单回路反馈控制系统

1、单回路反馈控制系统第1页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二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章教学进程第2页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择控制质量：系统的稳定性系统的静态误差系统的动态

2、误差PID 三作用控制器PID：Proportional Integral DerivativePID控制：对偏差信号 (t)进行比例、积分和微分运算变换后形成的一种控制规律。教学进程第3页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二其中： Kpe (t) 比例控制项， Kp 为比例系数 积分控制项，Ti 为积分时间常数； 微分控制项，d 为微分时间常数； 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 PID 控制器，3个可调整的参数： 比例度（P）、 积分时间Ti（I）、微分时间Td（D） PID控制的传递函数：教学进程第4页，共21页，2022年，5月20日，2点17分

3、，星期二1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择 PID控制是控制工程中技术成熟、理论完善、应用最为广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型结构。 在很多情形下，PID 控制并不一定需要全部的三项控制作用，而是可以方便灵活地改变控制策略，实施P、PI、PD 或PID 控制。显然，比例控制部分是必不可少的。 。 PID 不仅适用于数学模型已知的控制系统，而且对大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用。 PID 控制参数整定方便，结构灵活，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。教学进程第5页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二控制

4、器参数对系统静态误差的影响R(s)E(s)Gc(s)Go(s)F(s)P35 图1-29F(s)Go(s)E(s)Gc(s)教学进程第6页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二终值定理：P35 式1-58控制器参数对系统静态误差的影响结论： 当控制器为纯比例作用时，系统余差与放大倍数成反比，即与比例度成正比，比例度越大，余差越大； 控制器引入积分作用，可消除余差； 微分作用对余差没有影响。 教学进程第7页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二对系统动态误差的影响（1）比例放大倍数K的影响： Kc 0，相当于开路 Kc 控制精度提高（余差减小），系统稳定性变差 矛

5、盾只有原系统稳定裕量充分大时才采用纯比例控制。0ty(t) Kc增大P36 图1-31比例控制器：教学进程第8页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二（2）Ti的影响：比例作用基础上叠加对偏差的积分输出 消除余差 Ti小，积分作用强，消除余差的能力强，但是，系统振荡加剧，衰减比变小； Ti大，积分作用弱，消除余差的能力弱。 对系统动态误差的影响 PI控制器： 0ty(t) Ti减小P25 图1-28教学进程第9页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二（3）微分时间Td ： 也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID 微分输出与偏差变化速度成正比， “超前”调节作

6、用 Td大，微分作用大，控制系统灵敏， 但稳定性变差P、I、D三参数相互配合控制器参数整定 PD控制器： 对系统动态误差的影响教学进程第10页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二控制规律的选择 （1）对控制要求不高的参数，可只采用比例控制器； （2）对控制要求不高，且惯性较大的参数，可采用比例-微分控制器； （3）对于精度要求高的，要加入积分规律，PI； （4）较重要、控制精度要求较高、希望动态偏差小、被控对象的时间滞后较大的，PID控制规律选择原则：工业常见控制器有：P、PI、PD、PID教学进程第11页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二单回路反馈控制系

7、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章教学进程第12页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二1.7系统的关联及其消除方法系统的关联及其影响 如同一条水管安装有多个水龙头，各个龙头的流量相互影响所谓关联，就是系统之间彼此相互有影响TCLC提馏段温度与塔底液位控制系统家中煤气供量，高峰期

8、互相影响 教学进程第13页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二由此可见，这两套控制系统存在着相互关联。系统的关联在很大程度上影响控制系统的性能，要非常注意系统的关联及其影响关联蒸汽阀开大，蒸汽量增加，温度上升，但同时由于蒸发量增大，塔釜液位会下降；同样，液位阀开大，采出量增加，液位下降，同时由于被加热的液体减少，温度会增加。教学进程第14页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二分析系统关联的方法相对增益方法Gc1(s)Gcn(s)R1(s)nnRn(s)Y1(s)Yn(s)u1(s)un(s)ji教学进程第15页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，

9、星期二相对增益的计算：j i 通道第一次计算只有第j个操纵变量变化，其它各操纵变量均维持不变的增益：第二次计算其它各操纵变量都变化（处于闭环控制）的增益：于是，j i 通道的相对增益为： 相对增益定义：相互关联程度分析系统关联的方法教学进程第16页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二（5）ij1，其它回路闭合对本通道有影响，即，该通道的控制回路与其它系统有关联，这种关联使得本回路增益变小，负关联。（ij越大关联越大）（3）ij1，其它回路闭合对本通道有影响，即，该通道的控制回路与其它系统有关联，这种关联使得本回路增益变大，正关联。（ij越小关联越大）（4）ij=0，其它回路开

10、环时，ui对yi没有影响，j i 通道的控制回路不能构成分析系统关联的方法教学进程第17页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二相对增益矩阵A 布里斯托尔阵列分析系统关联的方法（6） ij =，只有在其它回路开环时，才能用ui控制yi，即此通道的控制回路才能成立。 可见，可根据ij对1的偏离程度大小判断关联程度ij偏离1越大，系统间相互关联越厉害 每行（列）相对增益之和为1。 已知各通道的开环增益K教学进程第18页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二削弱或消除系统间关联的方法关键：深入仔细分析关联的产生方法：通过工艺分析，找出关联，并提出解决关联的方法若能计算相对增益（矩阵），可进行量化分析 （1）按照变量配对，若均在1的附近，说明关联不大，此时，可采用控制系统参数整定的方法，即拉开工作频率范围，可以削弱关联的影响； （2）若相对增益都离1较远，说明彼此关联较厉害，必须从控制系统设计入手解决，如采用解耦控制方案； （3）相对增益有些离1远，有些在1附近，可采用重新变量配对，再进行处理 。教学进程第19页，共21页，2022年，5月20日，2点17分，星期二例子：离心泵输出管线上的流量和压力控制控制系统 PC FC 流量和压力控制系统存在关联，可采用控制器参数整定的方法，拉开各自的工作频率