過程控制工程第一章單回路控制系統(tǒng)

過程控制工程第一章單回路控制系統(tǒng)第1頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●

單回路反饋控制系統(tǒng)

四個基本環(huán)節(jié)：被控對象、測量變送、控制器和控制閥反饋控制中的最基本系統(tǒng)特點：簡單、有效、應(yīng)用最成熟、最普遍---占70%以上第2頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四例2：水槽液位控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成F1增加→L增加→變送器輸出信號增加→偏差（測量值-設(shè)定值）為正、增加→控制器輸出減小→閥開度增加→F2增加→L降低；工作過程：F1F2LCF1F2A.C

第3頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成控制器控制閥被控對象測量變送偏差給定測量液位●給定量位于系統(tǒng)的輸入端，稱為系統(tǒng)輸入量。也稱為參考輸入量（信號）。●被控制量位于系統(tǒng)的輸出端，稱為系統(tǒng)輸出量?！?/p>

輸出量（全部或一部分）通過測量裝置返回系統(tǒng)的輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差（給定信號與返回的輸出信號之差）信號。輸出量的返回過程稱為反饋。返回的全部或部分輸出信號稱為反饋信號。第4頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成●控制系統(tǒng)的原理和作用（定值）●維持被控參數(shù)保持在設(shè)定值上，偏差越小越好●偏差控制：糾正偏差過程工業(yè)中，此類系統(tǒng)占大多數(shù)●按被控參數(shù)分類：溫度控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路第5頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運和整定 實驗：單回路控制系統(tǒng)連接、投運和整定、質(zhì)量研究第1章第6頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四●控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)

1.2被控變量的選擇即，要控制什么基于工藝要求，選擇的結(jié)果直接影響生產(chǎn)（產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)安全）第7頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四●分類1.2被控變量的選擇直接控制

最基本的熱工參數(shù)，一般是可以直接進(jìn)行測量和控制的參數(shù)溫度、壓力、液位、流量間接控制

質(zhì)量指標(biāo)，以及一些特殊的參數(shù)成份、物性參數(shù)等，在一般條件下，無法直接測量和控制應(yīng)根據(jù)工藝參數(shù)的關(guān)系，用可測的參數(shù)，間接進(jìn)行控制第8頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.2被控變量的選擇例1：苯、甲苯二元精餾系統(tǒng)

質(zhì)量指標(biāo)是最重要的控制參數(shù)如塔頂產(chǎn)品的純度xD

但xD

目前無法直接測量，因此，只能用間接控制參數(shù)進(jìn)行控制。根據(jù)精餾原理，xD=f(TD,p),即與溫度和壓力成非線性函數(shù)關(guān)系。理論上，固定一項，就可用另一項控制xD

。一般的，實際中都采用恒定p，通過控制塔頂溫度來控制塔頂成分。

第9頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.2被控變量的選擇選擇原則：（1）

測量滯后P

（2）

工藝合理性T工藝合理性：①規(guī)定塔壓穩(wěn)定，保證分離度，保證效率②各塊塔板壓力恒定，XD與T有對應(yīng)關(guān)系∴選擇XD=F（T）050100%苯、甲苯百分含量（%）050100%TP一定T一定P第10頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.2被控變量的選擇●選擇被控變量的原則（1）盡可能選擇直接質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)；（2）必須選擇間接量指標(biāo)參數(shù)時，選擇對目標(biāo)參數(shù)影響最顯著的可控參數(shù)，單值對應(yīng)關(guān)系最好；（3）靈敏度好，反映產(chǎn)品質(zhì)量變化，易于控制；（4）考慮工藝的合理性、測量儀表的選擇。操縱變量的選擇：（1）一般選系統(tǒng)中可以調(diào)整的物料量或能量參數(shù)，多是流量；（2）不止一個，重要因素第11頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運和整定 實驗：單回路控制系統(tǒng)連接、投運和整定、質(zhì)量研究第1章第12頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●對象特性分析精餾塔:

影響塔頂成分的有,溫度、壓力、進(jìn)料流量、進(jìn)料成分等

對于實際過程，影響輸出的因素一般不只一個，因此，實際上都是多輸入系統(tǒng)（MIMO)F1F2FnY第13頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇設(shè)計單回路控制系統(tǒng):

必須從影響被控量的諸多影響參數(shù)中

選擇一個，作為操縱變量

其它影響量則只能視作干擾量了控制：用操縱量克服干擾量對被控變量的影響F1(s)F2(s)U(s)Y(s)Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s)F1(s)+GPD2(s)F2(s)第14頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇操縱量—輸出：控制通道干擾量—輸出：干擾通道干擾作用與控制作用相互對立而存在問題：如何選擇一個良好的操縱變量。分析通道特性通道的概念：通道就是某個參數(shù)影響另外一個參數(shù)的通路第15頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●

干擾通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)

GPC(s)Y(s)F(s)干擾作用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：第16頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大倍數(shù)Kf的影響結(jié)論：

Kf越大，系統(tǒng)的余差也越大，控制質(zhì)量越差Y()=Kf1+KCKo分析過程：Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)GPC(s)F(s)第17頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時間常數(shù)Tf的影響

結(jié)論：Tf越大，個數(shù)越多，干擾對被控變量的影響越小，系統(tǒng)的動態(tài)偏差越小，控制質(zhì)量提高干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置：越離被控變量近的干擾，對被控變量的影響也越大第18頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯后τf的影響

結(jié)論：

干擾通道的純滯后對控制系統(tǒng)質(zhì)量沒有影響，只是滯后了干擾對控制的影響Y(s)=GPD(s)e-τs1+Gc(s)

GPC(s)F(s)第19頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇

干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響特性參數(shù)靜態(tài)質(zhì)量的影響動態(tài)質(zhì)量的影響Kf增加余差增加無影響Tf增加無影響過渡過程時間減小，振蕩幅值減小f增加無影響無影響第20頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●

控制通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)第21頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（1）放大倍數(shù)K0的影響靜態(tài)：控制通道放大倍數(shù)K0大，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差小，見式（1-7）動態(tài)：控制系統(tǒng)衰減比ξ與Kc與K0的乘積有關(guān)，見式（1-18），且

KcK0越大，ξ越小，穩(wěn)定性差，因此，要保證KcK0=常數(shù)。在KcK0=常數(shù)情況下，控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)余差不變。從控制角度看，K0大些，說明控制通道對系統(tǒng)的影響大，易于調(diào)節(jié)，因此，一般希望K0大些好第22頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（2）時間常數(shù)T0的影響從控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)推導(dǎo)進(jìn)行分析結(jié)論：控制通道的時間常數(shù)大，經(jīng)過的容量數(shù)多，系統(tǒng)的工作頻率低，控制不及時、系統(tǒng)控制質(zhì)量差，如溫度系統(tǒng)。

一般希望控制通道時間常數(shù)小些好。但控制通道時間常數(shù)過小，將使得系統(tǒng)過于靈敏，也會使穩(wěn)定性變差，如流量系統(tǒng)

第23頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇（3）純滯后τ0的影響

結(jié)論：純滯后τ0的存在，使得控制不及時，增加動態(tài)偏差，降低穩(wěn)定性。

控制通道純滯后是控制系統(tǒng)非常不利的因素，會嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)品質(zhì)，以至于使控制系統(tǒng)發(fā)散，造成嚴(yán)重后果，因此，實際工程中，必須重視。

第24頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇●操縱變量的選擇

兼顧考慮工藝的合理性，工藝上不易頻繁改變的量也不宜作為操縱變量。實質(zhì)上是決定了控制通道的選擇。原則：（1）

操縱變量必須可控（2）

選擇通道放大倍數(shù)相對大的（3）選擇通道時間常數(shù)相對小的（干擾通道時間常數(shù)大些）（4）選擇通道的純滯后盡量?。?）選擇使干擾點遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥第25頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇控制通道特性對控制質(zhì)量的影響圖特性參數(shù)對靜態(tài)質(zhì)量的影響對動態(tài)質(zhì)量的影響K0增加余差減?。ǚ€(wěn)定前提下）系統(tǒng)趨向于振蕩T0增加無影響過渡過程時間增加，系統(tǒng)頻率變慢0增加無影響穩(wěn)定程度大大降低第26頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運和整定 實驗：單回路控制系統(tǒng)連接、投運和整定、質(zhì)量研究第1章第27頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.4控制閥的選擇控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件接受控制器的命令執(zhí)行控制任務(wù)。選擇內(nèi)容：口徑大小、開閉形式、流量特性、結(jié)構(gòu)形式第28頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四口徑大小●●直接決定介質(zhì)流過的能力1.4控制閥的選擇

通過計算閥的流通能力，并且保證具有一定的余量，具有較寬的可控范圍。

口徑過大，正常流量時閥門處于小的開度，閥的特性不好；

口徑過小，正常流量時閥門處于大的開度，閥的特性也不好。第29頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四開閉形式●●氣動控制閥：1.4控制閥的選擇●電動控制閥：一般均為電開式（電機帶動閥門）氣開式—輸入氣壓信號（來自控制器）增大，閥的開度增大；氣閉式—輸入氣壓信號（來自控制器）增大，閥的開度減??；第30頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四控制閥的氣開、閉形式的選擇原則：●1.4控制閥的選擇（1）安全角度：即當(dāng)出現(xiàn)意外事故時，如氣源中斷，或電源中斷，此時輸入控制閥的氣壓信號最小，這時，考慮到工藝設(shè)備的安全性，必須使閥門全閉（氣開式）或閥門全開（氣閉式）如：鍋爐燃?xì)饪刂崎y——氣開式

（2）質(zhì)量角度：出現(xiàn)以外事故，考慮產(chǎn)品質(zhì)量（3）消耗角度：原料、成品及動力消耗（4）介質(zhì)特點：特殊介質(zhì)，考慮氣結(jié)晶、蒸發(fā)等因素

具體工藝過程，對控制閥開閉有要求的場合，要區(qū)分主次因素（安全第一），對控制閥開閉沒有要求時，可以任選第31頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.4控制閥的選擇流量特性●流量特性：指流體通過閥門的相對流量和閥門相對開度之間的關(guān)系

Q/Qmax=f(L/Lmax)Q/Qmax相對流量f(L/Lmax)相對開度第32頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.4控制閥的選擇流量特性●

目前控制閥的特性有三種：

線性特性、對數(shù)特性（等百分比特性）、快開特性

L/LmaxF/Fmax第33頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

一般的，生產(chǎn)負(fù)荷變化→對象特性發(fā)生變化如，熱交換器：負(fù)荷（被加熱的流體）增大：通過熱交換器的時間縮短，純滯后減?。惶匦愿淖兞魉僭龃?，傳熱效果變好控制系統(tǒng)投運時，已經(jīng)整定好了PID參數(shù)，一旦對象特性發(fā)生變化時，原來好的PID參數(shù)就變得不好了1.4控制閥的選擇流量特性●●什么時候選擇非線性特性？第34頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四（1）選擇自整定調(diào)節(jié)器，代價大（2）通過控制閥的特性選擇進(jìn)行彌補

K∝1/K0G0如對象負(fù)荷靜態(tài)部分K0與控制閥流量F成反比，對象負(fù)荷動態(tài)部分G0與控制閥流量F成正比，控制閥特性取線性；P15表1-1控制閥流量特性的選擇課本P15分析的例子P16表1-2控制閥流量特性經(jīng)驗選擇1.4控制閥的選擇流量特性●解決辦法：第35頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.4控制閥的選擇結(jié)構(gòu)形式●直通單座、直通雙座、角閥、高壓閥、蝶閥、隔膜閥、三通閥適用于不同工藝場合表1-4

ABC第36頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.4控制閥的選擇閥門定位器●

控制閥的輔助裝置

接受控制器信號，輸出控制控制閥

作用：

提高控制閥控制精度，準(zhǔn)確定位；功率放大；可改變控制閥流量特性；可實現(xiàn)分程控制

第37頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運和整定 實驗：單回路控制系統(tǒng)連接、投運和整定、質(zhì)量研究第1章第38頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.5測量及傳送滯后的影響及消除方法測量滯后的影響●●容量滯后：

由于測量元件具有一定的時間常數(shù)，一階慣性環(huán)節(jié)理論上講，只有當(dāng)過渡時間無限長時，輸出才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)（等于工藝參數(shù)值）。因此，測量變送的輸出一般小于工藝參數(shù)實際值，不利于系統(tǒng)控制測量變送裝置的容量滯后對控制系統(tǒng)不利。第39頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.5測量及傳送滯后的影響及消除方法測量滯后的影響●●純滯后：

參數(shù)變化信號傳遞到測量點需要一定的時間

使得廣義對象中含有純滯后環(huán)節(jié)，不利于控制，要盡量克服第40頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.5測量及傳送滯后的影響及消除方法傳遞滯后的影響●

測量信號傳送滯后：變送器→控制室控制信號傳送滯后：控制室→控制閥

生產(chǎn)現(xiàn)場與控制室有較長的一段距離，對于氣動信號的傳遞，就會產(chǎn)生信號的傳送滯后。一般比較小，對于電信號，可以忽略。

第41頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.5測量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●測量滯后：選擇快速反應(yīng)的測量元件，以減小時間常數(shù)選擇合適的測量點，以減小純滯后使用微分單元，以克服容量滯后

微分環(huán)節(jié)起到超前作用，參考書上的推導(dǎo)，在分子上多了一個零點，對給定值的變化起到快速跟蹤作用。但是，微分環(huán)節(jié)會使得系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，因此，要合理使用。

第42頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.5測量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法●●傳送滯后：一般，氣動儀表容易產(chǎn)生傳送滯后，在氣動管線比較長時，可考慮加入氣動繼動裝置。第43頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運和整定 實驗：單回路控制系統(tǒng)連接、投運和整定、質(zhì)量研究第1章教學(xué)進(jìn)程第44頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇控制質(zhì)量：系統(tǒng)的穩(wěn)定性系統(tǒng)的靜態(tài)誤差系統(tǒng)的動態(tài)誤差PID

三作用控制器PID：Proportional

IntegralDerivativePID控制：對偏差信號

(t)進(jìn)行比例、積分和微分運算變換后形成的一種控制規(guī)律。第45頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四其中：Kpe

(t)——

比例控制項，Kp為比例系數(shù)

——

積分控制項，Ti為積分時間常數(shù)；

——

微分控制項，d為微分時間常數(shù)；1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇

PID控制器，3個可調(diào)整的參數(shù)：比例度δ（P）、積分時間Ti（I）、微分時間Td（D）

PID控制的傳遞函數(shù)：第46頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇●PID控制是控制工程中技術(shù)成熟、理論完善、應(yīng)用最為廣泛的一種控制策略，經(jīng)過長期的工程實踐，已形成了一套完整的控制方法和典型結(jié)構(gòu)?！裨诤芏嗲樾蜗拢琍ID控制并不一定需要全部的三項控制作用，而是可以方便靈活地改變控制策略，實施P、PI、PD或PID控制。顯然，比例控制部分是必不可少的?！馪ID不僅適用于數(shù)學(xué)模型已知的控制系統(tǒng)，而且對大多數(shù)數(shù)學(xué)模型難以確定的工業(yè)過程也可應(yīng)用?！馪ID控制參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)靈活，在眾多工業(yè)過程控制中取得了滿意的應(yīng)用效果。第47頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.6.1控制器參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響R(s)E(s)Gc(s)Go(s)F(s)F(s)Go(s)E(s)Gc(s)第48頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四終值定理：1.6.1控制器參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響結(jié)論：

當(dāng)控制器為純比例作用時，系統(tǒng)余差與放大倍數(shù)成反比，即與比例度成正比，比例度δ越大，余差越大；當(dāng)控制器引入積分作用時，可消除余差；微分作用對余差沒有影響。

第49頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.6.2對系統(tǒng)動態(tài)誤差的影響（1）比例放大倍數(shù)K的影響：

Kc0，相當(dāng)于開路

Kc

控制精度提高（余差減?。?/p>

系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，只有原系統(tǒng)穩(wěn)定裕量充分大時才采用純比例控制。0ty(t)

Kc增大比例控制器：第50頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四（2）Ti的影響：比例作用基礎(chǔ)上疊加對偏差的積分輸出—消除余差

Ti小，積分作用強，消除余差的能力強，但是，系統(tǒng)振蕩加劇，衰減比變?。?/p>

Ti大，積分作用弱，消除余差的能力弱。

1.6.2對系統(tǒng)動態(tài)誤差的影響

PI控制器：0ty(t)

Ti減小第51頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四（3）微分時間Td

：

也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID

微分輸出與偏差變化速度成正比，

——“超前”調(diào)節(jié)作用

Td大，微分作用大，控制系統(tǒng)靈敏，但穩(wěn)定性變差P、I、D三參數(shù)相互配合——控制器參數(shù)整定

PD控制器：

1.6.2對系統(tǒng)動態(tài)誤差的影響第52頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.6.3控制規(guī)律的選擇

（1）對控制要求不高的參數(shù)，可只采用比例控制器；（2）對控制要求不高，且慣性較大的參數(shù)，可采用比例-微分控制器；（3）對于精度要求高的，要加入積分規(guī)律，PI；（4）較重要，控制精度要求比較高，希望動態(tài)偏差小，被控對象的時間滯后比較大的，PID控制規(guī)律選擇原則：工業(yè)常見控制器有：P、PI、PD、PID第53頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運和整定 實驗：單回路控制系統(tǒng)連接、投運和整定、質(zhì)量研究第1章第54頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響

如同一條水管安裝有多個水龍頭，各個龍頭的流量相互影響所謂關(guān)聯(lián)，就是系統(tǒng)之間彼此相互有影響提餾段溫度與塔底液位控制系統(tǒng)家中煤氣供量，高峰期互相影響

TCLC第55頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四由此可見，這兩套控制系統(tǒng)存在著相互關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)在很大程度上影響控制系統(tǒng)的性能，要非常注意1.7.1系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其影響關(guān)聯(lián)蒸汽閥開大，蒸汽量增加，溫度上升，但同時由于蒸發(fā)量增大，塔釜液位會下降；同樣，液位閥開大，采出量增加，液位下降，同時由于被加熱的液體減少，溫度會增加。第56頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法相對增益方法Gc1(s)Gcn(s)R1(s)nnRn(s)Y1(s)Yn(s)U1(s)Un(s)ji第57頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法Gc1(s)Gc2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)U1(s)U2(s)Gc1(s)Gc2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)U1(s)U2(s)u不等于u1;u保持不變y不等于y1;y保持不變第58頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四相對增益的計算：j–i通道第一次計算只有第j個操縱變量變化，其它各操縱變量均維持不變的增益：第二次計算其它各操縱變量都變化（處于閉環(huán)控制）的增益：于是，j–i通道的相對增益為：

相對增益定義：相互關(guān)聯(lián)程度1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法第59頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四（5）λij<0，其它回路閉合時，本回路將變成不穩(wěn)定（條件穩(wěn)定回路）（1）λij=1，其它回路閉合與否對本通道沒有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)沒有關(guān)聯(lián)；（2）λij>1，其它回路閉合對本通道有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)使得本回路增益變小，負(fù)關(guān)聯(lián)。（λij越大關(guān)聯(lián)越大）（3）λij<1，其它回路閉合對本通道有影響，即，該通道的控制回路與其它系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)使得本回路增益變大，正關(guān)聯(lián)。（λij越小關(guān)聯(lián)越大）（4）λij=0，其它回路開環(huán)時，ui對yi沒有影響，j–i通道的控制回路不能構(gòu)成1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法第60頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四相對增益矩陣A–布里斯托爾陣列1.7.2分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法（6）λij→∞，只有在其它回路開環(huán)時，才能用ui控制yi，即此通道的控制回路才能成立。

可見，可根據(jù)λij對1的偏離程度大小判斷關(guān)聯(lián)程度λij偏離1越大，系統(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)越厲害●

每行（列）相對增益之和為1。●

已知各通道的開環(huán)增益K第61頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.7.3削弱或消除系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的方法關(guān)鍵：深入仔細(xì)分析關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生方法：通過工藝分析，找出關(guān)聯(lián)，并提出解決關(guān)聯(lián)的方法若能計算相對增益（矩陣），可進(jìn)行量化分析

（1）按照變量配對，若λ均在1的附近，說明關(guān)聯(lián)不大，此時，可采用控制系統(tǒng)參數(shù)整定的方法，即拉開工作頻率范圍，可以削弱關(guān)聯(lián)的影響；（2）若相對增益都離1較遠(yuǎn)，說明彼此關(guān)聯(lián)較厲害，必須從控制系統(tǒng)設(shè)計入手解決，如采用解耦控制方案；（3）相對增益有些離1遠(yuǎn)，有些在1附近，可采用重新變量配對，再進(jìn)行處理。第62頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四例子：離心泵輸出管線上的流量和壓力控制控制系統(tǒng)

流量和壓力控制系統(tǒng)存在關(guān)聯(lián)，可采用控制器參數(shù)整定的方法，拉開各自的工作頻率。若流量控制重要，可使流量控制器敏感些（減小比例度，減小微分時間），這樣，系統(tǒng)出現(xiàn)擾動，流量系統(tǒng)快速調(diào)整，然后，壓力系統(tǒng)再緩慢控制。反之亦然。

1.7.3削弱或消除系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)的方法PCFC第63頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成1.2被控變量的選擇1.3對象特性對控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇1.4控制閥的選擇1.5測量、傳送滯后對控制質(zhì)量的影響及其克服辦法1.6控制器參數(shù)對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇1.7系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)及其消除方法1.8單回路系統(tǒng)的投運和整定實驗：單回路控制系統(tǒng)連接、投運和整定、質(zhì)量研究第1章教學(xué)進(jìn)程第64頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

原則：系統(tǒng)開環(huán)總放大倍數(shù)必須為負(fù)值（保證負(fù)反饋）1.8單回路系統(tǒng)投運和整定控制器正反作用的確定Gc(s)Gv(s)Go(s)

Gm(s)R(s)E(s)Y(s)根據(jù)：對象Go(s)、控制閥Gv(s)、測量變送器Gm(s)的正反作用，保證：總符號為負(fù)，確定：控制器Gc(s)的符號。第65頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四正：輸入信號，輸出信號負(fù)：輸入信號，輸出信號

●

對象、控制閥、測量變送裝置●

若控制閥為氣閉式，膜頭壓力增大閥門關(guān)小●對象特性，輸出流量F2增大，液位L減小●測量變送●控制器符號應(yīng)該為負(fù)，即反作用LC水槽液位控制系統(tǒng)1.8單回路系統(tǒng)投運和整定第66頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四一般，對于儀表控制器，都帶有正反作用開關(guān)，對于計算機控制，可以通過程序設(shè)置

1.8單回路系統(tǒng)投運和整定1.8.1控制系統(tǒng)投運

●關(guān)鍵是自動和手動的切換要求，必須保證是無擾動切換手動：通過控制器，手動給出控制器的輸出，手動輸出自動：控制器根據(jù)偏差，自動計算給出控制器的輸出，自動輸出無擾動切換第67頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四手動時，自動輸出跟蹤手動輸出自動時，手動輸出跟蹤自動輸出1.8.1控制系統(tǒng)投運雙向平衡無擾動切換●

電動III型、I系列、EK系列●電動II型

一般，儀表控制器帶有自動/手動切換開關(guān)，計算機控制時，也必須設(shè)置這樣的開關(guān)第68頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四1.8.2控制系統(tǒng)整定目前基本控制器一般均為PID控制器（比例、積分、微分控制器）PID控制器整定，調(diào)節(jié)P、I、D參數(shù)，使得控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)達(dá)到滿意。一旦控制控制系統(tǒng)安裝到位，控制系統(tǒng)的品質(zhì)就取決于控制器的參數(shù)設(shè)置●整定的目的對象特性、控制方案、干擾的形式和大小、控制器參數(shù)整定

選擇什么樣的控制系統(tǒng)性能指標(biāo)常見的，如4：1衰減等，根據(jù)不同的實際情況，有所不同。第69頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四●整定方法兩類：理論計算和工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定●理論整定方法基于控制原理的計算方法（時域法、頻域法、根軌跡法等）例子：已知一廣義對象傳遞函數(shù)為：采用純比列控制器，過渡過程4:1衰減，求。第70頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四●工程整定方法理論整定方法，必須要求已知各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，對于一般的實際問題，難于滿足。另外，理論計算也比較煩瑣，工程上一般不采用。工程整定方法，直接在閉合的控制回路中對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。經(jīng)驗方法，簡單、方便，易于掌握，工程實際中廣泛采用。1.8.2控制系統(tǒng)整定第71頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四（1）臨界比例度法步驟：

●系統(tǒng)閉環(huán)

●TI最大、TD最?。]有積分、微分作用）

●比例度δ放到100%（K=1），由大往小逐漸改變，每改變一次，通過設(shè)定值的改變給控制系統(tǒng)施加階躍干擾，觀察輸出Y的變化

●若Y衰減振蕩，則繼續(xù)減小δ；若Y發(fā)散振蕩，則應(yīng)增大δ

●當(dāng)Y出現(xiàn)等幅振蕩（臨界振蕩），此時δk稱為臨界比例度，振蕩周期Tk稱為臨界周期。工程整定方法1.8.2控制系統(tǒng)整定第72頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

有了δk和Tk后，按經(jīng)驗公式確定δ、Ti、TD，按此參數(shù)可使控制系統(tǒng)呈4：1衰減。若還有差距，可適當(dāng)調(diào)整δ1.8.2控制系統(tǒng)整定0tTk等幅振蕩曲線臨界周期第73頁，共81頁，2023年，2月20日，星期四

δ%Ti，minTD，minP

2δk