Lesson12_13-簡單控制系統(tǒng)

1、p概述概述p簡單控制系統(tǒng)的方案設(shè)計簡單控制系統(tǒng)的方案設(shè)計pPIDPID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定p過程控制系統(tǒng)的投運(yùn)過程控制系統(tǒng)的投運(yùn)p簡單控制系統(tǒng)設(shè)計實例簡單控制系統(tǒng)設(shè)計實例 p干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 p貯槽液位過程控制系統(tǒng)設(shè)計貯槽液位過程控制系統(tǒng)設(shè)計 第第 8 章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)p 什么是簡單控制系統(tǒng)？什么是簡單控制系統(tǒng)？ 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)，又稱為單回路反饋控制系統(tǒng)，是，又稱為單回路反饋控制系統(tǒng)，是指由指由一個測量變送器一個測量變送器、一個控制器一個控制器、一個執(zhí)行器一個執(zhí)行器和和一個被控對象一個被控對象組成的組成的單回路閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)單

2、回路閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 第第 8 章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)儲罐液位控制系統(tǒng)儲罐液位控制系統(tǒng)第第 8 章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)換熱器溫度控制系統(tǒng)換熱器溫度控制系統(tǒng)第第 8 章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：簡單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：p簡單控制系統(tǒng)是按負(fù)反饋的原理，根據(jù)偏差進(jìn)行工簡單控制系統(tǒng)是按負(fù)反饋的原理，根據(jù)偏差進(jìn)行工作的，組成自動化裝置各環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)量均為一個，作的，組成自動化裝置各環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)量均為一個，它們與被控對象有機(jī)地構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。它們與被控對象有機(jī)地構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。 p簡單控制系統(tǒng)特點(diǎn)：簡單控制系統(tǒng)特點(diǎn)：具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、所具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠

3、、所需自動化工具少、投資成本低、便于操作和維護(hù)等優(yōu)需自動化工具少、投資成本低、便于操作和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多也是最為成熟的過程控制系統(tǒng)。點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多也是最為成熟的過程控制系統(tǒng)。第第 8 章章 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1. 1. 過程控制系統(tǒng)的基本過程過程控制系統(tǒng)的基本過程2. 2. 過程控制系統(tǒng)的基本要求過程控制系統(tǒng)的基本要求3. 3. 過程控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容過程控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容4. 4. 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟過程控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟8.1 8.1 簡單控制系統(tǒng)概述簡單控制系統(tǒng)概述1. 1. 過程控制系統(tǒng)的基本過程過程控制系統(tǒng)的基本過程p 首先全面了解被控對象

4、的動態(tài)特性和靜態(tài)特性，首先全面了解被控對象的動態(tài)特性和靜態(tài)特性， 了解工藝過程和設(shè)備了解工藝過程和設(shè)備p 其次根據(jù)技術(shù)和性能指標(biāo)，對系統(tǒng)進(jìn)行研究，其次根據(jù)技術(shù)和性能指標(biāo)，對系統(tǒng)進(jìn)行研究， 確定最佳控制方案確定最佳控制方案p 最后對過程控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計、整定和調(diào)試最后對過程控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計、整定和調(diào)試8.1 8.1 簡單控制系統(tǒng)概述簡單控制系統(tǒng)概述2. 2. 過程控制系統(tǒng)的基本要求過程控制系統(tǒng)的基本要求p 首先控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定，首先控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定， 且具有適當(dāng)穩(wěn)定裕度且具有適當(dāng)穩(wěn)定裕度p 其次系統(tǒng)是一個衰減振蕩過程，其次系統(tǒng)是一個衰減振蕩過程， 且過程時間要短，余差要小且過程時間要短，余差要小

5、8.1 8.1 簡單控制系統(tǒng)概述簡單控制系統(tǒng)概述3. 3. 過程控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容過程控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容p 控制方案的設(shè)計控制方案的設(shè)計 p合理選擇被控變量和操縱變量、信息獲取和變送合理選擇被控變量和操縱變量、信息獲取和變送p調(diào)節(jié)閥選擇、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及正反作用確定調(diào)節(jié)閥選擇、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及正反作用確定p 工程設(shè)計工程設(shè)計p儀表選型、控制室和儀表盤設(shè)計儀表選型、控制室和儀表盤設(shè)計p儀表供電供氣系統(tǒng)設(shè)計、信號聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計儀表供電供氣系統(tǒng)設(shè)計、信號聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計p 工程安裝和儀表調(diào)校工程安裝和儀表調(diào)校p 調(diào)節(jié)器參數(shù)工程整定調(diào)節(jié)器參數(shù)工程整定8.1 8.1 簡單控制系統(tǒng)概述簡單控制系統(tǒng)概述4

6、. 4. 過程控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟過程控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟p 任務(wù)分析任務(wù)分析p 建立被控對象數(shù)學(xué)模型建立被控對象數(shù)學(xué)模型p 選擇控制方案選擇控制方案p 選擇檢測、變送、調(diào)節(jié)和執(zhí)行儀表選擇檢測、變送、調(diào)節(jié)和執(zhí)行儀表p 實驗和仿真實驗和仿真8.1 8.1 簡單控制系統(tǒng)概述簡單控制系統(tǒng)概述主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： p被控對象的選擇被控對象的選擇p操縱操縱變量的選擇變量的選擇p檢測變送儀表的選擇檢測變送儀表的選擇p調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行器）的選擇p控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇p調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇8.2 8.2 簡單控制系統(tǒng)的方案設(shè)計簡單控制系統(tǒng)的方案設(shè)計5. PID如何

7、選如何選擇？擇？4. 氣開、氣開、氣關(guān)如何氣關(guān)如何選擇？選擇？操縱操縱變量變量2. 如何如何選擇？選擇？1. 如何如何選擇？選擇？6. 如何如何構(gòu)成負(fù)構(gòu)成負(fù)反饋？反饋？問題一：問題一： 被控變量的選擇問題被控變量的選擇問題3. 測量儀測量儀表如何選表如何選擇？擇？p被控變量的選擇可以遵循下面幾個原則：被控變量的選擇可以遵循下面幾個原則：1 1、能直接反映生產(chǎn)能直接反映生產(chǎn)過程過程產(chǎn)量和質(zhì)量的工藝參數(shù)作為被產(chǎn)量和質(zhì)量的工藝參數(shù)作為被 控變量控變量。 問題一：問題一： 被控變量的選擇問題被控變量的選擇問題苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)示意圖苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)示意圖需成分需成分分析儀分析儀苯苯甲苯甲苯考慮塔

8、頂考慮塔頂溫度或塔溫度或塔頂壓力頂壓力2、當(dāng)不能用、當(dāng)不能用直接參數(shù)作為直接參數(shù)作為被控變量時，被控變量時，選擇與直接參選擇與直接參數(shù)有單值對應(yīng)數(shù)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接參關(guān)系的間接參數(shù)作為被控變數(shù)作為被控變量。量。 問題一：問題一： 被控變量的選擇問題被控變量的選擇問題15在二元精餾系統(tǒng)中，塔頂易揮發(fā)物組分的濃度在二元精餾系統(tǒng)中，塔頂易揮發(fā)物組分的濃度XD，塔塔頂溫度頂溫度TD和壓力和壓力P三者之間有一定關(guān)系三者之間有一定關(guān)系。當(dāng)壓力恒定時，。當(dāng)壓力恒定時，組分組分 XD和溫度和溫度TD之間存在單值對應(yīng)關(guān)系。之間存在單值對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)溫度當(dāng)溫度TD 恒恒定時，組分定時，組分XD和壓力和壓力P之間也

9、存在單值對應(yīng)關(guān)系。之間也存在單值對應(yīng)關(guān)系。塔壓固定有利于生產(chǎn)，所以：選擇塔板溫度作為間接塔壓固定有利于生產(chǎn)，所以：選擇塔板溫度作為間接被控變量。被控變量。問題一：問題一： 被控變量的選擇問題被控變量的選擇問題3、選擇間接參數(shù)作為被控變量時，應(yīng)該具有足夠、選擇間接參數(shù)作為被控變量時，應(yīng)該具有足夠 大的靈敏度，以便能反映直接指標(biāo)參數(shù)的變化。大的靈敏度，以便能反映直接指標(biāo)參數(shù)的變化。4、被控變量的選擇必須考慮工藝過程的合理性和、被控變量的選擇必須考慮工藝過程的合理性和 所用儀表的性能。所用儀表的性能。5、注意控制系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)問題，選擇的被控變量、注意控制系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)問題，選擇的被控變量 應(yīng)該是獨(dú)立可

10、調(diào)的。應(yīng)該是獨(dú)立可調(diào)的。 解決辦法：解決辦法：解耦控制系統(tǒng)！解耦控制系統(tǒng)！問題一：問題一： 被控變量的選擇問題被控變量的選擇問題5. PID參參數(shù)如何數(shù)如何選擇？選擇？4. 氣開、氣開、氣關(guān)如何氣關(guān)如何選擇？選擇？操縱操縱變量變量2. 如何如何選擇？選擇？1. 如何如何選擇？選擇？6. 如何如何構(gòu)成負(fù)構(gòu)成負(fù)反饋？反饋？問題二：操縱變量的選擇問題問題二：操縱變量的選擇問題3. 測量儀測量儀表如何選表如何選擇？擇？p選擇操縱變量的原則：選擇操縱變量的原則： 1 1操縱變量必須是可控的。操縱變量必須是可控的。問題二：操縱變量的選擇問題問題二：操縱變量的選擇問題 2操縱變量的選擇應(yīng)充分考慮工藝的合理性

11、和操縱變量的選擇應(yīng)充分考慮工藝的合理性和 生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。 3操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對被控變量的影響 更加靈敏。更加靈敏。操縱變量干擾變量問題二：操縱變量的選擇問題問題二：操縱變量的選擇問題4. 控制通道的放大系數(shù)控制通道的放大系數(shù) K0 適當(dāng)大，時間常數(shù)適當(dāng)大，時間常數(shù) T0 適當(dāng)小，適當(dāng)小，t t0 越小越好，且越小越好，且 t t0 / T0 應(yīng)小于應(yīng)小于1; 擾動通道的放大系數(shù)擾動通道的放大系數(shù) Kf 盡可能小，時間常數(shù)盡可能小，時間常數(shù) T0 盡可能大，滯后盡可能大，滯后t tf 越大越有利于控制，同時越大越有利于控制，同時 擾動

12、引入系統(tǒng)的位置應(yīng)遠(yuǎn)離操縱變量，盡量擾動引入系統(tǒng)的位置應(yīng)遠(yuǎn)離操縱變量，盡量 靠近調(diào)節(jié)閥?？拷{(diào)節(jié)閥。5. 廣義對象由多個一階環(huán)節(jié)組成時，設(shè)法使時間廣義對象由多個一階環(huán)節(jié)組成時，設(shè)法使時間 常數(shù)錯開，第一時間常數(shù)大很多，其他時間常常數(shù)錯開，第一時間常數(shù)大很多，其他時間常 數(shù)要小。數(shù)要小。6. 注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。問題二：操縱變量的選擇問題問題二：操縱變量的選擇問題5.PID如如何選擇？何選擇？4.氣開、氣開、氣關(guān)如何氣關(guān)如何選擇？選擇？操縱操縱變量變量2.如何如何選擇？選擇？1.如何如何選擇？選擇？6.如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題三：測量儀表如何選擇

13、？問題三：測量儀表如何選擇？3.測量儀測量儀表如何選表如何選擇？擇？一、測量變送問題對控制質(zhì)量的影響一、測量變送問題對控制質(zhì)量的影響p關(guān)鍵問題：關(guān)鍵問題：測量變送中的純滯后問題測量變送中的純滯后問題測量純滯后：被控變量受干擾后，測量環(huán)節(jié)不能立即檢測量純滯后：被控變量受干擾后，測量環(huán)節(jié)不能立即檢測，而是隔一段時間后才反映出被控變量的變化。測，而是隔一段時間后才反映出被控變量的變化。p造成測量純滯后的原因有：造成測量純滯后的原因有： （1）測量元件安裝位置不當(dāng)，遠(yuǎn)離被控變量的靈測量元件安裝位置不當(dāng)，遠(yuǎn)離被控變量的靈敏敏 變化區(qū)；變化區(qū)； （2）受到工藝條件的限制，無法將測量元件安裝）受到工藝條件的

14、限制，無法將測量元件安裝在在 理想的測量點(diǎn)；理想的測量點(diǎn)； （3）成分和物性測量儀表本身存在嚴(yán)重的純滯后；）成分和物性測量儀表本身存在嚴(yán)重的純滯后； （4）測量信號的傳輸線路長造成的傳遞純滯后；）測量信號的傳輸線路長造成的傳遞純滯后； （5）測量儀表的不靈敏也可能引起純滯后問題。）測量儀表的不靈敏也可能引起純滯后問題。 問題三：測量儀表如何選擇？問題三：測量儀表如何選擇？二、克服測量變送問題的措施二、克服測量變送問題的措施1選擇快速測量元件選擇快速測量元件p某化工廠有一反應(yīng)器，如某化工廠有一反應(yīng)器，如圖所示。工藝要求反應(yīng)溫度圖所示。工藝要求反應(yīng)溫度在給定值的在給定值的3以內(nèi)，產(chǎn)品以內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量

15、符合要求。質(zhì)量符合要求。用時間常數(shù)用時間常數(shù) 100 秒傳感器秒傳感器測溫，反應(yīng)溫度在測溫，反應(yīng)溫度在2之內(nèi)，之內(nèi)，產(chǎn)品總不合格，說明實際溫產(chǎn)品總不合格，說明實際溫度波動已超出工藝范圍。度波動已超出工藝范圍。改用時間常數(shù)為改用時間常數(shù)為 5 秒熱電偶測溫，反應(yīng)溫度波動仍在秒熱電偶測溫，反應(yīng)溫度波動仍在2之內(nèi)，但產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。之內(nèi)，但產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。問題三：測量儀表如何選擇？問題三：測量儀表如何選擇？2 選好檢測點(diǎn)位置選好檢測點(diǎn)位置 檢測點(diǎn)應(yīng)選對被控變量變化感受最為靈敏檢測點(diǎn)應(yīng)選對被控變量變化感受最為靈敏, , 且最有代表性的位置。且最有代表性的位置。3 正確使用微分單元正確使用微分單元

16、若測量滯后大，可串接微分單元。若測量滯后大，可串接微分單元。4 正確選擇、安裝和使用測量裝置正確選擇、安裝和使用測量裝置可將測量環(huán)節(jié)的誤差減小到最低限度，可將測量環(huán)節(jié)的誤差減小到最低限度， 有利于提高控制精度和質(zhì)量。有利于提高控制精度和質(zhì)量。問題三：測量儀表如何選擇？問題三：測量儀表如何選擇？5.PID如如何選擇？何選擇？4.氣開、氣開、氣關(guān)如何氣關(guān)如何選擇？選擇？操縱操縱變量變量2.如何如何選擇？選擇？1.如何如何選擇？選擇？6.如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？3.測量儀測量儀表如何選表如何選擇？擇？一、調(diào)節(jié)閥類型的選擇一、調(diào)節(jié)閥類型的選擇 根

17、據(jù)對象及工藝特點(diǎn)，被控介質(zhì)（高溫高壓、劇根據(jù)對象及工藝特點(diǎn)，被控介質(zhì)（高溫高壓、劇毒、易燃易爆、易結(jié)晶、強(qiáng)腐蝕、高粘度等）、安毒、易燃易爆、易結(jié)晶、強(qiáng)腐蝕、高粘度等）、安全運(yùn)行和推力大小選擇調(diào)節(jié)閥類型。全運(yùn)行和推力大小選擇調(diào)節(jié)閥類型。 主要類型：氣動、電動主要類型：氣動、電動二、調(diào)節(jié)閥口二、調(diào)節(jié)閥口徑徑(Dg, dg)選擇選擇 主要依據(jù)閥的流通能力主要依據(jù)閥的流通能力問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？三、三、 閥流量特性的選擇閥流量特性的選擇問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？執(zhí)行器：為保證加熱爐的安全，防止加熱爐加熱管燒執(zhí)行器：為保證加熱爐的安全，防止加熱爐加熱管燒

18、壞，選用壞，選用氣開式氣開式。四、執(zhí)行器開、閉形式的選擇四、執(zhí)行器開、閉形式的選擇p氣動執(zhí)行器有氣開和氣關(guān)兩種工作方式。氣動執(zhí)行器有氣開和氣關(guān)兩種工作方式。 在控制系統(tǒng)中，選用氣開式還是氣關(guān)式，在控制系統(tǒng)中，選用氣開式還是氣關(guān)式， 主要由具體的生產(chǎn)工藝與操作安全性來決定。主要由具體的生產(chǎn)工藝與操作安全性來決定。例：如圖所示例：如圖所示加熱爐，為保加熱爐，為保證加熱爐的安證加熱爐的安全，防止加熱全，防止加熱爐加熱管燒壞爐加熱管燒壞問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，應(yīng)從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，應(yīng)選擇選擇氣關(guān)式氣關(guān)式。若考慮鍋爐后續(xù)

19、透平設(shè)備的安全，防止蒸汽帶液，若考慮鍋爐后續(xù)透平設(shè)備的安全，防止蒸汽帶液，應(yīng)選應(yīng)選氣開式氣開式。 例：例：透平透平設(shè)備設(shè)備問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？ 執(zhí)行器：當(dāng)在氣動閥供氣中斷時，防止儲罐物料全部執(zhí)行器：當(dāng)在氣動閥供氣中斷時，防止儲罐物料全部流走，采用流走，采用: :練習(xí)題：練習(xí)題：氣開式氣開式問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？執(zhí)行器選擇幾條原則執(zhí)行器選擇幾條原則:1、首先要考慮生產(chǎn)的安全。、首先要考慮生產(chǎn)的安全。2、有利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量。、有利于保證產(chǎn)品的質(zhì)量。3、有利于降低原料成本和節(jié)能。、有利于降低原料成本和節(jié)能。選擇時還需注意兩點(diǎn)：選擇時還需注意兩點(diǎn)

20、：1.按照上述原則選擇開閉形式可能會得出相互矛盾按照上述原則選擇開閉形式可能會得出相互矛盾的結(jié)果。在這種情況下，首先考慮生產(chǎn)的安全性。的結(jié)果。在這種情況下，首先考慮生產(chǎn)的安全性。2.由于工藝要求不同，同一個執(zhí)行器可以有兩種不由于工藝要求不同，同一個執(zhí)行器可以有兩種不同的選擇結(jié)果。同的選擇結(jié)果。問題四：執(zhí)行器如何選擇？問題四：執(zhí)行器如何選擇？5.PID如如何選擇？何選擇？4.氣開、氣開、氣關(guān)如何氣關(guān)如何選擇？選擇？操縱操縱變量變量2.如何如何選擇？選擇？1.如何如何選擇？選擇？6.如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題五：控制器問題五：控制器PID如何選擇？如何選擇？3.測量儀測量儀表如何選表如何

21、選擇？擇？一、控制規(guī)律的選擇一、控制規(guī)律的選擇 1 1 比例控制規(guī)律比例控制規(guī)律( (P) P) 具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。具有比例控制規(guī)律的控制器稱為比例控制器。 u 是輸出變化量，是輸出變化量，e 是輸入變化量是輸入變化量, Kc 為比例放大系數(shù)。為比例放大系數(shù)。p比例控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化比例控制器適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化 不大，控制要求不高，被控變量允許在一定范圍不大，控制要求不高，被控變量允許在一定范圍 內(nèi)有余差的場合。內(nèi)有余差的場合。 cuK e問題五：控制器問題五：控制器PID如何選擇？如何選擇？ 2 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律(PI)

22、具有比例積分控制規(guī)律的控制器。具有比例積分控制規(guī)律的控制器。 1()ciuK eedtT式中式中 Ti 為積分時間。為積分時間。 p比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律。比例積分控制規(guī)律是一種應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律。 適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控適用于調(diào)節(jié)通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控 變量又不允許有余差的場合。變量又不允許有余差的場合。問題五：控制器問題五：控制器PID如何選擇？如何選擇？3 比例積分微分控制規(guī)律（比例積分微分控制規(guī)律（PID）具有比例、積分、微分控制規(guī)律的控制器，具有比例、積分、微分控制規(guī)律的控制器， 又稱三作用控制器。又稱三作用控制器。 式中式中

23、Td 為微分時間。為微分時間。 p適合于調(diào)節(jié)通道時間或容量滯后較大、負(fù)荷變化大、適合于調(diào)節(jié)通道時間或容量滯后較大、負(fù)荷變化大、 對控制質(zhì)量要求較高的場合。對控制質(zhì)量要求較高的場合。1()cdideuK eedtTTdt問題五：控制器問題五：控制器PID如何選擇？如何選擇？5.PID如何選如何選擇？擇？4.氣開、氣開、氣關(guān)如何氣關(guān)如何選擇？選擇？操縱操縱變量變量2.如何如何選擇？選擇？1.如何如何選擇？選擇？6.如何構(gòu)如何構(gòu)成負(fù)反成負(fù)反饋？饋？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？3.測量儀測量儀表如何選表如何選擇？擇？控制器正反作用的選擇控制器正反作用的選擇o 判別準(zhǔn)

24、則：系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)規(guī)定符號的乘積為負(fù)，則該系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)。o 滿足判別式： （控制器）（執(zhí)行器）（被控對象）（變送器）=（） 問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？一、各環(huán)節(jié)正負(fù)的定義：一、各環(huán)節(jié)正負(fù)的定義：執(zhí)行器：執(zhí)行器：閥門開度隨控制器輸出信號的增加而增大閥門開度隨控制器輸出信號的增加而增大（氣開式）為（氣開式）為“+”，開度隨控制器輸出信號的增加，開度隨控制器輸出信號的增加而減小（氣關(guān)式）為而減?。怅P(guān)式）為 “- -” ；對象：對象：操縱變量隨被控變量的增加而增加為操縱變量隨被控變量的增加而增加為“+”，隨被控變量的增加而減小為隨被控變量的增加而減小為“- -

25、”； 變送器變送器：變送器輸出隨被控變量的增加而增加為：變送器輸出隨被控變量的增加而增加為“+” ，隨被控變量的增加而減小為，隨被控變量的增加而減小為“- -”。通常情況。通常情況下變送器環(huán)節(jié)取下變送器環(huán)節(jié)取“+”；問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？二、控制器正、反作用的確定二、控制器正、反作用的確定 p工業(yè)控制器一般都具有正作用和反作用兩種工工業(yè)控制器一般都具有正作用和反作用兩種工作方式。作方式。p控制器設(shè)置正、反作用的目的是為了適應(yīng)對不控制器設(shè)置正、反作用的目的是為了適應(yīng)對不同被控對象實現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋控制的需要。同被控對象實現(xiàn)閉環(huán)負(fù)反饋控制的需要?？刂破鳎嚎刂破?/p>

26、：控制器的輸出信號隨著操縱變量的增大控制器的輸出信號隨著操縱變量的增大而增加時，控制器工作于正作用方式為而增加時，控制器工作于正作用方式為“+”；控制器輸出信號隨著操縱變量的增大而減小時，控制器輸出信號隨著操縱變量的增大而減小時，控制器工作于反作用方式為控制器工作于反作用方式為“” 。問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？執(zhí)行器執(zhí)行器為保證加熱爐的安全，選用氣開式，其符號為保證加熱爐的安全，選用氣開式，其符號為為“+”。對象對象出口溫度隨燃料的增加而升高，符號為出口溫度隨燃料的增加而升高，符號為 “+”。變送器變送器輸出信號隨溫度的升高增加，符號為輸出信號隨溫度的升高

27、增加，符號為“+”。p為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號必須為為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號必須為“- -”，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。例例1 加熱爐加熱爐：1，從加熱爐安全考慮，從加熱爐安全考慮，防止?fàn)t內(nèi)管線燒裂，選防止?fàn)t內(nèi)管線燒裂，選擇氣開，氣關(guān)閥？擇氣開，氣關(guān)閥？2，選擇控制器，選擇控制器+/- -，構(gòu)，構(gòu)成負(fù)反饋。成負(fù)反饋。問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？ 執(zhí)行器執(zhí)行器為了防止在供氣中斷時物料全部流走，采用了為了防止在供氣中斷時物料全部流走，采用了 氣開式，故符號為氣開式，故符號為“+”。對象對象當(dāng)流出量增加，液位

28、是下降的，符號取為當(dāng)流出量增加，液位是下降的，符號取為“- -”。 變送器變送器輸出信號隨液位的升高增加，輸出信號隨液位的升高增加，符號為符號為“+”。p控制器選擇正作用控制器選擇正作用“+ +”，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 例例2 儲罐儲罐：1，從儲罐安全考慮，為了，從儲罐安全考慮，為了防止在供氣中斷時物料全部防止在供氣中斷時物料全部流走，選擇氣開，氣關(guān)閥？流走，選擇氣開，氣關(guān)閥？2，選擇控制器，選擇控制器+-，構(gòu)成負(fù)，構(gòu)成負(fù)反饋。反饋。問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？執(zhí)行器執(zhí)行器從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，從鍋爐安全考慮，

29、防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，應(yīng)選擇應(yīng)選擇氣關(guān)式，氣關(guān)式，“- -”。對象對象當(dāng)流入量增加，液位是增加的，符號取為當(dāng)流入量增加，液位是增加的，符號取為“+”。 變送器變送器輸出信號隨液位的升高增加，符號為輸出信號隨液位的升高增加，符號為“+”。控制器控制器選擇正作用選擇正作用“+”，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。，才能構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 思考題：思考題：1，從鍋爐安全考慮，防，從鍋爐安全考慮，防止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，止因斷水導(dǎo)致鍋爐燒爆，選擇氣開，氣關(guān)閥？選擇氣開，氣關(guān)閥？2，選擇控制器，選擇控制器+-，構(gòu)成，構(gòu)成負(fù)反饋。負(fù)反饋。問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？練習(xí)題：練

30、習(xí)題：1畫如圖控制系統(tǒng)畫如圖控制系統(tǒng)的方塊圖？的方塊圖？2分析：當(dāng)被加熱分析：當(dāng)被加熱的物料量突然增加，的物料量突然增加，控制系統(tǒng)如何克服控制系統(tǒng)如何克服擾動。擾動。問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？p為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號必須為了使各環(huán)節(jié)的總乘積為負(fù)，控制器的符號必須為為“- -”，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。，所以應(yīng)該選擇反作用控制器。問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？執(zhí)行器執(zhí)行器為保證加熱爐為保證加熱爐的安全，選用氣開式，的安全，選用氣開式，其符號為其符號為“+”。對象對象出口溫度隨燃料出口溫度隨燃料的增加而升高，

31、符號為的增加而升高，符號為 “+”。變送器。變送器輸出信輸出信號隨溫度的升高增加，號隨溫度的升高增加，符號為符號為“+”。分析：分析：物料量突然物料量突然物料溫度物料溫度溫度變送器輸出信號溫度變送器輸出信號偏差信號偏差信號控制器輸出信號控制器輸出信號 氣開閥開度氣開閥開度燃料氣燃料氣對象：物料溫度對象：物料溫度問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題六：如何構(gòu)成負(fù)反饋控制系統(tǒng)？8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用P靈敏靈敏、 簡單簡單， 只有一只有一個整定參數(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

32、除靜差能消除靜差， 又控制又控制靈敏靈敏對滯后較大的對象，對滯后較大的對象，P PI I調(diào)節(jié)較慢，效果不好調(diào)節(jié)較慢，效果不好應(yīng) 用 于 調(diào) 節(jié) 通 道 容 量滯 后 較應(yīng) 用 于 調(diào) 節(jié) 通 道 容 量滯 后 較小、負(fù)荷變化不大、精度要求小、負(fù)荷變化不大、精度要求高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如流量調(diào)節(jié)系高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)PD增 進(jìn)調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 的穩(wěn)增 進(jìn)調(diào)節(jié) 系統(tǒng) 的穩(wěn)定 性，可 調(diào)小 比例定 性，可 調(diào)小 比例度，加快調(diào)節(jié)過程度，加快調(diào)節(jié)過程，減 小動態(tài) 偏差 和靜減 小動態(tài) 偏差 和靜差差系統(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)

33、 節(jié) 通 道 容 量滯 后 較應(yīng) 用 于 調(diào) 節(jié) 通 道 容 量滯 后 較大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的對大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的對象象PID綜 合了各 類調(diào) 節(jié)左綜 合了各 類調(diào) 節(jié)左右的優(yōu)點(diǎn)右的優(yōu)點(diǎn)， 有更高的有更高的調(diào)節(jié)質(zhì)量調(diào)節(jié)質(zhì)量對滯后很大、負(fù)荷變化對滯后很大、負(fù)荷變化很大的對象很大的對象， PIDPID 調(diào)節(jié)也調(diào)節(jié)也無法滿足要求，需設(shè)計無法滿足要求，需設(shè)計復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng) 用 于 調(diào) 節(jié) 通 道 容 量滯 后 較應(yīng) 用 于 調(diào) 節(jié) 通 道 容 量滯 后 較大、負(fù)荷變化較大、精度要求大、負(fù)荷變化較大、精度要求高的對象高的對象pPID調(diào)節(jié)規(guī)律具有簡單、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，對大多調(diào)節(jié)規(guī)律具

34、有簡單、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，對大多數(shù)被控對象都實用。數(shù)被控對象都實用。p本節(jié)所講述的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，就是通過一定的方本節(jié)所講述的調(diào)節(jié)器參數(shù)整定，就是通過一定的方法和步驟，確定法和步驟，確定PID調(diào)節(jié)器的比例度調(diào)節(jié)器的比例度 d d、積分時間、積分時間 TI和微分時間和微分時間 Td 的具體數(shù)值，使系統(tǒng)的過程過程達(dá)到最的具體數(shù)值，使系統(tǒng)的過程過程達(dá)到最佳狀態(tài)。佳狀態(tài)。p一般以瞬時響應(yīng)衰減率一般以瞬時響應(yīng)衰減率 f f = 0.75 0.9 (衰減比衰減比 n = 4:1)作為系統(tǒng)主要性能指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定穩(wěn)作為系統(tǒng)主要性能指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定穩(wěn)定性儲備。同時還應(yīng)盡量減小穩(wěn)態(tài)偏差定性儲備。同

35、時還應(yīng)盡量減小穩(wěn)態(tài)偏差(余差余差)、最大、最大偏差和過渡過程時間。偏差和過渡過程時間。p對大多數(shù)控制系統(tǒng)，過渡過程響應(yīng)曲線達(dá)到衰減比對大多數(shù)控制系統(tǒng)，過渡過程響應(yīng)曲線達(dá)到衰減比為為4:1時，為最佳過渡過程響應(yīng)曲線。時，為最佳過渡過程響應(yīng)曲線。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定整定基本方法：整定基本方法：p理論計算整定法理論計算整定法p工程整定方法工程整定方法p自整定法自整定法p計算機(jī)仿真尋優(yōu)整定法計算機(jī)仿真尋優(yōu)整定法8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定p理論計算整定法理論計算整定法主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參

36、數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。以直接用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。( (一般很少采用）。一般很少采用）。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定p工程整定方法工程整定方法主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PIDPID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，法、反

37、應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對其共同點(diǎn)都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定?？刂破鲄?shù)進(jìn)行整定。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定p自整定法自整定法對一個正在運(yùn)行中的控制系統(tǒng)，特別是設(shè)定值改變對一個正在運(yùn)行中的控制系統(tǒng)，特別是設(shè)定值改變的控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動整定控制回路中的的控制系統(tǒng)，進(jìn)行自動整定控制回路中的PID參參數(shù)。數(shù)。p計算機(jī)仿真尋優(yōu)整定法計算機(jī)仿真尋優(yōu)整定法利用最優(yōu)積分準(zhǔn)則，通過計算機(jī)仿真求出調(diào)節(jié)器參數(shù)利用最優(yōu)積分準(zhǔn)則，通過計算機(jī)仿真求出調(diào)節(jié)器參數(shù)的最優(yōu)值，該方法應(yīng)用越來越廣泛。的最優(yōu)值，該方法應(yīng)用越來越

38、廣泛。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定o響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法o穩(wěn)定邊界法穩(wěn)定邊界法o衰減曲線法衰減曲線法 o經(jīng)驗整定法經(jīng)驗整定法o計算機(jī)仿真尋優(yōu)法計算機(jī)仿真尋優(yōu)法)1(10dtdeTedtTeuDtId d8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定(1) (1) 響應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)法）響應(yīng)曲線法（動態(tài)特性參數(shù)法）o背景：背景：1942年由齊格勒年由齊格勒(Ziegler)和尼科爾斯和尼科爾斯(Nichols)首先提出。首先提出。o屬于開環(huán)整定法。屬于開環(huán)整定法。o使用方法的前提是，廣義被控對象的階躍響使用方法的前提是，廣義被控對象的階躍響應(yīng)可用一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲來近似

39、。應(yīng)可用一階慣性環(huán)節(jié)加純延遲來近似。seTsKsGt1)(8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定o基本過程基本過程n若廣義被控對象的階躍響應(yīng)可用一階慣性環(huán)節(jié)若廣義被控對象的階躍響應(yīng)可用一階慣性環(huán)節(jié) 加純延遲來近似加純延遲來近似n做實驗得對象參數(shù)做實驗得對象參數(shù)n再根據(jù)再根據(jù)ZN調(diào)節(jié)器參數(shù)整定公式求取調(diào)節(jié)器參數(shù)整定公式求取PID參數(shù)：參數(shù)：seTsKsGt1)(t,TK)1(10dtdeTedtTeuDtId8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定響應(yīng)曲線法具體步驟：響應(yīng)曲線法具體步驟：o以衰減率以衰減率 為性能指標(biāo)的為性能指標(biāo)的柯恩柯恩(Cohen)-庫恩庫恩(Coon)整定公式

40、整定公式 o以各種誤差積分值為系統(tǒng)性能指標(biāo)的以各種誤差積分值為系統(tǒng)性能指標(biāo)的調(diào)節(jié)器最佳數(shù)整定公式調(diào)節(jié)器最佳數(shù)整定公式 75. 01( /)0.333 PK KTt120.9( / )0.082/3.33( / ) 0.3( / ) /1 2.2( / ) PIK KTT TTTTtttt121.35( / )0.27/2.5( / ) 0.5( / ) /1 0.6( / ) /0.37( / )/1 0.2( / )PIDK KTT TTTTTTTTtttttt1）比例調(diào)節(jié)器比例調(diào)節(jié)器2 2）比例積分調(diào)節(jié)器）比例積分調(diào)節(jié)器 3 3）比例積分微分調(diào)節(jié)器）比例積分微分調(diào)節(jié)器(2) (2) 穩(wěn)定邊

41、界法（臨界比例度法）穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）o是閉環(huán)的整定方法。是閉環(huán)的整定方法。o基于純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)，基于純比例控制系統(tǒng)臨界振蕩試驗所得數(shù)據(jù)，即臨界即臨界比例度比例度 d dpr 和臨界振蕩周期和臨界振蕩周期 Tpr，利，利用用經(jīng)驗公式，求取調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)值。經(jīng)驗公式，求取調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)值。o方法操作要點(diǎn)：方法操作要點(diǎn)：純比例調(diào)節(jié)下純比例調(diào)節(jié)下調(diào)比例帶，使系調(diào)比例帶，使系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定注意：注意： 在采用這種方法時，在采用這種方法時，控制系統(tǒng)應(yīng)工作在線性區(qū)控制系統(tǒng)應(yīng)工作在線性區(qū)，否，否則得到的持續(xù)振蕩曲線可能是

42、極限環(huán)，不能依據(jù)此時則得到的持續(xù)振蕩曲線可能是極限環(huán)，不能依據(jù)此時的數(shù)據(jù)來計算整定參數(shù)。的數(shù)據(jù)來計算整定參數(shù)。 由于被控對象特性的不同，按上述經(jīng)驗公式求得的由于被控對象特性的不同，按上述經(jīng)驗公式求得的調(diào)節(jié)器整定參數(shù)不一定都能獲得滿意的結(jié)果。為此，調(diào)節(jié)器整定參數(shù)不一定都能獲得滿意的結(jié)果。為此，在實際應(yīng)用時，需要針對具體系統(tǒng)，對上述求得的調(diào)在實際應(yīng)用時，需要針對具體系統(tǒng)，對上述求得的調(diào)節(jié)器參數(shù)作在線校正。節(jié)器參數(shù)作在線校正。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定(3) (3) 衰減曲線法（阻尼振蕩法）衰減曲線法（阻尼振蕩法）o也是閉環(huán)整定方法也是閉環(huán)整定方法 o整定的依據(jù)同穩(wěn)定邊界法，也是

43、純比例調(diào)節(jié)下整定的依據(jù)同穩(wěn)定邊界法，也是純比例調(diào)節(jié)下的試驗數(shù)據(jù)，的試驗數(shù)據(jù)，o不同的只是這里的試驗數(shù)據(jù)來自系統(tǒng)的不同的只是這里的試驗數(shù)據(jù)來自系統(tǒng)的衰減振衰減振蕩蕩，且衰減比特定，且衰減比特定(通常為通常為4:1或或10:1)，o之后就與穩(wěn)定邊界法一樣，也是利用一些經(jīng)驗之后就與穩(wěn)定邊界法一樣，也是利用一些經(jīng)驗公式，求取調(diào)節(jié)器相應(yīng)的整定參數(shù)。公式，求取調(diào)節(jié)器相應(yīng)的整定參數(shù)。 8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定4 :14 :1衰減振蕩曲線衰減振蕩曲線10 :110 :1衰減振蕩曲線衰減振蕩曲線Tr8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定(4) (4) 經(jīng)驗整定法經(jīng)驗整定法o實質(zhì)上是

44、一種實質(zhì)上是一種試湊法試湊法，它是在生產(chǎn)實踐中總結(jié)，它是在生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣出來的行之有效的方法，并在現(xiàn)場中得到了廣泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用。o基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，確定一組調(diào)節(jié)器基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，然后人為地加參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，然后人為地加入階躍擾動（如改變調(diào)節(jié)器的給定值），觀察入階躍擾動（如改變調(diào)節(jié)器的給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)曲線。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿意，則根據(jù)各整定參數(shù)對控制過控制質(zhì)量不滿意，則根據(jù)各整定參數(shù)對控制過程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這

45、樣反復(fù)試驗，直程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗，直到滿意為止。到滿意為止。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定p經(jīng)驗法簡單可靠，但需要有一定現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗，整經(jīng)驗法簡單可靠，但需要有一定現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗，整定時易帶有主觀片面性。當(dāng)采用定時易帶有主觀片面性。當(dāng)采用PID調(diào)節(jié)器時，有多調(diào)節(jié)器時，有多個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，不易得到最佳整個整定參數(shù)，反復(fù)試湊的次數(shù)增多，不易得到最佳整定參數(shù)。定參數(shù)。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定各種控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律選擇（經(jīng)驗）各種控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律選擇（經(jīng)驗）o流量系統(tǒng)流量系統(tǒng): :典型的快過程典型的快過程, ,宜用宜用PI,PI,

46、且比例度要大且比例度要大, ,積積分時間可小。分時間可小。o液位系統(tǒng)液位系統(tǒng): :對只需實現(xiàn)平均液位控制的地方對只需實現(xiàn)平均液位控制的地方, ,宜用純宜用純比例比例P,P,比例度要大。比例度要大。o溫度系統(tǒng)溫度系統(tǒng): :宜取宜取PIDPID。對間接加熱的溫度系統(tǒng)。對間接加熱的溫度系統(tǒng), ,因為因為測量變送滯后和熱傳滯后測量變送滯后和熱傳滯后, ,所以很緩慢所以很緩慢. .比例度設(shè)置比例度設(shè)置范圍約范圍約202060%,60%,但還與溫度變送器量程范圍和調(diào)節(jié)但還與溫度變送器量程范圍和調(diào)節(jié)伐的尺寸有關(guān)伐的尺寸有關(guān), ,一般積分時間較大一般積分時間較大, ,微分時間約是積微分時間約是積分時間的四分之

47、一。分時間的四分之一。o壓力系統(tǒng)壓力系統(tǒng): :過程有快的過程有快的, ,接近流量接近流量, ,也有慢的也有慢的, ,接近溫接近溫度。度。經(jīng)驗整定法步驟經(jīng)驗整定法步驟：(5) (5) 計算機(jī)仿真尋優(yōu)法計算機(jī)仿真尋優(yōu)法o根據(jù)廣義對象特性參數(shù)根據(jù)廣義對象特性參數(shù)K0，T0，應(yīng)用最優(yōu)積分準(zhǔn)，應(yīng)用最優(yōu)積分準(zhǔn)則則(IAE、ISE、ITAE)值最小為準(zhǔn)則，求得調(diào)節(jié)器整值最小為準(zhǔn)則，求得調(diào)節(jié)器整定參數(shù)的最佳值。定參數(shù)的最佳值。o 整定方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較整定方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)響應(yīng)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)安全試驗費(fèi)時經(jīng)驗整

48、定法系統(tǒng)閉環(huán)無需計算需要經(jīng)驗8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定工程整定方法口訣工程整定方法口訣o參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查；參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查；o先是比例后積分，最后再把微分加。先是比例后積分，最后再把微分加。o曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；o曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳。曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳。o曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降；曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降；o曲線波動周期長，積分時間再加長。曲線波動周期長，積分時間再加長。o曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；曲線振蕩頻率快，先把微分降下來；o動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長

49、。動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長。o理想曲線兩個波，前高后低理想曲線兩個波，前高后低 4比比1；o一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。8.3 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定p在控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝或檢修之后，下步工作是在控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝或檢修之后，下步工作是如何將控制系統(tǒng)投運(yùn)。為了保證控制系統(tǒng)能順利地一如何將控制系統(tǒng)投運(yùn)。為了保證控制系統(tǒng)能順利地一次投運(yùn)成功，通常涉及到以下幾個步驟：次投運(yùn)成功，通常涉及到以下幾個步驟： 1 作好準(zhǔn)備工作；作好準(zhǔn)備工作； 2 線路和管路的核查；線路和管路的核查； 3 各種自動化儀表的檢查；各種自動化儀表的檢查； 4 測量儀

50、表和執(zhí)行器的投運(yùn)；測量儀表和執(zhí)行器的投運(yùn)； 5 手動控制與自動控制的切換。手動控制與自動控制的切換。p控制器由手動切換到自動后，控制系統(tǒng)便進(jìn)入自動控制器由手動切換到自動后，控制系統(tǒng)便進(jìn)入自動控制狀態(tài)。為使控制系統(tǒng)獲得最佳效果，需對控制狀態(tài)。為使控制系統(tǒng)獲得最佳效果，需對PIDPID控控制器參數(shù)進(jìn)行整定。制器參數(shù)進(jìn)行整定。8.4 過程控制系統(tǒng)的投運(yùn)過程控制系統(tǒng)的投運(yùn)8.5 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計實例簡單控制系統(tǒng)設(shè)計實例 8.5.1 干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 乳化物干燥過程示意圖乳化物干燥過程示意圖 由于乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，也不由于乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，

51、也不能用泵抽送，因而采用能用泵抽送，因而采用高位槽高位槽的辦法。的辦法。 由于需要蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，由于需要蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，并隨濕空氣一起送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后并隨濕空氣一起送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，因的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動太大，因而需要對而需要對干燥的溫度干燥的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。進(jìn)行嚴(yán)格控制。試驗證明，若溫度波動在試驗證明，若溫度波動在2以內(nèi)，則產(chǎn)品質(zhì)量符以內(nèi)，則產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。合要求。(1) 工藝要求工藝要求 8.5.1 干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 (2) 方案設(shè)計

52、與參數(shù)整定方案設(shè)計與參數(shù)整定 1. 被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇 1）被控參數(shù)的選擇）被控參數(shù)的選擇 根據(jù)生產(chǎn)工藝，水分含量與干燥溫度密切相關(guān)。根據(jù)生產(chǎn)工藝，水分含量與干燥溫度密切相關(guān)。選用干燥的溫度為被控參數(shù)，水分與溫度一一對選用干燥的溫度為被控參數(shù)，水分與溫度一一對應(yīng)，將溫度控制在一定數(shù)值上，就可保證乳化物應(yīng)，將溫度控制在一定數(shù)值上，就可保證乳化物的水分含量。的水分含量。8.5.1 干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 2）控制參數(shù)的選擇）控制參數(shù)的選擇 經(jīng)過對裝置的分析，可知經(jīng)過對裝置的分析，可知影響干燥器溫度的影響干燥器溫度的因素有乳液流量因素有乳液流量 旁

53、路空氣流量旁路空氣流量 和和加加熱蒸汽流量熱蒸汽流量 )(1tf2( )f t3( )f t任選一個作控制參數(shù)，均可構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。任選一個作控制參數(shù)，均可構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。 經(jīng)分析可知：經(jīng)分析可知：旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，它與選取乳液流量為控制風(fēng)管進(jìn)入干燥器，它與選取乳液流量為控制參數(shù)相比雖然控制通道存在一定的純滯后，參數(shù)相比雖然控制通道存在一定的純滯后，對干燥溫度校正作用的靈敏度雖然差一些，對干燥溫度校正作用的靈敏度雖然差一些，但可通過縮短傳輸管道的長度而減小純滯后但可通過縮短傳輸管道的長度而減小純滯后時間。因此，它是三個方時間。因此，它是三個

54、方案中最適宜的。案中最適宜的。 8.5.1 干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 乳化物干燥過程示意圖乳化物干燥過程示意圖 乳液流量乳液流量 f1(t)空氣流量空氣流量 f2(t)蒸汽流量蒸汽流量 f3(t)8.5.1 干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 旁路風(fēng)量為控制參數(shù)時的系統(tǒng)框圖：旁路風(fēng)量為控制參數(shù)時的系統(tǒng)框圖：8.5.1 干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計 2儀表的選擇儀表的選擇 選用選用DDZ-型儀表，具體過程如下：型儀表，具體過程如下：1）測溫元件及變送器的選擇）測溫元件及變送器的選擇被控溫度低于被控溫度低于500，所以選用鉑熱電阻溫度計。，所以選用鉑熱電阻溫度計。并采用三線制接法，配用溫度