糯笙禂?shù)Kc（或比例度），積分時間（或比例度），積分時間Ti，微分時間，微分時間Td 或：或： 放在純比例作

48、用，且放大系數(shù)放在純比例作用，且放大系數(shù)Kc小一點（比例度大一點）；小一點（比例度大一點）；（4）、確認(rèn)閥的氣開、氣關(guān)作用；）、確認(rèn)閥的氣開、氣關(guān)作用；（5）、確認(rèn)控制器的正、反作用；）、確認(rèn)控制器的正、反作用；（6）、將控制系統(tǒng)放置在開環(huán)手動狀態(tài)。）、將控制系統(tǒng)放置在開環(huán)手動狀態(tài)。6.4.0 控制系統(tǒng)的投運控制系統(tǒng)的投運 6.4.0 控制系統(tǒng)的投運控制系統(tǒng)的投運 （續(xù)）（續(xù)）二、控制系統(tǒng)投運二、控制系統(tǒng)投運 步驟：步驟： （1）在手動狀態(tài)下，手動控制被控變量，使其接近并等于給定值）在手動狀態(tài)下，手動控制被控變量，使其接近并等于給定值 （使偏差（使偏差e0） （2）然后再將）然后再將“手動手動

49、”“自動自動”切換開關(guān)切換開關(guān) 從從“手動手動”切至切至“自動自動”。 由于跟蹤器的作用使自動輸出始終跟蹤操作輸出，又由于使由于跟蹤器的作用使自動輸出始終跟蹤操作輸出，又由于使e=0，所以切換，所以切換后操作輸出不會跳變，實現(xiàn)無擾動切換。后操作輸出不會跳變，實現(xiàn)無擾動切換。6.4.0 控制系統(tǒng)的投運控制系統(tǒng)的投運6.5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、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

50、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?？刂破鲄?shù)整定的方法很多，主要有兩大類，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。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)特性及控理論計算的方法是根

51、據(jù)已知的各環(huán)節(jié)特性及控制質(zhì)量的要求，通過理論計算出控制器的最佳參數(shù)。制質(zhì)量的要求，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(yīng)用。到推廣和應(yīng)用。q工程整定法是在已經(jīng)投運的實際控制系統(tǒng)中，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。方法是工藝技術(shù)人員在現(xiàn)場經(jīng)常使用的。6.5.1穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）穩(wěn)定

52、邊界法（臨界比例度法） 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)（臨界比例度蕩試驗所得數(shù)據(jù)（臨界比例度Pm和振蕩周期和振蕩周期Tm），按），按經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。經(jīng)驗公式求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。（1 1） 置調(diào)節(jié)器置調(diào)節(jié)器Ti ， Td=0，比例度，比例度P 較大較大值，將系統(tǒng)投入運行。值，將系統(tǒng)投入運行。（2 2） 逐漸減小逐漸減小P ，加，加干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減干擾觀察，直到出現(xiàn)等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界振蕩為止。記錄此時的臨界值值Pm和和Tm。y(t)Tm 系統(tǒng)臨界振蕩曲線系統(tǒng)臨界振蕩曲線t011u(t)()PtD

53、IdeeedtTTdt011u(t)()PtDIdeeedtTTdtv經(jīng)驗公式雖然是在實驗基礎(chǔ)上歸納出來的，但經(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)值調(diào)節(jié)器整定數(shù)值為例，可以看出為例，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，這是因為積分作用增大，這是因為積分作用產(chǎn)生一滯后相位，產(chǎn)生一滯后相位，降低了降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定度的緣故。系統(tǒng)的穩(wěn)定度的緣故。根據(jù)根據(jù)Pm和和Tm，按經(jīng)驗公式計按經(jīng)驗公式計算出控制器的算出控制器的參數(shù)整定值。參數(shù)整定值。 整定參數(shù)整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律 P（%） Ti

54、Td P 2Pm PI 2.2Pm 0.85 Tm PID 1.7Pm 0.50 Tm 0.125 Tm 表表6.1 穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計算表穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計算表011u(t)()PtDIdeeedtTTdtq 穩(wěn)定邊界方法在下面兩種情況下不宜采用：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。熄火。 工藝上的約束條件嚴(yán)格時，等幅振蕩將影

55、響生工藝上的約束條件嚴(yán)格時，等幅振蕩將影響生產(chǎn)的安全。產(chǎn)的安全。 6.5.2衰減曲線法衰減曲線法 也屬于閉環(huán)整定方法，但也屬于閉環(huán)整定方法，但不需要尋找等幅振蕩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。狀態(tài)，只需尋找最佳衰減振蕩狀態(tài)即可。方法：方法：（1 1）把調(diào)節(jié)器設(shè)成比例作用（）把調(diào)節(jié)器設(shè)成比例作用（T Ti i=，T Td d=0=0），），置于較大比例度，投入自動運行。置于較大比例度，投入自動運行。（2 2）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以）在穩(wěn)定狀態(tài)下，階躍改變給定值（通常以5%5%左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過程曲線。左右為宜），觀察調(diào)節(jié)過程曲線。（3 3）適當(dāng)改變比例度，

56、重復(fù)上述實驗，到出現(xiàn)）適當(dāng)改變比例度，重復(fù)上述實驗，到出現(xiàn)滿意的衰減曲線為止。滿意的衰減曲線為止。記下此時的比例度記下此時的比例度Ps及周期及周期Ts。（。（ n=1:4 ）n=1:10時，記時，記Ps及及TrTsTr011u(t)()PtDIdeeedtTTdt011u(t)()PtDIdeeedtTTdt（4 4）按表按表6-2（n=1:4）或按表）或按表6-3（n=1:10）求）求得各種調(diào)節(jié)規(guī)律時的整定參數(shù)。得各種調(diào)節(jié)規(guī)律時的整定參數(shù)。表表6.2 衰減比為衰減比為1:4時，時，整定參數(shù)計算表整定參數(shù)計算表表表6.3 衰減比為衰減比為1:10時，時，整定參數(shù)計算表整定參數(shù)計算表0.1Ts0

57、.3 Ts0.8PsPID 0. 5 Ts1.2PsPIPsPTdTiP（%） 整定參數(shù)整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律0.4Tr1.2Tr0.8PsPID 2Tr1.2PsPIPsPTdTiP（%） 整定參數(shù)整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律011u(t)()PtDIdeeedtTTdt6.5.3響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法屬于開環(huán)整定方法。以被控對象控制通道的階屬于開環(huán)整定方法。以被控對象控制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，通過經(jīng)驗公式求取調(diào)節(jié)器的最佳參躍響應(yīng)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。數(shù)整定值。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。給定值給定值測量變送器測量變送

58、器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象被控變量被控變量根據(jù)實驗所得響應(yīng)曲線，根據(jù)實驗所得響應(yīng)曲線，找出廣義對象的特性找出廣義對象的特性參數(shù)參數(shù)K0、T0、0，用表，用表6-4的經(jīng)驗公式求整定參數(shù)。的經(jīng)驗公式求整定參數(shù)。此方法在不加控制作用的狀態(tài)下進行，對于不允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。許工藝失控的生產(chǎn)過程，不能使用。 表表6.4 響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式響應(yīng)曲線法整定參數(shù)的公式0.5020PID3.30PIPTdTiP（%） 整定參數(shù)整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律00085.0PT 0001.1PT 000PT 011u(t)()PtDIdeeedtTTd

59、tT006.5.4 經(jīng)驗法經(jīng)驗法 憑經(jīng)驗湊試。憑經(jīng)驗湊試。 其關(guān)鍵是其關(guān)鍵是“看曲線，調(diào)參數(shù)看曲線，調(diào)參數(shù)”。在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，憑經(jīng)驗先將控制器參數(shù)在閉環(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)錄儀上觀察過渡過程曲線，根據(jù)P、 TI 、 TD對過渡對過渡過程的影響為指導(dǎo)，對比例度過程的影響為指導(dǎo)，對比例度P 、積分時間、積分時間TI和微和微分時間分時間TD逐個整定，直到獲得滿意的曲線為止。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)變經(jīng)驗法的方法簡單，但

60、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)驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。過渡過程本身較慢時，往往較為費時。6.5.5 6.5.5 幾種整定方法的比較幾種整定方法的比較q注意：注意：同一個系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。同一個系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。不同的不同的PID參數(shù)組合，有時會得到極為相近的控制參數(shù)組合，有時會得到極為相近的控制結(jié)果。結(jié)果。例如某初餾塔塔頂溫度控制系統(tǒng)，控制器采用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：以下兩組參數(shù)時： P 15 TI 7.5min P 35 TI 3 min系