安徽工业大学：《化工仪表与自动控制》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 简单控制系统

第七章简单控制系统 本章主要介绍以下主要内容 简单控制系统的概念及其构成; ■被控变量与操纵变量的选择; ■控制方法及仪表的选择; 系统参数的整定。 2021/2/20

2021/2/20 1 第七章 简单控制系统 ◼ 本章主要介绍以下主要内容： ◼ 简单控制系统的概念及其构成； ◼ 被控变量与操纵变量的选择； ◼ 控制方法及仪表的选择； ◼ 系统参数的整定

§7.1简单控制系统的定义与组成 ■定义: 由一个测量仪表(测量元件、变送器) 个控制器和一个执行机构所组成的控制一个 对象参数的(单闭环)控制系统。 ■简单控制系统又称单环控制系统 ■简单控制系统是构成复杂控制系统的基 本单元 2021/2/20

2021/2/20 2 §7.1 简单控制系统的定义与组成 ◼ 定义： ◼ 由一个测量仪表（测量元件、变送器）、一 个控制器和一个执行机构所组成的控制一个 对象参数的（单闭环）控制系统。 ◼ 简单控制系统又称单环控制系统。 ◼ 简单控制系统是构成复杂控制系统的基 本单元

§7.3被控变量的选择 工艺过程的重要参数; ■在工艺系统中易受干扰变化,需要经常调节的参数; ■尽可能选用直接指标作为被控参数,必要时可用与 直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。 被控变量应方便检测,并有足够的灵敏度; ■适当考虑系统测控代价; ■被控变量应是独立可控的。 2021/2/20 3

2021/2/20 3 §7.3 被控变量的选择 ◼ 工艺过程的重要参数； ◼ 在工艺系统中易受干扰变化，需要经常调节的参数； ◼ 尽可能选用直接指标作为被控参数，必要时可用与 直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。 ◼ 被控变量应方便检测，并有足够的灵敏度； ◼ 适当考虑系统测控代价； ◼ 被控变量应是独立可控的

§7.3操纵变量的选择 操纵变量: 在自动控制系统中,用于调节被控变量的参 数,称为操纵变量 操纵变量的选择原则: 操纵变量必须是工艺上允许调节的变量; φ操纵变量应具有较高的调节灵敏度: 较大的放大倍数K0 较短的滞后时间τ。 符合工艺的合理性和生产的经济性 2021/2/20 4

2021/2/20 4 §7.3 操纵变量的选择 ◼ 操纵变量： ➢ 在自动控制系统中，用于调节被控变量的参 数，称为操纵变量。 ◼ 操纵变量的选择原则： ❖ 操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； ❖ 操纵变量应具有较高的调节灵敏度： ❖ 较大的放大倍数K0； ❖ 较短的滞后时间。 ❖ 符合工艺的合理性和生产的经济性

§7.4系统的滞后 ■检测系统特性的影响主要表现为时间滞后 的作用。 造成系统滞后的主要原因有 被测对象滞后:测量点不能及时反映参数的变 化。存在容积滞后和/或传递滞后 ■检测元件滞后:因热容、热阻等惯性因素的影 响,导致检测仪表的输出不能及时反映参数的 变化 信号传递滞后:主要是气动信号传递较慢导致 系统反映滞后 2021/2/20

2021/2/20 5 §7.4 系统的滞后 ◼ 检测系统特性的影响主要表现为时间滞后 的作用。 ◼ 造成系统滞后的主要原因有： ◼ 被测对象滞后：测量点不能及时反映参数的变 化。存在容积滞后和/或传递滞后。 ◼ 检测元件滞后：因热容、热阻等惯性因素的影 响，导致检测仪表的输出不能及时反映参数的 变化。 ◼ 信号传递滞后：主要是气动信号传递较慢导致 系统反映滞后

1§75控制方案与控制规律 ■控制系统按信号来源(系统结构)分类 ■反馈控制 执行调节 ■前馈控制 复合控制输入 工艺过程 输出 执行 测量调节 2021/2/20

2021/2/20 6 §7.5 控制方案与控制规律 ◼ 控制系统按信号来源（系统结构）分类 ◼ 反馈控制 ◼ 前馈控制 ◼ 复合控制 工艺过程 执行 调节 测量 输入 输出 测量 调节 执行

■控制规律与环节的正反作用 ■常用控制一般都采用PID控制,通过适当调节 比例常数、积分时间和微分时间常数可以实现 多种控制规律 ■实际控制系统的每个环节都有正反作用规律: 口测量环节:间接指标可能与直接指标反向对应 控制环节:可以用被测参数减去设定值,也可以用 设定值减去被测参数; 口执行环节:控制信号的加大可以导致执行结果的加 大(如气开阀)或减少(如气关阀)。 2021/2/20

2021/2/20 7 控制规律与环节的正反作用 ◼ 常用控制一般都采用PID控制，通过适当调节 比例常数、积分时间和微分时间常数可以实现 多种控制规律。 ◼ 实际控制系统的每个环节都有正反作用规律： ◼ 测量环节：间接指标可能与直接指标反向对应； ◼ 控制环节：可以用被测参数减去设定值，也可以用 设定值减去被测参数； ◼ 执行环节：控制信号的加大可以导致执行结果的加 大（如气开阀）或减少（如气关阀）

1§75控制器参数的工程整定 ■控制器参数的工程就是选择适宜的比例 度K(放大倍数δ)、积分时间T和微分 时间TD。 ■控制器的整定可以采用两种方法: 理论计算法:通过理论计算,寻找控制关系; 工程整定法:通过实际试验或经验规律选择 控制参数。 2021/2/20

2021/2/20 8 §7.5 控制器参数的工程整定 ◼ 控制器参数的工程就是选择适宜的比例 度Kp（放大倍数）、积分时间Ti和微分 时间TD。 ◼ 控制器的整定可以采用两种方法： ◼ 理论计算法：通过理论计算，寻找控制关系； ◼ 工程整定法：通过实际试验或经验规律选择 控制参数

11.临界比例度法 具体方法: 过试验获得临界比例部vO=0)条件下通 1.在纯比例控制(T1=0,T 2.再根据经验公式计算实际参数值δ、T、TD。 使用条件: 临界比例法广泛应用于放大倍数较小,即控 制器输出范围较小的系统; 使用临界比例法必须是工艺系统允许短时间 震荡的情形。 2021/2/20 9

2021/2/20 9 1. 临界比例度法 ◼ 具体方法： 1. 在纯比例控制（ Ti =0， TD =）条件下通 过试验获得临界比例度K； 2. 再根据经验公式计算实际参数值、 Ti 、 TD 。 ◼ 使用条件： ◼ 临界比例法广泛应用于放大倍数较小，即控 制器输出范围较小的系统； ◼ 使用临界比例法必须是工艺系统允许短时间 震荡的情形

12.衰减曲线法 具体方法: 1.在纯比例控制(T=0,TD=∞)条件下 通过试验选择适宜的比例度8使系统呈现4: 1的衰减比; 2.再根据所得的比例度和衰减周期通过经验 公式计算实际参数值δ、T、TD。 ■使用条件: 干扰作用不太频繁; 干扰作用的规律性较强 2021/2/20

2021/2/20 10 2. 衰减曲线法 ◼ 具体方法： 1. 在纯比例控制（ Ti =0， TD =）条件下 通过试验选择适宜的比例度s使系统呈现4： 1的衰减比； 2. 再根据所得的比例度和衰减周期通过经验 公式计算实际参数值、 Ti 、 TD 。 ◼ 使用条件： ◼ 干扰作用不太频繁； ◼ 干扰作用的规律性较强