第四章简单控制系统的设计及

1、第四章简单控制系统的设计及调第四章简单控制系统的设计及调节器参数的工程整定节器参数的工程整定本章主要内容：本章主要内容：1.简单控制系统设简单控制系统设计的基本方法和主计的基本方法和主要内容要内容2.简单控制系统的简单控制系统的设计设计3.简单控制系统的简单控制系统的投运投运4.调节器参数的工调节器参数的工程整定程整定本章重点：本章重点：1.对象特性参数及控制器对象特性参数及控制器参数对控制过程的影响参数对控制过程的影响2.调节器参数的工程整定调节器参数的工程整定本章难点：本章难点：对象特性参数及控制器对象特性参数及控制器参数对控制过程的影响。参数对控制过程的影响。4.1 简单控制系统设计的基

2、本简单控制系统设计的基本方法和主要内容方法和主要内容4.1.1简单控制系统设计的基本方法简单控制系统设计的基本方法1.提出具体的控制目标；提出具体的控制目标；2.给出系统的品质指标；给出系统的品质指标；3.设计控制方案，选用合适的仪表；设计控制方案，选用合适的仪表；4.现场投运，对调节器参数进行整定。现场投运，对调节器参数进行整定。4.1.2简单控制系统设计的主要内容简单控制系统设计的主要内容1.控制方案的设计控制方案的设计带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图初步设计说明书初步设计说明书2.工程设计工程设计仪表选型、控制室和仪表盘的设计、仪仪表选型、控制室和仪表盘的设计、仪表供电气系统设计

3、、信号及连锁保护系表供电气系统设计、信号及连锁保护系统设计等。统设计等。3.工程安装和仪表的调校工程安装和仪表的调校4.调节器参数的工程整定调节器参数的工程整定在流程图中的在流程图中的检测仪表检测仪表、显示仪表显示仪表和和调节器调节器用用圆并在圆中标注文字符号和数字编号来表示，圆并在圆中标注文字符号和数字编号来表示，表示参数及仪表功能的文字符号填在上半圆中，表示参数及仪表功能的文字符号填在上半圆中，数字编号填在下半圆中。如上图所示，其中数字编号填在下半圆中。如上图所示，其中a表示盘面安装仪表，是一台带指示记录的温度表示盘面安装仪表，是一台带指示记录的温度调节器。原下部的数字则是该仪表在控制流程

4、调节器。原下部的数字则是该仪表在控制流程图上的编号。图上的编号。B表示一台就地安装的压力指示表示一台就地安装的压力指示表，其编号为表，其编号为102。 C是一台流量继动器，其是一台流量继动器，其功能是作为流量的低值选择，圆右上方功能是作为流量的低值选择，圆右上方L子母子母机代表此继动器机代表此继动器Y为一低值选择器，此仪表安为一低值选择器，此仪表安装在盘后。装在盘后。4.2 4.2 简单控制系统的设计简单控制系统的设计4.2.1被控变量的选择被控变量的选择对产品的产量、质量以及安全生产和节对产品的产量、质量以及安全生产和节能等方面具有决定性作用，可直接测量能等方面具有决定性作用，可直接测量或通

5、过计算可得到的变量作为被控变量。或通过计算可得到的变量作为被控变量。遵循的原则遵循的原则：1.能表征生产过程的质量；能表征生产过程的质量；2.确定表征生产过程的独立变量数；确定表征生产过程的独立变量数；3.注意控制系统间的相互影响。注意控制系统间的相互影响。4.2.2操纵变量的选择操纵变量的选择一、控制通道特性对控制质量的影响一、控制通道特性对控制质量的影响1.放大系数放大系数K0的影响：的影响：2.时间常数T0影响：T T0 0越大，反应速度越慢，被控变量变化越缓和，越大，反应速度越慢，被控变量变化越缓和，过渡过程也较稳定；控制作用不及时，过渡过过渡过程也较稳定；控制作用不及时，过渡过程的最

6、大偏差加大，过渡时间加长。程的最大偏差加大，过渡时间加长。T T0 0越小，反应灵敏，调节及时，过渡时间短，越小，反应灵敏，调节及时，过渡时间短，但易引起振荡，稳定性变差。但易引起振荡，稳定性变差。3.纯滞后时间0影响是控制作用落后于被控变量的变化，容易引起超调和振荡，最大偏差增大，过渡时间拉长。二、扰动通道特性对控制质量的影响扰动通道的时间常数大，容易克服扰动对控扰动通道的时间常数大，容易克服扰动对控制量的影响；制量的影响；三、操纵变量的选择原则：三、操纵变量的选择原则：1.控制通道的放大系数控制通道的放大系数k0要大；要大；2.扰动通道的时间常数大，控制通道的扰动通道的时间常数大，控制通道

7、的时间常数小；时间常数小；3.控制通道的纯滞后时间小；控制通道的纯滞后时间小；4.考虑工艺的合理性。（如不选择生产考虑工艺的合理性。（如不选择生产负荷作为操纵变量）负荷作为操纵变量）4.2.3调节器控制规律及作用方向的选择调节器控制规律及作用方向的选择一、控制规律的选择一、控制规律的选择1.控制过程通道的时间常数大，或多容控制过程通道的时间常数大，或多容对象，采用对象，采用PD或或PID 控制规律。控制规律。2.时间常数小，系统负荷变化小时，采时间常数小，系统负荷变化小时，采用用PI控制规律。控制规律。3.时间常数和时滞都较大，系统负荷变时间常数和时滞都较大，系统负荷变化亦大时，采用复杂控制系

8、统。化亦大时，采用复杂控制系统。二、调节起作用方向的选择二、调节起作用方向的选择4.3简单控制系统的投运简单控制系统的投运4.4 调节器参数的工程整定调节器参数的工程整定反应曲线法反应曲线法测定对象的动态特性的参数，测定对象的动态特性的参数，K、T、,计算对计算对应衰减比应衰减比=4:1下调节器的最佳参数。下调节器的最佳参数。P调节器：调节器：PI调节器：调节器：PID调节器；调节器；%100TK3 . 3%1001 . 1iTTK5 . 02%10085. 0diTTTK控制器参数整定的凑试法控制器参数整定的凑试法根据实际经验，将调节器的参数预置在常见范围上，然后施加一根据实际经验，将调节器

9、的参数预置在常见范围上，然后施加一定的人为扰动，观察过渡过程，调参数，直到满意为止。定的人为扰动，观察过渡过程，调参数，直到满意为止。凑试程序有两种；凑试程序有两种；1.先比例，后积分微分将将调节器置于纯比例下按下表取的经验先比例，后积分微分将将调节器置于纯比例下按下表取的经验值，调比例度大小直到系统达到值，调比例度大小直到系统达到4：1为止；然后加入积分作用，为止；然后加入积分作用，在后加入微分作用。在后加入微分作用。2.先积分微分后比例：先选取先积分微分后比例：先选取Ti（取上表所列范围某一数值）和（取上表所列范围某一数值）和Td（1/21/4Ti ），然后凑试比例度。），然后凑试比例度。关键：看曲线、作分析、调参数、寻最佳。关键：看曲线、作分析、调参数、寻最佳。注意；上表为常见范围，特殊情况例外。注意；上表为常见范围，特殊情况例外。a:Ti太小太小b:太小太小C:Td太大太大a:过大过大 Ti过大过大思考题思考题1.如何选择被控变量和操纵变量？如何选择被控变量和操纵变量？2.控制器参数整定的任务是什么？工程上常用控制器参数整定的任务是什么？工程上常用的控制器参数整定有哪几种方法？各种方法适的控制器参数整定有哪几种方法？各种方法适用于何种场合？用于何种场合？3.试述用衰减曲线