第1章 单回路反馈控制系统.ppt

1、第1章 单回路反馈控制系统,1.1 单回路控制系统的组成 1.2单回路控制系统的设计 1.3调节阀在单回路控制系统中的应用 1.4调节器的投运和参数整定,返回本章首页,第一节 单回路控制系统的组成,单回路控制系统是指由一个测量变送器，一个调节器、一个调节阀只对一个被控参数进行自动控制而组成的负反馈闭环控制系统。,单回路控制系统也称为单回路负反馈控制系统，简称单回路系统。由于在所有反馈控制系统中，单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种，因此它又被称之为简单控制系统。,单回路控制系统是实现生产过程控制的最基本单元，在生产中应用最为普遍；单回路系统虽然系统结构简单，但它却能解决生产过程中的大量

2、控制问题。它是过程控制中应用得最为广泛的一种控制系统。 单回路系统是复杂控制系统的基础。学会了单回路系统的分析和设计方法，会给复杂控制系统的分析和研究提供很大的方便。,1、系统构成 单回路反馈控制系统由四个基本环节组成，即被控对象(简称对象)或被控过程(简称过程)、测量变送装置、控制器和控制阀。有时为了分析问题方便起见，往往把控制阀、对象和测量变送装置合在一起，称之为广义对象。这样系统就归结为控制器和广义对象两部分。,单回路控制系统的控制作用： 调节器根据被控变量产生的偏差，通过调节阀去改变控制变量，从而使被控变量最终达到期望给定值。,2、控制系统框图,在定值控制系统中，把需要控制在某个其望给

3、定值的参数称为被控变量，如图中的液位；把通过调节阀改变的参数称为控制变量，如图中的出水口流量。,设出口调节阀是气关式，调节器设定为反作用方式。 偏差信号为测量值与给定值之差，当测量值大于给定值时。偏差为正，反之则为负。,3、控制过程分析,例如：在平衡状态下，入口阀突然开大了。这样就使F1F2，于是液位L将上升。随着L的上升，控制器将感受到正偏差(因为给定值没有变)，而控制器是反作用的，于是它的输出将减小。控制阀是气闭式的，随着控制器输出的减小，控制阀将开大。这样，流出量F2将逐渐增大，液位L将慢慢下降并逐渐趋于给定值。当再度达到F2F1时，系统将达到一个新的平衡状态。这时控制阀将处于一个新的开

4、度上。 同样，不论是什么因素使液位偏离给定值，在调节器正反作用方式与调节阀开关形式设置正确的情况下，总能克服干扰，使水位回到期望的给定值。,1）、正确选择被控变量与控制变量。 2）正确选择调节器的正反作用和调节阀的开关形式。 3）合理选择调节器的控制算法，保证一定的控制精 度，同时尽量减少系统的动态误差。 4）合理选择调节阀的流量特性，提高控制系统的线性度。 5）正确选择测量变送器，减少信号失真与滞后，提高控制质量。,单回路控制系统能够正常工作的前提：,第二节 单回路控制系统的设计,一、被控变量的选择,一般的过程都有较明确的要求。如对温度、压力、流量、液位控制系统，其相应的过程参数就是被控变量

5、。,被控变量的选择是控制系统设计的核心问题。它选择得正确与否，将会直接关系到生产的稳定操作、产品产量和质量的提高以及生产安全与劳动条件的改善等。如果被控变量选择不当，不论采用何种控制仪表，组成什么样的控制系统，都不能达到预期的控制效果，满足不了生产的技术要求。为此，自控设计人员必须深入生产实际，进行调查研究，只有在熟悉生产工艺的基础上才能正确地选择出被控变量。被控制变量的选择,通过分析，可以总结出如下几条选择被控变量的原则： (1)质量指标是产品质量的直接反映。在情况许可时，应选择质量指标参数作为被控变量。 (2)当不能选择质量指标参数作被控变量时，可选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接

6、指标参数作为被控变量。 (3)所选的间接指标参数必须具有足够大的变化灵敏度，以便反映产品质量的变化。 (4)在被控变量选择时还需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。,被控变量确定之后，还需要选择一个合适的控制变量以便被控变量在外界干扰作用下发生变化时，能够通过对控制变量的调整，使得被控变量迅速地返回到原先的给定值上，以保持产品质量的不变。 控制变量一般选系统中可以调整的物料量或能量参数。而石油、化工生产过程中遇到最多的控制变量则是物料流或能量流，即流量参数。 然而在一个系统中，可供选择作为控制变量的参数往往不只一个，而有数个，这时就有一个控制变量的选择问题。控制变量的选择要考虑到对象特

7、性、干扰位置与性质等各种问题。,二、控制变量的选择,控制变量也称为操纵变量，是调节阀的输出，同时也是直接影响被控对象的输入信号。,我们知道被控变量就是对象的输出，而影响被控变量的外部因素则是对象的输入。诚然，影响被控变量的外部输入往往有若干个而不是一个，因此我们所研究的实际上是一个多输入单输出的对象。如图111所示。,1、对象特性对控制质量的影响,现在的任务是在影响被控变量的诸多输入中选择其中某一个可控性良好的输入量作为控制变量，而其他未被选中的所有输入量则称为系统的干扰。如果用u来表示控制变量，而用f来表示系统干扰，那么，对象的输入、输出之间的关系就可以用图112明确地表示出来。,可以看出。

8、干扰作用与控制作用同时影响被控变量，不过在控制系统中通过控制器正、反作用的选择使控制作用对被控变量的影响正好与干扰作用对被控变量的影响方向相反，这样，当干扰作用使被控变量偏离给定值发生变化时，控制作用就可以抑制干扰的影响，把已经变化的被控变量拉回到给定值来(当然这种控制作用是由控制器通过控制阀的开闭变化来达到的)。因此、在一个控制系统中，干扰作用与控制作用是相互对立而存在的，有干扰就有控制，没有干扰也就无需控制。 如何才能使控制作用有效地克服干扰对被控变量的影响呢?关键在于选择一个可控性良好的控制变量。这就要研究对象的特性研究系统中存在的各种输入量以及它们对被控变量的影响情况，以便从中总结出选

9、择控制变量的一些原则。,（1） 干扰通道特性对控制质量的影响 从K、T、三个方面来进行分析。 1)放大倍数Kf 的影响 系统方块图如图,对于定值控制系统，y()就是系统的余差。由上式可知：干扰通道的放大倍数Kf 越大，系统输出的余差也越大，控制系统的稳态性能越差，即控制质量越差。,2) 时间常数Tf 的影响,为研究方便，令各环节放大倍数均为1，则系统在干扰作用下的闭环传递函数为,由式可知，当干扰通道为一阶惯性环节时，与干扰通道为放大环节相比，系统的特征方程发生了变化，表现在根平面的负实轴上增加了一个附加极点1/ Tf。这个附加极点的存在，除了会影响过渡过程时间外。还会影响到过渡过程的幅值，使其

10、缩小了Tf 倍。这样过渡过程的最大动态偏差也将随之减小。这对提高系统的品质是有利的。而且，随着Tf 的增大，控制过程的品质亦会提高。,分析干扰从不同位置进入系统对被控变量的影响。图115所示F1、F2及F3从不同位置进入系统，如果干扰的幅值和形式都是相同的，显然，它们对被控变量的影响程度依次为F1最大，F2次之，而F3为最小。,由图1l 6可以看出，F3对y的影响依次要经过G01(f)、G02(f)、G03(f)三个环节，如果每一环节都是一阶惯性的，则对干扰信号F3进行了三次滤波，它对被控变量的影响会削弱得较多，对被控变量的实际影响就会较小。而F1只经过一个环节G01(f)就影响到y，它的影响

11、被削弱得较少，因此它对被控变量的影响最大。 由上分析可得出如下结论：干扰通道时间常数愈大，个数愈多，或者说干扰进入系统的位置愈远离被控变量而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响就愈小，系统的质量则愈高。,3) 纯滞后f 的影响,在干扰通道出现纯滞后的结果是，使干扰对被控变量的影响的过渡过程曲线在时间轴上向右平移了一个f 的长度，即慢了一个f 的长度。所以，干扰通道存在纯滞后对系统没有不同的影响。,（2） 控制通道特性对控制质量的影响 也从K、T、三个方面来进行分析。 1)放大倍数Ko 的影响,放大倍数Ko对控制质量的影响要从静态和动态两个方面进行分析。从静态方面分析，由上式似乎可以得出当Kf、Kc

12、不变时控制通道放大倍数Ko越大，系统的余差越小的结论。然而这是不对的。对一个控制系统来说，在一定的稳定程度(即一定的衰减比)情况下，系统的开环放大倍数是一个常数(Kc Ko=常数) ，这里系统开环放大倍数即是控制器放大倍数Kc与广义对象控制通道放大倍数Ko的乘积。即，在系统衰减比一定的情况下(一定)，当Ko减小时，Kc必须增大，而Ko增大时，Kc必须减小，这样才能维持系统具有相同的稳定程度。,由此可以得出如下结论： 系统的余差与控制通道放大倍数无关。也就是说，在一定稳定性前提下，线性系统的控制质量与控制通道放大倍数无关。 然而,从控制角度看，Ko愈大，则表示控制变量对被控变量的影响愈大，这表示

13、通过对它的调节来克服干扰影响更为有效。此外在相同衰减比情况下，Ko与Kc的乘积为一常数，当Ko愈大时Kc则愈小，而Kc小则大。大比较容易调整，如果反过来，小则不易调整。因为当 3% 时，控制器则相当于位式控制器，已失去作为连续控制器的作用。 因此，从控制的有效性及调节器参数易调整性来考虑则希望控制通道放大倍数Ko愈大愈好，尤其不能比干扰通道的Kf 小。,2) 时间常数To 的影响,由上式可知，不认To1和To2哪一个增大，都会导致系统的工作频率降低，而系统工作频率愈低，则控制速度则愈慢。这样就不能及时地克服干扰的影响，因而，系统的质量会愈差。,可以得出如下结论： 控制通道的时间常数To愈大，系

14、统的工作频率愈低，控制速度愈慢，控制愈不及时，过渡过程时间也愈长，系统的质量愈低。 随着控制通道时间常数的减小，系统工作频率会提高，控制就较为及时，过渡过程也会缩短，控制质量将获得提高。 然而也不是控制通道时间常数愈小愈好。因为时间常数太小，系统工作频率过于频繁，系统将变得过于灵敏反而会使系统的稳定性下降，系统质量会变差。,3) 纯滞后o 的影响,图中曲线C是没有控制作用时系统在干扰作用下的反应曲线。如果xo为变送器的灵敏度，那么，当控制通道没有纯滞后时，控制作用从t1时刻开始就对干扰起抑制作用，控制曲线为D。,如果控制通道存在有纯滞后时间o ，那么，控制作用要等到t1+o 时刻才开始对干扰起

15、抑制作用，而在此时间以前，系统由于得不到及时的控制，因而被控变量只能任由干扰作用影响而不断地上升(或下降)，其控制虚线为E。显然，与控制通道没有纯滞后的情况相比，此时的动态偏差将增大，系统的质量将变差。,从系统开环频率特性上分析： 对于控制通道没有纯滞后的系统，其开环频率特性如图中的第1组曲线所示。由其相频曲线-180处可以找到系统的幅稳定裕度R1。如果控制通道有纯滞后，那么系统开环频率持性将如图中第2组曲线所示。因为纯滞后项只会影响开环系统的相频而不会影响开环系统的幅频，因此，具有纯滞后的开环系统相频曲线将下移。同样可以从-180相角下求得对应的系统稳定裕度为R2。显然R2R1。 幅稳定裕度

16、是系统稳定程度的标志度愈小，则表明系统的稳定性愈差。,由上分析可以看出： 控制通道纯滞后的存在不仅会使系统控制不及时，使动态偏差增大。而且还会使系统的稳定性降低。这是因为纯滞后的存在，使得控制器不能及时获得控制作用效果的反馈信息，会使控制器出现失控。当需要增加控制作用时会使控制作用增加得太多，而一旦需要减少控制作用时则又会使控制作用减少得太过分，因此导致系统的振荡使系统的稳定性降低。因此，控制通道纯滞后的存在是系统的大敌，对控制质量起着很坏的影响，会严重地降低控制质量。,2、控制变量的选择 通过以上对干扰通道和控制通道的K、T、对控制质量的影响分析，可以总结出以下几个原则作为控制变量选择的依据

17、。,(1)所选的控制变量必须是可控的； (2)所选的控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数； (3)所选的控制变量应使扰动通道时间常数愈大愈好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小； (4)所选的控制变量其通道纯滞后时间应愈小愈好； (5)所选的控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀； (6)在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量。,第三节 调节阀在单回路系统中的应用,返回本章首页,调节阀是控制系统的执行部件，它接受调节器的命令执行控制任务。调节阀

18、选择得合适与否、将直接关系到能否很好地起到控制作用。因此，对它必须给予足够的重视。 调节阀选择的内容包括：开闭形式的选择；口径大小的选择，流量特性的选择以及结构形式的选择等内容。,一、气动调节阀气开、气关形式的选择 控制阀接受的是气压信号，当膜头输入压力增大，控制阀开度也增大时，称之为气开阀。反之，当膜头输入压力增大时，控制阀开度减小则称之为气关阀。 对于一个具体的控制系统来说，究竞选气开阀还是选气关阀，要由具体的生产工艺来决定。一般来说，要根据以下几条原则来进行选择。,调节阀气开、气关形式的选择原则： (1)首先要从生产安全出发。即当气源供气中断，或调节器出故障而无输出，或调节阀膜片破裂而漏

19、气等而使调节阀无法正常工作，以致阀芯回复到无能源的初始状态(气开阀回复到全闭，气闭阀回复到全开)，应能确保生产工艺设备的安全，不致发生事故。如锅护供水控制阀，为了保证发生上述情况时不致把锅炉烧坏，调节阀应选气闭式。,(2)从保证产品质量出发。当发生控制阀处于无能源状态而回复到初始位置时，不应降低产品的质量。如精馏塔回流量控制阀常采用气关式，一旦发生事故控制阀全开，处于全回流状态，这就防止了不合格产品的蒸出，从而保证塔顶产品的质量。,(3)从降低原料、成品、动力损耗来考虑。如控制精馏塔进料的调节阀就常采用气开式一旦调节阀失去能源调节阀即处于关闭状态不再给塔进料，以免造成浪费。,(4)从介质的特点

20、考虑。精馏塔塔釜加热蒸汽调节阀一般都选气开式，以保证在调节阀失去能源时能处于全闭状态，避免蒸汽的浪费。但是如果釜液是易凝、易结晶、易聚合的物料时，调节阀则应选气闭式，以防调节阀失去能源时阀门关闭，停止蒸汽进入而导致釜内液体的结晶和凝聚。,二、调节阀口径的确定,调节阀口径大小直接决定着控制介质流过它的能力。从控制角度看，调节阀口径选得过大，超过了正常控制所需的介质流量，调节阀将经常处于小开度下工作，阀的特性将会发生畸变，阀性能就较差。反过来，如果调节阀口径选得太小，在正常情况下都在大开度下工作，阀的特性也不好。此外，调节阀口径选得过小也不适应生产发展的需要，一旦需要设备增加负荷时，调节阀原有的口

21、径大小就不够用了。因此，从控制的角度来看，调节阀口径的选择应留有一定的余地，以适应增加生产的需要。,调节阀口径大小通过计算调节阀流通能力的大小来决定。调节阀流通能力必须满足生产控制的要求并留有一定的余地。一般流通能力要根据控制阀所在管线的最大流量以及调节阀两端的压降来进行计算，并且为了保证调节阀具有一定的可控范围，必须使调节阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例（S要大）。所占的比例愈大，调节阀的可控范围愈宽。如果调节阀两端压降在整个管线总压降中所占的比例小可控范围就变窄，将会导致调节阀特性的畸变，使控制效果变差。,调节阀口径的确定步骤如下：,1、了解调节阀的有关详细数据资料，其中包括

22、调节阀的流量系数表等。,2、计算调节阀在最大流量时的流量系数CMAX,3、确定所选调节阀的流量系数。（C CMAX ）,4、确定调节阀的口径。在厂商提供的流量系数表中,选择与流量系数C值对应的调节阀口径（公称直径Dg和阀座直径dg)。,调节阀口径的确定步骤,三、调节阀流量特性的选择 目前我国生产的调节阀有线性特性、对数特性(即等百分比特性)和快开特性三种，尤其以前两种特性的调节阀应用得最多。 调节阀流量特性的选用要根据具体对象的特性来考虑。,解决办法: 一种是选择自整定调节器，它能根据负荷的变化及时修改调节器的参数，以适应变化了的新情况。但这种调节器结构比较复杂，实现起来比较困难，现场应用不多

23、。,问题的提出： 调节器参数是根据具体的对象特性整定得到的。 对于个确定的具体对象就有一组调节器参数(、Ti、TD )与其相适应，对象特性改变了，原先的调节器参数就不再能适应，如果这时不修改调节器参数，控制质量就会降低。然而负荷的变化往往具有随机性，不可预知。这样就不可能在负荷变化时，适时地对调节器参数进行修改。,另一种就是根据负荷变化对对象特性影响情况选择相应特性的调节阀来进行补偿，使得广义对象(包括调节阀和对象及测变环节)的特性在负荷变化时保持不变。这样，就不必考虑在负荷变化时修改调节器参数的问题。,设单回路系统如图所示。图中将控制阀和对象特性写成静态部分(以放大倍数表示)与动态部分(是s

24、的函数)相乘积的形式。如果在该系统中选用的是纯比例式控制器，即Gc(s)=Kc，并且将系统整定成4：1衰减过程，即系统具有0.5和幅稳定裕度，那么下式应该成立：,为了保持在负荷变化时控制器参数维持不变，必须满足：,一般情况下，如果调节阀的膜头不是很大。阀杆运动时摩擦阻力较小，运动较为灵活(例如阀上装有阀门定位器)，可以认为调节阀的动态特性部分GV(j)是不变的。这样就可以得到：,上式可以作为选择调节阀特性的依据。,下表列出了在不同情况下控制阀流量特性的选择方法。,调节阀的流量特性选择目前较多采用经验法，一般可从以下几方面考虑： 1、依据过程特性选择。选择原则为：KV KO=常数。 KV 为调节

25、阀的放大系数，KO为过程的放大系数。当过程的特性为线性时，应选择直线特性的调节阀，否则就选择等百分比特性的调节阀。,2、依据配管情况选择。由于系统配管情况不同，调节阀的工作特性和理想特性也有差异。因此，首先根据系统特点来选择工作特性，然后再考虑配管情况来选择相应的理想特性。选择原则如下表。,3、依据负荷变化情况选择。 在负荷变化较大的场合，宜选用等百分比调节阀。因为等百分比调节阀放大系数是随阀芯位移的变化而变化的，其相对流量变化率是不变的，因而能适应负荷的变化情况； 当调节阀经常工作在小开度时，宜选用等百分比调节阀。因为直线调节阀在小开度时，相对流量变化率很大，不宜进行微调。,第四节 调节器的

26、投运和参数整定,调节器是常规仪表控制系统中的核心环节，担负着整个控制系统的“指挥”工作，正确地选用调节器，可以大大改善和提高整个过程控制系统的控制品质。目前在单回路常规控制系统中，主要采用具有比例、积分和微分作用的调节器。本节重点介绍调节器在单回路控制系统中正反作用的确定方法和调节器控制参数(比例度，积分时间TI ，微分时间 TD ）的整定方法。,调节器一般都具有正作用和反作用两种工作方式。当调节器的输出信号随着被控变量的增大而增加时，调节器工作于正作用方式；当调节器输出信号随着被控变量的增大而减小时，调节器工作于反作用方式。调节器设置正、反作用的目的是为了适应对不同被控对象实现闭环负反馈控制

27、的需要。因为在一个控制系统中，除了调节器外，其他各个环节(被控对象、测量变送器、执行器)都有各自的作用方向。如果各环节组合不当，使系统总的作用方向构成了正反馈，则控制系统不仅起不到控制作用，反而破坏了生产过程的稳定。又因为被控对象、测量变送器和执行器的作用方向是不能随意选定的，所以，要想使控制系统具有闭环负反馈特征，只有通过正确地选择调节器的正、反作用来实现。,一、调节器正反作用的确定,假设对控制系统中的各环节作如下规定： 1调节器工作于正作用方式为“+”，工作于反作用方式为“-”； 2调节阀的开度随调节器输出信号的增加而增大(气开式)为“+”，开度随调节器输出信号的增加而减小(气关式)为“-

28、”； 3被控变量随控制变量的增加而增加为“+”，随控制变量的增加而减小为“-”； 4变送器的输出随被控变量的增加而增加为“+”，随被控变量的增加而减小为“-”，通常情况下变送器环节取“+”。 判别准则：只要控制系统中各环节规定符号的乘积为负，则该系统是一个负反馈系统。即负反馈系统要满足判别式： (控制器)(执行器)(被控对象)(变迭器)(-) 根据以上判别准则，可以方便地确定控制器的正、反作用。,(),例如： 图6ll是一个简单的加热炉出口温度控制系统。由于出口温度随燃料的增加而升高，所以对象的符号为“+”。变送器的输出信号也随出口温度的升高而增加，符号也为“+”。为了在气源突然中断时，保证加

29、热炉的安全，执行器选用了气开式，其符号为“+”。显然，为了使各环节的总乘积为负，调节器的符号必须为“-”，所以应该选择反作用调节器。,图612是一个简单的液位控制系统。当流出量增加时，液位是下降的，所以对象的符号取为“-”。为了防止在供气中断时物料全部流走，执行器采用了气开式，故符号为“+”。变送器的符号也为“+”。这时调节器必须选择正作用，才能构成负反馈控制系统。,所谓控制系统投运就是将系统由手动工作状态切换到自动工作状态。这一过程是通过调节器上的手动自动切换开关从手动位置切换到自动位置来完成的，但是这种切换必须保证无扰动地进行。就是说，从手动切换到自动的过程中，不应造成系统的扰动，不应该破

30、环系统原有的平衡状态，亦即切换中不能改变原先调节阀的开度。调节器在手动位置时，调节阀接受的是调节器手动输出信号；当调节器切到自动位置时，调节阀接受的是调节器根据偏差信号大小和方向按一定控制规律运算所得的输出信号(称之为自动输出)。当调节器从手动切到自动时，将以自动输出信号代替手动输出信号控制调节阀。反过来，如果调节器从自动切到手动，则以手动输出代替自动输出控制调节阀。如果调节器在切换之前，自动输出与手动输出信号不相等，那么，在切换过程中必然会给系统引入扰动，这将破坏系统原先的平衡状态。这是不允许的。因此，要求切换过程必须保证无扰动地进行。,二、调节器的投运问题,对于设计比较先进的电动型、I系列

31、、EK系列等控制器来说，由于它们有比较完善的自动跟踪和保持电路，能够做到在手动时自动输出跟踪手动输出在自动时手动输出跟踪自动输出，这样，就可以保证不论偏差存在与否，随时都可以进行手动与自动切换而不会引起扰动。此一功能称之为双向无平衡无扰动切换。具有这样功能的调节器将会给手动自动切换工作带来很大的方便。 一般电动型控制器没有这么方便。为了保证元扰动切换，必须在切换之前做找平衡工作，即必须在偏差等于零时才能进行切换。这是因为当偏差等于零时，仪表内部的跟踪线路能自动地使控制器的自动输出跟踪等于手动输出，这样，从手动到自动的切换就可以保证无扰动。,三、调节器的参数整定方法,所谓控制系统的整定，就是对于

32、一个已经设计并安装就绪的控制系统，通过控制器参数(比例度，积分时间TI ，微分时间 TD )的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。 一个控制系统的质量取决于对象特性、控制方案、干扰的形式和大小以及控制器参数的整定等各种因素。然而，一旦系统按所设计的方案安装就绪，对象特性与干扰位置等基本上都已固定下来，这时系统的质量主要就取决于控制器参数的整定了。合适的控制器参数会带来满意的控制效果，不合适的控制器参数会使系统质量变坏。,但是，调节器参数整定决不是“万能的”。对于一个控制系统来说，如果对象特性不好，控制方案选择得不合理，或是仪表选择和安装不当、那么无论怎样整定调节器参数也是达不到

33、质量指标要求的。因此，只能说在一定范围内(方案设计合理、仪表选型安装合适)，调节器参数整定合适与否，对控制质量具有重要的影响。 对于不同的系统，整定的目的要求可能是不一样的。 例如，对于定值控制系统一般要求过渡过程呈4：1的衰减变化，而对于比值控制系统则要求整定成振荡与不振荡的边界状态，对于均匀控制系统则要求整定成幅值在一定范围内变化的缓慢变化的振荡过程，这些都将在以后分别给予介绍。 对于单回路控制系统，控制器参数整定的要求就是通过选择合适的调节器参数(比例度，积分时间TI ，微分时间 TD )，使过渡过程呈现4：l衰减过程。,控制器参数整定的方法很多，归结起来可分为两大类： 一类是理论计算方

34、法；另一类是工程整定方法。 1、理论整定方法 从控制原理知道，对于一个具体的控制系统，只要质量指标规定了下来，又知道了对象的特性，那么，通过理论计算的方法(微分方程法、频率法、根轨迹法等)就可以计算出调节器的最佳参数。但是，由于对象特性的测试方法和测试技术的未尽完善，石油、化工对象的可变性，往往使对象特性难以测得或者即使测得，但是所得到的对象特性数据不够准确可靠，且因计算方法一般都比较繁琐，工作量大，耗时较多。,2、工程整定方法 与理论计算方法不同，工程整定方法一般不要求知道对象特性这一前提。它是直接在闭合的控制回路中对调节器参数进行整定。这种方法具有简捷、方便且易于掌握的持点，因此，工程整定

35、方法在工程实际中得到了广泛的应用。 下面介绍几种常用的控制器参数的工程整定方法。,1）、临界比例度法 (1)先将调节器的积分时间TI置于最大(TI=)，微分时间TD置零(TD=0)，比例带置为较大的数值，使系统投入闭环运行。 (2)待系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃扰动，并减小，直到系统出现等幅振荡，即临界振荡过程。记录下此时的k(临界比例带)和等幅振荡周期Tk 。 (3)根据所记录的k和Tk，按下表给出的经验公式计算出调节器的、TI及TD参数。,按照表中的经验公式计算出调节器的、TI及TD参数后，先将比例带设置在比计算值稍大些（20%）的数值上，再依次设置积分时间TI和微分时间TD ，最

36、后再将比例带设置为计算数值 。 加上干扰后，如果过渡过程与4：1衰减还有一定差距，可适当调整调节器参数值，反复凑试，达到4：1衰减为止。,这种方法只适用于二阶以上的高阶对象，或是一阶加纯滞后的对象。如有些过程控制系统不允许进行反复振荡试验，像锅炉给水系统和燃烧控制系统等，就不能应用此法。再如某些时间常数较大的单容过程，采用比例调节时根本不可能出现等幅振荡，也就不能应用此法。,2）、衰减振荡法 这种方法与临界比例度法相类似，所不同的是无需出现等幅振荡过程。具体方法如下： (1)先将调节器的积分时间TI置于最大(TI=)，微分时间TD置零(TD=0)，比例带置为较大的数值，使系统投入闭环运行。 (

37、2)待系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃扰动，若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程。记录下此时的比例带s以及振荡周期Ts值(如图)。 (3)根据所记录的s和Ts ，按下表给出的经验公式计算出调节器的、TI及TD参数。,按表中经验公式算出控制参数后，按照先比例、后积分、最后微分的顺序，依次将调节器参数放好。不过在放积分、微分之前应将放在比计算值稍大(约20%)的数值上，待积分、微分放好后再将放到计算值上。放好调节器参数后可以再加一次干扰验证一下过渡过程是否呈4：1衰减振荡。如果不符合要求，可适当调整一下值直到达到满意为止。,

38、由于4：l衰减曲线法试验过渡过程振荡的时间较短，而且又是衰减振荡，因此，易为工艺人员所接受。再者这种整定方法不受对象特性阶次的限制，一般对象都可以应用，因此，这种整定方法应用较为广泛。,这是一种开环整定方法，即利用广义对象时间特性整定控制器参数的方法。这种方法也比较简便。具体做法如下： 先使系统处于开环状态。 再在调节阀的输入端施加一个阶跃信号，记录下测量变送环节的输出响应曲线。 根据阶跃响应试验曲线求得广义过程的传递函数以后，就可以分别按表中的近似经验公式计算调节器的参数。,3）、反应曲线法,3、三种工程整定方法的比较： 反应曲线法是通过系统开环试验，得到被控过程的典型数学表示之后，再对调节

39、器参数进行整定的。因此，这种方法的理论性相对较强，适应性也较广，并为调节器参数的最优整定提供了可能。并且，与其它两种方法相比，所受的试验条件的限制也比较少，通用性较强。 临界比例度法和衰减曲线法都是闭环试验整定方法，它们都是依赖系统在某种运行状况下的试验信息对调节器参数进行整定的。其优点是不需要掌握被控过程的数学模型。但是，这两种方法也都有一定的缺点，如临界比例度法对生产工艺过程不能反复振荡试验的场合不适用，对比例调节是本质稳定的被控系统也不适用。而衰减曲线法在做衰减比较大的实验时观测数据很难准确确定。对于过程变化较快的系统也不宜适用。,从减少干扰对试验信息的影响考虑，衰减曲线法和临界比例度法都要优于反应曲线法。这是因为闭环试验对干扰有较好的抑制作用，而开环试验对外界干扰的抑制能力几乎没有。因此，从这个意义上讲，临界比例度法最好，衰减曲线法次之，反应曲线法最差。 需要指出的是，无论采用哪一种方法所得到的调节器参数，都需要在系统的实际运行中进行最后的调整与完善。,调节器参数的工程整定方法，主要有临界比例度法、反应曲线法和衰减曲线法，下面分别加以介绍。 一、临界比例度法(又称稳定边界法) 这是一种闭环整定方法。由于该方