简单控制系统课件.ppt

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1、简单控制系统第1页，此课件共34页哦第一节第一节 概述概述四个基本环节四个基本环节四个基本环节四个基本环节：测量变送环节测量变送环节 控制器控制器 执行器执行器 被控对象被控对象被控变量被控变量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节干扰干扰偏差偏差设定值设定值选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成第2页，此课件共34页哦第二节第二节 被控变量的选择被控变量的选择明确明确明确明确控制目的控制目的控制目的控制

2、目的使生产过程自动按照预定的目标进行，并使使生产过程自动按照预定的目标进行，并使工艺参数保工艺参数保持在预先规定的数值上持在预先规定的数值上（或按预定规律变化）（或按预定规律变化）分析分析分析分析生产工艺生产工艺生产工艺生产工艺“关键关键”变量：对产品的产量、质量以及生产过程变量：对产品的产量、质量以及生产过程的安全具有决定作用的变量的安全具有决定作用的变量确定确定确定确定被控变量被控变量被控变量被控变量两种控制类型：两种控制类型：直接指标控制直接指标控制和和间接指标控制间接指标控制当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞后很当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞后很大时，可选取与直接质量指

3、标有单值对应关系而反大时，可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的变量做为间接控制指标。应又快的变量做为间接控制指标。选择被控变量选择被控变量选择被控变量选择被控变量选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述第3页，此课件共34页哦塔顶易挥发组分纯度塔顶易挥发组分纯度X XD D、塔顶温度、塔顶温度T TD D、塔顶压力、塔顶压力P P三者之间的关系三者之间的关系为：为：X XD D=f(T=f(TD D，P)P)，两个独立变量。，两个独立变量。精馏塔系统的被控变量选择精馏塔

4、系统的被控变量选择精馏塔系统的被控变量选择精馏塔系统的被控变量选择苯二甲苯的苯二甲苯的T-x图图TDXD%P恒定苯二甲苯的苯二甲苯的P-x图图PMPaXD%T恒定第4页，此课件共34页哦 要要有有代代表表性性。被被控控变变量量应应能能代代表表一一定定的的工工艺艺操操作作指指标标或或能能反反映映工工艺艺操操作作状状态态，一一般都是工艺过程中比较重要的变量。般都是工艺过程中比较重要的变量。应应该该独独立立可可控控。简简单单控控制制系系统统的的被被控控变变量量应应避避免免和和其其他他控控制制系系统统的的被被控控变变量量有关联（耦合有关联（耦合)关系。关系。滞滞后后要要小小。采采用用直直接接指指标标作

5、作为为被被控控变变量量最最直直接接也也最最有有效效。当当无无法法获获得得直直接接指指标标信信号号，或或其其测测量量和和变变送送环环节节滞滞后后很很大大时时，可可选选择择与与直直接接指指标标有有单单值值对对应应关系的间接指标作为被控变量。关系的间接指标作为被控变量。灵敏度要高灵敏度要高。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。成本要低成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国内仪表产品现状。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国内仪表产品现状。被控变量选择的一般原则被控变量选择的一般原则被控变量选择的一般原则被控变量选择的一般原则 第

6、5页，此课件共34页哦操纵变量与干扰变量操纵变量与干扰变量操纵变量与干扰变量操纵变量与干扰变量 第三节第三节 操纵操纵变量的选择变量的选择变量的选择变量的选择原则上，原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变量控变量影响显著影响显著而且而且可控性良好可控性良好的输入作为的输入作为控制变控制变量量后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰干扰变量变量。选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述第6

7、页，此课件共34页哦 进料流量进料流量F F不可控不可控进料成分进料成分X X入入 不可控不可控进料温度进料温度T T入入 不可控不可控回流流量回流流量L L可控可控 回流温度回流温度T TR R 不可控不可控加热蒸汽流量加热蒸汽流量Q QZ Z 可控可控 冷凝器冷却温度冷凝器冷却温度不可控不可控塔压塔压P P不可控不可控精馏塔系统的操纵变量选择精馏塔系统的操纵变量选择(塔顶产品为目的产品塔顶产品为目的产品）第7页，此课件共34页哦控制通道控制通道干扰通道干扰通道干扰变量干扰变量控制变量控制变量被控变量被控变量干扰作用与控制作用之间的关系干扰作用与控制作用之间的关系 被控对象被控对象对象特性对

8、象特性 是指是指被控对象输入与输出的关系被控对象输入与输出的关系 分为对象静态性质和对象动态性质分为对象静态性质和对象动态性质 考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操 纵变量纵变量控制质量控制质量 用系统的过渡过程来评价用系统的过渡过程来评价超调量、衰减比、超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期余差、过渡时间、振荡周期对象特性对控制质量的影响对象特性对控制质量的影响对象特性对控制质量的影响对象特性对控制质量的影响第8页，此课件共34页哦放大系数放大系数 绝对放大系数绝对放大系数 Y Y X X Y/(YY/(YMAXMAX-Y-YMINMIN)X/(

9、XX/(XMAXMAX-X-XMINMIN)相对放大系数相对放大系数 控制通道的控制通道的稳态特性由控制通道放大系数稳态特性由控制通道放大系数K K0 0表征，表征，从从控制有效性控制有效性考虑，考虑，K K0 0应适应适当的大一些当的大一些 干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数K Kf f表征，表征，希望希望K Kf f小一些，小一些，K Kf f越小越小干扰变量对被控变量的影响就越小干扰变量对被控变量的影响就越小 操纵变量选择的原则一：操纵变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变量时，当多个输入变量都影响被控变量时，从稳态性质考虑从稳态性质考虑，应该

10、选择其中放大系数大的可控变量作为操，应该选择其中放大系数大的可控变量作为操纵变量。纵变量。对象对象对象对象稳态性质稳态性质稳态性质稳态性质对控制质量的影响对控制质量的影响对控制质量的影响对控制质量的影响第9页，此课件共34页哦对象对象对象对象动态性质动态性质动态性质动态性质对控制质量的影响对控制质量的影响对控制质量的影响对控制质量的影响1 1、控制通道时间常数、控制通道时间常数 T T0 02 2、控制通道滞后时间、控制通道滞后时间0 0 T T0 0小一点好小一点好，不能过大，不能过大，否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长渡时

11、间增长 在选择操纵变量构成控制回路时，在选择操纵变量构成控制回路时，应选择控制通道时间常数应选择控制通道时间常数小一点的，同时尽量避免控制通道纯滞后小一点的，同时尽量避免控制通道纯滞后0 0的存在，无法避的存在，无法避免时应使之尽可能小。免时应使之尽可能小。A:A:A:A:无纯滞后时的校正作用无纯滞后时的校正作用无纯滞后时的校正作用无纯滞后时的校正作用B:B:B:B:有纯滞后时的校正作用有纯滞后时的校正作用有纯滞后时的校正作用有纯滞后时的校正作用C:C:C:C:不受控下的输出曲线不受控下的输出曲线不受控下的输出曲线不受控下的输出曲线D:D:D:D:无纯滞后时的输出曲线无纯滞后时的输出曲线无纯滞

12、后时的输出曲线无纯滞后时的输出曲线E:E:E:E:有纯滞后时的输出曲线有纯滞后时的输出曲线有纯滞后时的输出曲线有纯滞后时的输出曲线第10页，此课件共34页哦干扰通道时间常数干扰通道时间常数 T Tf fT Tf f越大越好，越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于改善控制质量越有利于改善控制质量 干扰通道纯滞后干扰通道纯滞后f f的影响的影响无纯滞后无纯滞后有纯滞后有纯滞后干扰通道滞后时间干扰通道滞后时间f f 干扰通道的纯滞后干扰通道的纯滞后f f不会影响控制质量不会影响控制质量 第11页，此课件共34页哦操纵变量的选择原则操纵变量的选择原则操纵变量的选择原

13、则操纵变量的选择原则 操纵变量应是操纵变量应是可控可控的，即工艺上允许调节的变量。的，即工艺上允许调节的变量。操操纵纵变变量量一一般般应应比比其其他他干干扰扰对对被被控控变变量量的的影影响响更更加加灵灵敏敏。为为此此，应应通通过过合合理理选选择择操操纵纵变变量量，使使控控制制通通道道的的放放大大倍倍数数适适当当大大、时时间间常常数数适适当当小小(但但不不宜宜过过小小，否否则则易易引引起起振振荡荡)、纯纯滞滞后后时时间间尽尽量量小小。为为使使其其他他干干扰扰对对被被控控变变量量的的影影响响尽尽可可能能小小，应应使使干干扰扰通通道道的的放放大大系系数数尽可能小、时间常数尽可能大。尽可能小、时间常数

14、尽可能大。在在选选择择操操纵纵变变量量时时，除除了了从从自自动动化化角角度度考考虑虑外外，还还要要考考虑虑工工艺艺的的合合理理性性与与生生产产的的经经济济性性。一一般般说说来来不不宜宜选选择择生生产产负负荷荷作作为为控控制制变变量量，因因为为生生产产负负荷荷直直接接关关系系到到产产品品的的产产量量，是是不不宜宜经常波动的。经常波动的。第12页，此课件共34页哦根据稳态性质选择操纵变量根据稳态性质选择操纵变量根据稳态性质选择操纵变量根据稳态性质选择操纵变量 薄薄板板冷冷却却器器热物料热物料冷物料冷物料TTFTLC液液氨氨液液氨氨PT气气氨氨气气氨氨液液氨氨储储罐罐氨直冷式薄板冷却系统示意图氨直冷

15、式薄板冷却系统示意图被控变量被控变量：物料出口温度：物料出口温度 待选的操纵变量：待选的操纵变量：热物料温度热物料温度 热物料的流量热物料的流量液氨的流量液氨的流量气氨的回气压力气氨的回气压力 热物料流量热物料流量F F对冷物料出口温度对冷物料出口温度T T的放大系数为：的放大系数为：气氨回气压力气氨回气压力P P对冷却器物料出口温度对冷却器物料出口温度T T的放大系数为：的放大系数为：第13页，此课件共34页哦作业思考P1684、5、6、7第14页，此课件共34页哦选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统

16、投运参数整定参数整定概述概述第四节第四节 控制器控制器控制规律的选择控制规律的选择常用的几种控制规律常用的几种控制规律常用的几种控制规律常用的几种控制规律 位式控制位式控制 适适用用于于对对控控制制质质量量要要求求不不高高，被被控控对对象象是是单单容容量量的的、且且容容量量较较大大、滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大也也不不太太激烈，工艺允许被控变量波动范围较宽的场合。激烈，工艺允许被控变量波动范围较宽的场合。比例控制比例控制 优优点点：比比例例控控制制克克服服干干扰扰能能力力强强、控控制制及及时时、过过渡时间短。渡时间短。缺点：在过渡过程终了时存在余差缺点：在过渡过程终了时存在余差

17、适适用用于于控控制制通通道道滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大、工工艺允许被控变量存在余差的场合。艺允许被控变量存在余差的场合。第15页，此课件共34页哦 比例微分控制比例微分控制 优优点点：利利用用微微分分超超前前的的作作用用，在在被被控控对对象象具具有有较较大大滞滞后后的的场场合下，将会有效地改善控制质量。合下，将会有效地改善控制质量。缺点：有可能会使系统产生振荡，严重时使系统失控而发生事故。缺点：有可能会使系统产生振荡，严重时使系统失控而发生事故。比例积分微分控制比例积分微分控制 比比例例积积分分微微分分控控制制综综合合了了比比例例、积积分分、微微分分控控制制规规律律的的优优点点

18、。适适用用于于容容量量滞滞后后较较大大、负负荷荷变变化化大大、控控制制要要求求高高的的场合。场合。比例积分控制比例积分控制 优点：系统在过渡过程结束时无余差优点：系统在过渡过程结束时无余差 缺缺点点：系系统统的的超超调调量量、振振荡荡周周期期都都会会相相应应增增大大，过过渡渡时时间间也也会会相相应应增增加。加。适适用用于于控控制制通通道道滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大、工工艺艺不不允允许许被被控控变变量量存存在在余差的场合。余差的场合。第16页，此课件共34页哦控制器正、反作用的选择控制器正、反作用的选择控制器正、反作用的选择控制器正、反作用的选择 保证整个控制系统形成负反馈。保证

19、整个控制系统形成负反馈。在控制系统中，控制器、被控对象、测量元件及执行器都有各自的作在控制系统中，控制器、被控对象、测量元件及执行器都有各自的作用方向，一般在用方向，一般在自动控制系统投运前自动控制系统投运前，被控对象、测量元件及执行器的被控对象、测量元件及执行器的作用方向是可以确定作用方向是可以确定的，因此为了使系统构成负反馈，应对控制器的的，因此为了使系统构成负反馈，应对控制器的正反作用进行调整。正反作用进行调整。所所谓谓作作用用方方向向，就就是是指指输输入入变变化化后后，输输出出的的变变化化方方向向。当当输输入入增增加加时时，输输出出也也增增加加，则则称称该该环环节节为为“正正作作用用”

20、方方向向；反反之之，当当环环节节的输人增加时，输出减小，则称该环节为的输人增加时，输出减小，则称该环节为“反作用反作用”方向。方向。自动控制系统的每个环节都有正反作用自动控制系统的每个环节都有正反作用何谓何谓“正正”、“反反”作用？作用？控制器正控制器正 反作用选择的基本原则反作用选择的基本原则第17页，此课件共34页哦控制器正控制器正 反作用选择的步骤反作用选择的步骤1 1、判断、判断被控对象的正反作用被控对象的正反作用方向，方向，由工艺机理由工艺机理确定确定 ；2 2、判判断断执执行行器器的的正正反反作作用用方方向向，由由工工艺艺安安全全条条件件选选定定，其其选选择择原原则则是是：控控制制

21、信信号号中中断时，应保证设备和操作人员的安全；断时，应保证设备和操作人员的安全；3 3、确确定定广广义义对对象象的的正正反反作作用用方方向向，一一般般测测量量变变送送环环节节为为正正作作用用方方向向，根根据据被被控控对对象象和和执执行行器器的的作作用用方方向向，确确定定广广义义对对象象的的正正反反作作用用方方向向；(当当输输入入增增加加时时，输输出出也也增增加加，则则称该环节为称该环节为“正作用正作用”方向方向）4 4、由由整整个个控控制制系系统统必必须须为为负负反反馈馈确确定定控控制制器器的的正正反反作作用用方方向向，即即若若广广义义对对象象为为正正作作用用方向，则控制器应选择为反作用，反之

22、亦然。方向，则控制器应选择为反作用，反之亦然。控制器控制器(LC或或TC)执行器执行器（控制阀）（控制阀）被控对象被控对象测量、变送环节测量、变送环节（LT或或TT）被控变量被控变量干扰干扰偏差偏差设定值设定值广义对象广义对象+第18页，此课件共34页哦自动控制系统必是一个被控变量为负反馈的闭环系统，因而自动控制系统必是一个被控变量为负反馈的闭环系统，因而选择控制器的正反作用，最终的结果一定要使整个控制系统选择控制器的正反作用，最终的结果一定要使整个控制系统为负反馈的系统为负反馈的系统控制器控制器“正正”、“反反”作用选择分析作用选择分析：液位控制系统液位控制系统如图所示的液位控制系统，如图所

23、示的液位控制系统，如果阀的气开、气关特性发如果阀的气开、气关特性发生改变，控制器的正、反作生改变，控制器的正、反作用也应该发生改变。用也应该发生改变。假设阀门选用气关阀：假设阀门选用气关阀：即有信号输入，阀门减小，流通截面减小，故为反作用，即有信号输入，阀门减小，流通截面减小，故为反作用，记为记为“”由液位控制系统可知；控制阀为贮槽的入口阀，由液位控制系统可知；控制阀为贮槽的入口阀，液位随着控制阀门开度的增加而增加，所以对液位随着控制阀门开度的增加而增加，所以对象为正作用，记为象为正作用，记为“+”所以广义对象的为所以广义对象的为“”，为了使整个控制系统为负反馈系统，为了使整个控制系统为负反馈

24、系统，控制器控制器必须是必须是“正正”作用作用+反之，若假设阀门选用气开阀：反之，若假设阀门选用气开阀：控制器为控制器为“反反”作用作用第19页，此课件共34页哦例例1：如图所示的液位控制系统，如图所示的液位控制系统，假设工艺要求假设工艺要求供气（仪表的电信供气（仪表的电信号、气压信号等）号、气压信号等）中断时液体不得外溢中断时液体不得外溢，请选择阀的气开、气关特，请选择阀的气开、气关特性，并选择控制器的正、反作用。性，并选择控制器的正、反作用。因为因为：工艺要求供气中断时液体不得外溢，根据：工艺要求供气中断时液体不得外溢，根据安全原安全原则则在此，控制阀控制的是进口物料，为保证安全，在此，控

25、制阀控制的是进口物料，为保证安全，当没有控制信号时，阀门应关闭当没有控制信号时，阀门应关闭(2)控制器的正、反作用的选择控制器的正、反作用的选择自动控制过程为：自动控制过程为：所以：所以：选用反作用控制器选用反作用控制器液位控制系统液位控制系统解：解：(1)控制阀气开、气关特性的选择控制阀气开、气关特性的选择所以：选用气开阀。所以：选用气开阀。+阀门开度大，液位上升，对象为阀门开度大，液位上升，对象为“+”+为了保证自动控制系统为负反馈系统，当广义对象为了保证自动控制系统为负反馈系统，当广义对象为为“+”时，控制器必须是时，控制器必须是“”，所以：广义对象为所以：广义对象为“+”第20页，此课

26、件共34页哦例例2：如图蒸汽加热反应釜控制系统，工艺要求釜内温度不得过高，如图蒸汽加热反应釜控制系统，工艺要求釜内温度不得过高，试确定控制器的正、反作用。试确定控制器的正、反作用。蒸汽加热反应釜蒸汽加热反应釜因为因为：工艺要求釜内温度不得过高，也就是工艺要求釜内温度不得过高，也就是说，供气中断时，热源（即蒸汽）进料阀须说，供气中断时，热源（即蒸汽）进料阀须关闭，有信号则开关闭，有信号则开所以所以：应选气开阀。应选气开阀。所以：控制器应选反作用所以：控制器应选反作用解：解：(1)确定控制阀的气开、气关特性确定控制阀的气开、气关特性(2)确定控制器的正、反作用确定控制器的正、反作用为了使控制系统为

27、负反馈为了使控制系统为负反馈+蒸汽阀门开度大，反应釜内温度上升，对象蒸汽阀门开度大，反应釜内温度上升，对象“+”所以：广义对象为所以：广义对象为“+”+第21页，此课件共34页哦例例3：如图加热炉温度控制系统，试确定控制器的正、反作用。如图加热炉温度控制系统，试确定控制器的正、反作用。加热炉温度控制带控制点的流程加热炉温度控制带控制点的流程图图因：供气中断时，应使燃料因：供气中断时，应使燃料阀全关，停止供应燃料油，阀全关，停止供应燃料油，不致使加热炉温度过高烧坏不致使加热炉温度过高烧坏炉子炉子。故：选气开阀。（正作用）故：选气开阀。（正作用）(2)确定调节器的正、反作用确定调节器的正、反作用所

28、以：控制器应选反作用所以：控制器应选反作用解：解：(1)确定控制阀的气开、气关特性确定控制阀的气开、气关特性+燃料油阀门开度大，加热炉内温度上升，对象燃料油阀门开度大，加热炉内温度上升，对象“+”所以：广义对象为所以：广义对象为“+”为了使控制系统为负反馈为了使控制系统为负反馈+第22页，此课件共34页哦选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述第五节第五节第五节第五节 控制系统的投运与参数整定控制系统的投运与参数整定 控制系统的投运控制系统的投运控制系统的投运控制系统的投运（1

29、1）熟熟悉悉被被控控对对象象和和整整个个控控制制系系统统，检检查查所所有有仪仪表表及及连连接接管管线线、气气管管线线、电电源源、气气源源等等，以以保保证证接接线线的的正正确确性性，及故障时能及时确定故障原因；及故障时能及时确定故障原因；（2 2）根根据据经经验验或或估估算算比比例例度度 、积积分分时时间间T TI I和和微微分分时时间间T TD D的的数数值值，或或将将控控制制器器放放在在纯纯比比例例作作用用，比比例例度度放在较大位置；放在较大位置；（3 3）确确认认控控制制阀阀的的气气开开、气气关关作作用用；确确认认控控制制器器的的正、反作用正、反作用；（4 4）手手动动操操作作执执行行器器

30、，待待工工况况稳稳定定后后，将将控控制制器器由由手手动动状状态态切切换换到到自自动动状状态态，控控制制系系统统由由开开环环控控制制变变为为闭环控制。闭环控制。初初步步投投运运过过程程基基本本结结束束。但但控控制制系系统统的的过过渡渡过过程程不不一一定定满满足足要要求求，需需要要进进一一步步整整定定比比例例度度 、积积分分时时间间T TI I和和微分时间微分时间T TD D三个参数。三个参数。第23页，此课件共34页哦控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定 就是就是按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例

31、度即确定最合适的控制器比例度、积分时间、积分时间T TI I和微分时间和微分时间T TD D，使控制，使控制质量能满足工艺生产的要求。质量能满足工艺生产的要求。对于简单控制系统来说，一般希望过渡过程呈对于简单控制系统来说，一般希望过渡过程呈4:14:1至至10:110:1的衰减振的衰减振荡过程。荡过程。什么是什么是“参数整定参数整定”？yt4:1yt10:1参数整定方法：参数整定方法：1 1、理论计算、理论计算2 2、工程整定（又叫经验整定、工程整定（又叫经验整定方法，分为临界比例度法、衰方法，分为临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法）减曲线法、经验凑试法）第24页，此课件共34页哦1、临界比

32、例度法、临界比例度法 先将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，从大到小地逐渐改变先将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，从大到小地逐渐改变控制器的比例度，直至系统产生等幅振荡，这时的比例度称为控制器的比例度，直至系统产生等幅振荡，这时的比例度称为临界比临界比例度例度K K，周期称为，周期称为临界振荡周期临界振荡周期T Tk k。然后按表中的经验公式计。然后按表中的经验公式计算出控制器的各参数整定数值。算出控制器的各参数整定数值。Tkttfy临界振荡过程临界振荡过程临界比例度法参数计算公式临界比例度法参数计算公式控制作用控制作用比例度比例度%积分时间积分时间(min)微分时间微分时间(min)比

33、例比例2K 比例积分比例积分2.2K 0.85Tk 比例微分比例微分1.8K 0.85Tk 比例积分微分比例积分微分1.7K 0.5Tk 0.125Tk 注意：注意：当不存在临界比例度或临界比例度过小或不允许等幅振荡当不存在临界比例度或临界比例度过小或不允许等幅振荡时，该方法不适用。时，该方法不适用。第25页，此课件共34页哦2、衰减曲线法、衰减曲线法使系统使系统产生衰减振荡产生衰减振荡来整定控制器的参数值来整定控制器的参数值 先将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，先将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，从大到小地逐渐改变从大到小地逐渐改变控制器的比例度控制器的比例度，直至系统出现，直至系统

34、出现4 4：1 1衰减比为止，这时的比例度称衰减比为止，这时的比例度称为为衰减比例度衰减比例度S S ，周期称为，周期称为衰减周期衰减周期TsTs。然后按表中的经验公式。然后按表中的经验公式计算出控制器的各参数整定数值。计算出控制器的各参数整定数值。控制作用控制作用比例度比例度%积分时间积分时间(min)微分时间微分时间(min)比例比例S 比例积分比例积分1.2S 0.5Ts 比例积分微分比例积分微分0.8S 0.3Ts 0.1Ts 表表6-2 4:1衰减法参数计算公式表衰减法参数计算公式表 fytTst4:1第26页，此课件共34页哦控制作用控制作用比例度比例度%积分时间积分时间(min)

35、微分时间微分时间(min)比例比例S 比例积分比例积分1.2S 2T升升 比例积分微分比例积分微分0.8S 1.2T升升 0.4 T升升 表表6-3 10:1衰减法参数计算公式表衰减法参数计算公式表 ytT升升ft10:1采用衰减曲线法必须注意以下几点：采用衰减曲线法必须注意以下几点：(1)(1)加的加的干扰幅值不能太大干扰幅值不能太大，一般为额定值的，一般为额定值的5 5左右左右;(2)(2)必必须须在在工工艺艺参参数数稳稳定定情情况况下下才才能能施施加加干干扰扰，否否则则得得不不到到正正确确的的S S、TsTs、T T升升。(3)(3)对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等

36、，对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到要在记录曲线上严格得到4 4：1 1衰减曲线比较困难。一般衰减曲线比较困难。一般以被控变以被控变量来回波动两次达到稳定量来回波动两次达到稳定，就，就可以近似地认为达到可以近似地认为达到4 4：1 1衰减过程了。衰减过程了。第27页，此课件共34页哦3、经验凑试法、经验凑试法被控对象被控对象对象特性对象特性 比例度比例度 积分时间积分时间(min)(min)微分时间微分时间(min)(min)流量流量 对象时间常数小，参数有波动，对象时间常数小，参数有波动，要大，要大，T TI I要短，不用微分要短，不用微分 404

37、0100 100 0.30.31 1 0.50.50.3 0.3 温度温度 对象容量滞后大，参数变化迟对象容量滞后大，参数变化迟缓，缓，应小，应小，T TI I要长，一般需加要长，一般需加微分微分 202060 60 3 310 10 压力压力 对象容量滞后不大，一般不用对象容量滞后不大，一般不用微分微分 303070 70 0.40.43 3 液位液位 对象时间常数范围较大，对象时间常数范围较大，应应在一定范围内选取，一般不用在一定范围内选取，一般不用微分微分 202080 80 0.40.43 3 根据经验先将控制器参数放在一个数值上根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系

38、统中，通过，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用、TI、TD对过渡对过渡过程的影响为指导，过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度按照规定顺序，对比例度、积分时间、积分时间TI和微分时间和微分时间TD逐个整定逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。直到获得满意的过渡过程为止。第28页，此课件共34页哦 先用纯比例先用纯比例进行凑试（把积分时间放在进行凑试（把积分时间放在，微分时间放在，微分时间放在0 0的位置上）的位置上），待过渡过程已，待过渡过程已基本稳定并符合要求后基本稳定并符合要求后，再加积分再

39、加积分作用消除余差，作用消除余差，最最后加入微分后加入微分作用是为了提高控制质量作用是为了提高控制质量（1）“看曲线，调参数看曲线，调参数”（2）先按表）先按表6-4中给出的范围把积分时间中给出的范围把积分时间TI计算出来，若要引入微分作计算出来，若要引入微分作用，可取用，可取TD=（1/31/4）TI，然后对，然后对进行凑试，若所得曲线不符合要进行凑试，若所得曲线不符合要求则重新凑试求则重新凑试1、不同的人不同的人采用经验凑试法整定，采用经验凑试法整定，可能得出不同的参数值可能得出不同的参数值，这是因为不，这是因为不同的参数匹配有时会使过渡曲线相似同的参数匹配有时会使过渡曲线相似2、在一个、

40、在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，在生产过程中，自动控制系统投运时，控制器的参数必须整定，在生产过程中，如果工艺操作如果工艺操作条件改变或负荷有很大变化条件改变或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，被控对象的特性就要改变，控制器的参数必须重新整定控制器的参数必须重新整定注意注意第29页，此课件共34页哦比例度过小（比例度过小（6-22b)6-22b)、积分时间过小、积分时间过小(6-22a)(6-22a)或微分时间过大或微分时间过大(6-22c)(6-22c)，都会产生周期性的激烈振荡。，都会产生周期性的激烈振荡。但是，积分时间过小引起的振荡，但是，积分时间过小引起的振荡，周

41、期较长；比例度过小引起的振荡，周期较短；微分时间过大引起的振周期较长；比例度过小引起的振荡，周期较短；微分时间过大引起的振荡周期最短荡周期最短6-22 三种振荡曲线比较图三种振荡曲线比较图6-23 比比例例度度、积积分分时时间间过过大大比比较图较图被被控控变变量量被被控控变变量量比例度过大或积分时间过大，都会使过渡过程变化缓慢，比例度过大或积分时间过大，都会使过渡过程变化缓慢，一般来说，一般来说，比例度过大比例度过大，曲线，曲线波动较剧烈、不规则地、较大幅度地偏离给定值，形状像波浪般起伏变化，如图波动较剧烈、不规则地、较大幅度地偏离给定值，形状像波浪般起伏变化，如图曲线曲线(6-(6-23a)

42、23a)所示所示。如果曲线通过非周期的不正常路径，慢慢地回复到给定值，这说明积分时间过大，。如果曲线通过非周期的不正常路径，慢慢地回复到给定值，这说明积分时间过大，如图曲线如图曲线(6-23b)(6-23b)所示。所示。第30页，此课件共34页哦第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？答：控制工艺要求的指标答：控制工艺要求的指标答：控制工艺要求的指标答：控制工艺要求的指标具体分为两种情况：具体分为两种情况：1.1.工艺要求的指标工艺要求的指标可以可以直接直接在线测量在线测量 直接控制这个指标就可以了（直接指标控制）直接控制这个指标就可以了（直接指

43、标控制）2.2.工艺要求的指标工艺要求的指标不可以直接在线测量不可以直接在线测量 寻找寻找一个于工艺指标一个于工艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一个间有明显的对于关系，且可以测量的另一个间接指标接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的（间接指标控，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的（间接指标控制）制）例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，通过分析可以发现，例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，通过分析可以发现，当压力恒定的时候，组分与温度存在单值对应关系；或者温度恒当压力恒定的时候，组分与温度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分与压力存在单值对应关系，根据定的时候

44、，组分与压力存在单值对应关系，根据P155P155的分析，最的分析，最终可以确定：终可以确定：固定压力，固定压力，通过控制温度来间接控制组分通过控制温度来间接控制组分是合理的是合理的第31页，此课件共34页哦第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来作操纵变量。答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来作操纵变量。K K0 0大一些，大一些，T T0 0小一些，小一些，0 0最好为最好为0 0测量仪表的选用和安装：测量仪表的选用和安装：测量仪表的选用和安装：测量仪表的选用和安装：量程、材质、精度等满足工艺要

45、求量程、材质、精度等满足工艺要求量程、材质、精度等满足工艺要求量程、材质、精度等满足工艺要求 测量仪表本身要反应快测量仪表本身要反应快测量仪表本身要反应快测量仪表本身要反应快 应选择有代表性位置进行安装应选择有代表性位置进行安装应选择有代表性位置进行安装应选择有代表性位置进行安装 仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后(至少要满足要求至少要满足要求至少要满足要求至少要满足要求)执行器的选用和安装：执行器的选用和安装：执行器的选用和安装：执行器的选用和

46、安装：口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求 本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、阀门定位器）阀门定位器）阀门定位器）阀门定位器）阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中

47、间不能有很长的工艺管路，否则会人为增阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长的工艺管路，否则会人为增阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长的工艺管路，否则会人为增阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长的工艺管路，否则会人为增大广义对象的纯滞后）大广义对象的纯滞后）大广义对象的纯滞后）大广义对象的纯滞后）第32页，此课件共34页哦第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？答：没有标准答案答：没有标准答案（根据对象特性，工艺生产要求选择合适的调节规律）（根据对象特性，工艺生产要求选择合适的

48、调节规律）最常用的调节规律：最常用的调节规律：最常用的调节规律：最常用的调节规律：位式控制、位式控制、位式控制、位式控制、P P P P、PIPIPIPI、PDPDPDPD、PIDPIDPIDPID（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）后续问题：如何整定后续问题：如何整定后续问题：如何整定后续问题：如何整定PIDPIDPIDPID参数？参数？参数？参数？答：临界比例度法经验答：临界比例度法经验 衰减曲线法经验衰减曲线法经验 经验凑试法经验凑试法最好的方法就是最好的方法就是最好的方法就是最好的方法就是“经验经验经验经验”第33页，此课件共34页哦作业思考P1689、10、11作业P16812、13第34页，此课件共34页哦