过程控制六单回路系统设计lyzPPT课件

第六讲 单回路系统设计ProcessControlSystem 主讲老师 廉迎战副教授 23 04 2020 2 重点内容 单回路系统 对象 执行器 调节器 变送器内容 系统参数整定 23 04 2020 3 三 单回路系统整定 系统整定 一般是指选择调节器的比例度 积分时间Ti和微分时间Td的具体数值 系统整定的实质 就是通过改变控制参数 使调节器特性和被控过程特性配合好 以改善系统的动态和静态特性 求得最佳的控制效果 调节器参数整定的方法很多 可分为三类 一是理论计算整定法 二是工程整定法 三是计算机仿真寻优整定法 理论计算整定法由于过分依赖过程的数学模型 而在建立数学模型时忽略了许多次要因素 过程模型的精确度不高 计算所得数据不可靠 而且计算繁琐 工作量很大 因此工程上很少用 工程整定法直接在控制系统中进行 且方法简单 实用 易于掌握 在工程实际中被广泛应用 计算机仿真寻优整定法利用误差积分最优准则 通过计算机仿真以求调节器的参数整定达至最优 该整定方法的应用越来越广泛 23 04 2020 4 三 单回路系统整定 一 理论计算整定法根据根轨迹作图法选择调节器的参数 使系统特征方程中对瞬态响应起主导作用的满足系统指标 系统闭环传递函数 w s wk s 1 wk s 系统特征根 1 wk s 0系统稳定整定条件1 模值条件 wk s 0幅角条件 2N 1 180 0系统稳定整定条件2 0 75 23 04 2020 5 三 单回路系统整定 一 理论计算整定法例 Wo s 1 2 s 1 s 0 2 s 0 5 调节器Wc s Kc 求 0 75时比例度的值 解 开环传递函数 Wk s 1 2Kc s 1 s 0 2 s 0 5 K 1 2KcA 开环根轨迹零点 m 0个 终点 极点 s1 1 s2 0 2 s3 0 5 n 3个 起点 渐进线 n m 3夹角 180 1 2u 3 60 180交点 s1 s2 s3 n m 0 567分离点 和回合点1 Wk s 0有极值 对1 Wk s 0针对K求导数得S1 0 333 S2 0 8虚轴焦点 S a jw令a 0代1 Wk s 0得w 0 89 23 04 2020 6 三 单回路系统整定 一 理论计算整定法例 Wo s 1 2 s 1 s 0 2 s 0 5 调节器Wc s Kc 求 0 75时比例度的值 解 根轨迹特征 共扼对称 作根轨迹 0 75系统特征曲线 12 28二者交点a b根据模值条件 求K A 0 185 j0 654 Wk s 1K 0 575 0 675 1 05 0 408Kc K 0 12 3 4 0 294 23 04 2020 7 三 单回路系统整定 一 理论计算整定法例 Wo s 1 Ts 1 Ts 1 Ts 1 Ts 1 T 10S 调节器Wc s Kc 1 Td s 求 0 75时比例度的值 Td 解 开环传递函数 Wk s Wc s Wo s A 零点 m 0个 终点 B 极点 s1 1 To n 4个 起点 C 取 Td To 10sD 0 75取得 12 28E 模值条件 Wk s 1P 1 0 渐进线夹角A 180 3 60 交OA于D点D 0 03 J0 135 F 模值条件 Wk s 1D点距离极点距离求kc 1 To pd To pd To pd 0 349 23 04 2020 8 三 单回路系统整定 二 工程整定法1 动态特性参数法特点 根据系统开环广义过程响应特性 进行近似计算的方法 方法 Wo S 输入端加一阶跃信号记录变送器的响应输出据响应曲线求特征参数 延时To 响应 响应度 根据参数计算整定参数值 Wc s 23 04 2020 9 三 单回路系统整定 二 工程整定法1 动态特性参数法A 广义过程无自衡能力阶跃信号近似对象Wo s s 1 S n 或Wc s 确定 23 04 2020 10 三 单回路系统整定 二 工程整定法1 动态特性参数法B 广义过程有自衡能力阶跃信号近似对象Wo s 1 1 ToS 或Wc s 确定 23 04 2020 11 三 单回路系统整定 二 工程整定法1 动态特性参数法B 广义过程有自衡能力 23 04 2020 12 三 单回路系统整定 二 工程整定法1 动态特性参数法B 广义过程有自衡能力PD调节器的参数整定计算公式 它是在计算了比例 P 调节器的比例度后利用下式计算 23 04 2020 13 三 单回路系统整定 二 工程整定法2 临界比例度法临界比例度法是在系统闭环条件下进行的 方法简便 应用广泛 其具体步骤如下 1 调节器置于纯比例位置 且比例度置最大值 此时无积分Ti 和微分Td 0作用 使系统投入闭环运行 2 待系统运行稳定后 对给定值施加一适当幅值的阶跃扰动 并逐步减小比例度 直到系统产生等幅振荡 即为临界振荡 并记录下此时的比例度 称为临界比例度 k 23 04 2020 14 三 单回路系统整定 二 工程整定法2 临界比例度法根据 k Tk按表计算调节器的参数 k Ti和Td之值 注意 有时生产过程工艺上不允许产生连续的等幅振荡 23 04 2020 15 三 单回路系统整定 二 工程整定法3 衰减曲线法A 4 1衰减曲线法该法与临界比例度法相似 也是在系统闭环运行条件下进行的 其具体步骤如下 1 将调节器积分时间置于Ti 微分时间Td 0 比例度置于最大值 将系统投入闭环运行 2 待系统运行稳定后 对给定值作一适当幅值的阶跃扰动 并逐步减小比例度 直到记录曲线出现图8 17所示的4 1衰减的曲线为止 记录下此时的比例度和衰减曲线的第一个振荡周期 然后查表便可计算出调节器的PID参数的整定值 23 04 2020 16 三 单回路系统整定 二 工程整定法3 衰减曲线法A 4 1衰减曲线法 23 04 2020 17 三 单回路系统整定 二 工程整定法3 衰减曲线法B 10 1衰减曲线法 23 04 2020 18 三 单回路系统整定 三 计算机仿真寻优整定法随着计算机技术的发展 人们利用计算机仿真技术进一步发展了的调节器PID参数的整定方法 称为计算机仿真寻优整定法 该法根据过程的参数KoTo和 之值 利用绝对误差积分 IAE 平方误差积分 ISE 和时间乘绝对误差积分 ITAE 之值为最小为准则 进行计算机仿真 从而整定调节器的PID参数 调节器参数整定的计算公式分别为 比例 P 积分 I 微分 D 23 04 2020 19 四 单回路控制系统投运 过程控制系统的方案设计 控制仪表选型和安装调试就绪后 或者经过停车检修后 将过程控制系统重新投入到生产过程中运行 称为系统投运 为使过程控制系统能顺利投入运行 投运前必须做好准备工作 1 准备工作 准备工作做得越充分 投运将越顺利 准备工作大体包括 在熟悉生产工艺流程和控制方案的前提下 应对检测变送器 调节器 调节阀 供电 供气 联接管线等以及其它装置进行全面而细致的检查 它们的连接极性是否正确 仪表量程设置是否合理 仪表的相应开关是否置于规定位置上 仪表的精度是否满足设计要求等 其次 在各组成系统的各台仪表进行单独调校的基础上 再对系统进行联调 观察其工作是否正常 这是保证顺利投入的重要步骤 2 系统投运根据生产过程的实际情况 首先将检测变送器投入运行 观察其测量显示的参数是否正确 其次利用调节阀手动遥控 待被控参数在给定值附近稳下来后 再从手动切换至自动控制 在调节器从手动切换到自动运行前必须做细致的检查工作 首先检测