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1、过程控制工程“Process Control Engineering”第二章 过程动态数学模型过程特性对控制性能指标的影响本节目录CONTENS1过程特性对控制性能指标的影响2被控变量选择原则3被控变量选择原则4控制方案选择原则1.过程特性对控制性能指标的影响单回路控制系统组成结构框图：1.过程特性对控制性能指标的影响以自衡的非振荡过程为例：假设过程特性是假设过程特性是广义对象广义对象的动态特性的动态特性，控制通道和扰动通道的控制通道和扰动通道的传递函数传递函数分别为分别为：控制通道增益控制通道增益控制通道时间常数控制通道时间常数控制通道时滞控制通道时滞扰动通道增益扰动通道增益扰动通道时间常数
2、扰动通道时间常数扰动通道时滞扰动通道时滞1.过程特性对控制性能指标的影响控制通道参数（增益）对控制性能指标的影响过程增益Ko增加，余差减小，最大偏差减小，控制作用增强，但稳定性变差控制通道参数（时间常数）对控制性能指标的影响第二章-过程动态数学模型-过程特性对控制性能指标的影响时间常数To小，则振荡频率增大，回复时间变短，动态响应变快1.过程特性对控制性能指标的影响控制通道参数（时滞）对控制性能指标的影响时滞o使控制系统的频率特性变化1.过程特性对控制性能指标的影响p控制通道增益对控制性能指标的影响l过程增益Ko增加，余差减小，最大偏差减小，控制作用增强，但稳定性变差l在其他因素相同条件下，过
3、程增益Ko越大，控制作用越大，克服扰动的能力也越强p控制通道时间常数对控制性能指标的影响lo/To固定，则相位条件To不变，对稳定性没有影响lo/To固定，时间常数To小，则振荡频率增大，回复时间变短，动态响应变快。即时间常数越大，过渡过程越慢，系统越易稳定p控制通道时滞对控制性能指标的影响l时滞o使控制系统的频率特性变化l被控变量变化不能及时送到控制器，控制器输出不能及时引起操纵变量变化，控制作用不能及时使被控变量变化。使控制不及时，控制品质变差1.过程特性对控制性能指标的影响u扰动通道参数（增益）对控制性能指标的影响1.过程特性对控制性能指标的影响u扰动通道参数（时间常数）对控制性能指标的
4、影响1.过程特性对控制性能指标的影响u扰动通道参数（时滞）对控制性能指标的影响1.过程特性对控制性能指标的影响u扰动通道增益对控制性能指标的影响l在其他因素相同条件下，KfF越大，余差越大，最大偏差越大u扰动通道时间常数对控制性能指标的影响lTo/Tf1，扰动对系统输出有微分作用，使控制品质变差lTo/Tf1，扰动对系统输出有滤波作用，减小了扰动对输出的影响u扰动通道时滞对控制性能指标的影响l时滞f不影响系统闭环极点的分布，不影响系统稳定性l它仅表示扰动进入系统的时间先后，因此，不影响控制系统控制品质1.过程特性对控制性能指标的影响u扰动进入系统的位置对控制性能指标的影响l进入系统的扰动位置远
5、离被控变量，等效于扰动通道传递函数中的时间常数增大，因此，与扰动通道时间常数的影响相似。l如果等效增益Kf增大则应根据KfF 的大小确定其影响1.过程特性对控制性能指标的影响u系统时间常数匹配对控制性能指标的影响l可控性指标Kmc：控制系统临界增益Km与临界振荡频率c的乘积l可控性指标大表示系统的可控性好执行器、对象和检测变送环节组成执行器、对象和检测变送环节组成被控对象被控对象：1.过程特性对控制性能指标的影响u系统时间常数匹配对控制能指标的影响l减小最大时间常数To1，虽可提高临界振荡频率，但降低了临界增益，因此，并不能提高系统可控性指标l减小次大时间常数，或增大最大时间常数与次大时间常数
6、之比则有利于提高系统可控性指标2.被控变量选择原则被控变量的选择即要控制什么！基于工艺要求，选择的结果直接影响生产（生产安全、产品产量、质量）。控制系统的设计目标控制系统的设计目标 生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。2.被控变量选择原则 直接控制：对最基本的热工参数，一般是可以直接进行测量和控制的参数，如：温度、压力、液位、流量。间接控制：对质量指标，以及一些特殊的参数，如：成份、物性参数等，在一般条件下，无法直接测量和控制，应根据工艺参数的关系，用可测的参数，间接进行控制。被控变量选择方法分类2.被控变量选择原则被控变量选择原则：（1）尽可能选择直接
7、质量指标参数；（2）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显著的可控参数，单值对应关系最好；（3）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制；（4）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。3.操纵变量选择原则对象特性分析：精馏塔精馏塔:影响塔顶成分的有,温度、压力、进料流量、进料成分等对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因此，实际上都是多输入系统（MIMO)Y3.操纵变量选择原则操纵变量的选择：必须从影响被控量的诸多影响参数中选择一个，作为操纵变量，其它影响量则只能视作干扰量了。控制：用操纵量克服干扰量对被控变量的影响！3.操纵变量选择原则通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路。
8、干扰作用与控制作用相互对立而存在！问题：如何选择一个良好的操纵变量？操纵量输出：控制通道干扰量输出：干扰通道3.操纵变量选择原则操纵变量的选择：兼顾考虑工艺的合理性，工艺上不易频繁改变的量也不宜作为操纵变量。实质上是决定了控制通道的选择。操纵变量的选择原则：（1）操纵变量必须可控（2）选择通道放大倍数相对大的（3）选择通道时间常数相对小的（干扰通道时间常数大些）（4）选择通道的纯滞后尽量小（5）选择使干扰点远离被控变量而靠近控制阀4.控制方案选择原则l满足工艺控制要求的前提下，控制方案应尽量简单实用l应考虑扰动的变化频度和变化的幅度，例如，可选择前馈控制等l应考虑过程的动态特性，易控程度等，对反向特性或o/To较大的过程应采用特殊的控制规律或较复杂的控制结构l使各控制系统之间的关联尽量小小结l控制通道参数的影响l扰动通道参数的影响l扰动进入系统位置的影响l时间常数匹配的影响l被控变量的选择l操纵变量的选择l控制方案的选择（了解）