过程控制工程课件：第1章 单回路反馈控制系统 1

1、过程控制工程第1章 单回路反馈控制系统 第 2 课Process Control Engineering1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 控制通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)教学进程1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（1） 放大倍数K0的影响静态：控制通道放大倍数K0大，控制系统稳态余差小，见式（1-15）动态：控制系统衰减比与Kc 与K0的乘积有关，见式（1-26），且Kc K0越大，越小，稳定性差，因此，要保证Kc K0=常数。在Kc K0=常数情况下，控制系统稳态余差不变。从控制角度看，K0大些，说明控制通道对系统的影响

2、大，易于调节，因此，一般希望K0大些好教学进程1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（2） 时间常数T0的影响从控制系统传递函数推导进行分析，见课本P17结论：控制通道的时间常数大，经过的容量数多，系统的工作频率低，控制不及时、系统控制质量差，如温度系统。 一般希望控制通道时间常数小些好。 但控制通道时间常数过小，将使得系统过于灵敏，也会使稳定性变差，如流量系统 教学进程1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（3） 纯滞后 0的影响 分析见课本P19 结论：纯滞后0的存在，使得控制不及时，增加动态偏差，降低稳定性。 控制通道纯滞后是控制系统非常不利的因素，会严重影响控制系统

3、品质，以至于使控制系统发散，造成严重后果，因此，实际工程中，必须重视。 教学进程1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择操纵变量的选择 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。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）选择使干扰点远离控制变量、靠近控制阀教学进程复习:1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（1）选择被控变量的原则？（2）操纵变量的选择 原则？ （2）干扰通道特性影响Kf 、 Tf 、 f ？ （3）控制

4、通道特性影响K0 、 T0 、 0 ？ 教学进程引言:单回路控制设计了解生产工艺掌握生产过程的规律确定确定合理的控制方案被控变量&操纵变量控制阀开闭形式、流量特性控制器的类型及正、反作用测量变送装置教学进程单回路反馈控制系统1.1 单回路系统的结构组成1.2 被控变量的选择1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4 控制阀的选择1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7 系统的关联及其消除方法1.8 单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章教学进程1.4 控制阀的选择控制系统的执

5、行部件接受控制器的命令执行控制任务。选择内容：口径大小、开闭形式、流量特性、结构形式教学进程口径大小 直接决定介质流过的能力1.4 控制阀的选择 通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有较宽的可控范围。 口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好； 口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。教学进程开闭形式气动控制阀：1.4 控制阀的选择电动控制阀：一般均为电开式（电机带动阀门）气开式输入气压信号（来自控制器）增大，阀的开度增大；气闭式输入气压信号（来自控制器）增大，阀的开度减小；教学进程控制阀的气开、闭形式的选择原则：1.4 控制阀的选择（1）安全角度： 即当出

6、现意外事故时，如气源中断，或电源中断，此时输入控制阀的气压信号最小，这时，考虑到工艺设备的安全性，必须使阀门全闭（气开式）或阀门全开（气闭式） 如：锅炉燃气控制阀气开式 （2）质量角度：出现以外事故，考虑产品质量 （3）消耗角度：原料、成品及动力消耗 （4）介质特点：特殊介质，考虑气结晶、蒸发等因素 具体工艺过程，对控制阀开闭有要求的场合，要区分主次因素（安全第一），对控制阀开闭没有要求时，可以任选教学进程控制阀的气开、闭形式的选择例子：1.4 控制阀的选择课本P22：图1.19 锅炉供水控制阀图1.20 离心泵出口控制阀 没有安全要求保护用户设备保护锅炉本身教学进程1.4 控制阀的选择流量特

7、性 目前控制阀的特性有三种： 线性特性、对数特性（等百分比特性）、快开特性 L/LmaxF/Fmax教学进程 一般的，生产负荷变化对象特性发生变化 如，热交换器： 负荷（被加热的流体）增大： 通过热交换器的时间缩短， 纯滞后减小； 特性改变 流速增大，传热效果变好 控制系统投运时，已经整定好了PID参数，一旦对象特性发生变化时，原来好的PID参数就变得不好了1.4 控制阀的选择流量特性什么时候选择非线性特性？教学进程（1）选择自整定调节器，代价大（2）通过控制阀的特性选择进行弥补 K 1 / K0G0如对象负荷静态部分K0与控制阀流量F成正比，对象负荷动态部分G0与控制阀流量F成反比，控制阀特

8、性取线性；P15 表1-1 控制阀流量特性的选择 课本P15分析的例子P16 表1-2 控制阀流量特性经验选择1.4 控制阀的选择流量特性解决办法：教学进程1.4 控制阀的选择结构形式直通单座、直通双座、角阀、高压阀、蝶阀、隔膜阀、三通阀适用于不同工艺场合表1-4 教学进程1.4 控制阀的选择阀门定位器 控制阀的辅助装置 接受控制器信号，输出控制控制阀 作用： 提高控制阀控制精度，准确定位； 功率放大； 可改变控制阀流量特性； 可实现分程控制 教学进程单回路反馈控制系统1.1 单回路系统的结构组成1.2 被控变量的选择1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4 控制阀的选择1.5

9、测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7 系统的关联及其消除方法1.8 单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章教学进程1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法测量滞后的影响容量滞后： 由于测量元件具有一定的时间常数，一阶惯性环节 理论上讲，只有当过渡时间无限长时，输出才能达到稳态（等于工艺参数值）。因此，测量变送的输出一般小于工艺参数实际值，不利于系统控制测量变送装置的容量滞后对控制系统不利。教学进程1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法测量滞后的影响纯滞后： 参数变化信号传递到测量点需要一定的时间 使得广义对象中含有纯滞后环节，不利于控制，要尽量克服教学进程1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法传递滞后的影响 测量信号传送滞后：变送器控制室 控制信号传送滞后：控制室控制阀 生产现场与控制室有较长的一段距离，对于气动信号的传递，就会产生信号的传送滞后。一般比较小，对于电信号，可以忽略。 教学进程1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法克服滞后的办法测量滞后： 选择快速反应的测量元件，以减小时间常数 选择合适的测量点，以减小纯滞后 使用微分单元，以克服容量滞后 微分环节起到超前作用，参考书上的推导，在分子上多了一