第一章_单回路反馈控制系统.ppt

1、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,第1章,1.1单回路系统的结构组成, 单回路反馈控制系统 四个基本环节：被控对象、测量变送、控制器和控制阀 反馈控制中的最基本系统 特点：简单、有效、 应用最成熟、最普遍 - 占70%以上,1.1单回路系统的结构组成,F1增加 L增加 变送器输出信号增加 偏差（测量值-设定值）为正

2、、增加 控制器输出减小 阀开度增加 F2增加 L降低；,工作过程：,1.1单回路系统的结构组成,给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。也称为参考输入量（信号）。,被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。, 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程称为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。,1.1单回路系统的结构组成, 控制系统的原理和作用（定值）,维持被控参数保持在设定值上，偏差越小越好 偏差控制：纠正偏差 过程工业中，此类系统占大多数 按被控参数分类： 温度控制回路、压力控制回路、 流

3、量控制回路、物位（液位）控制回路,单回路控制系统的特点,一个单回路控制系统是由一个测量变送装置、一个控制器、一个控制阀和相应的被控对象所组成 系统中存在着一条从系统的输出端引向输入端的反馈路线，即控制器是根据被控量的测量值与给定值的偏差来进行控制的。,单回路控制系统结构比较简单，所需自动化控制工具少，投资比较低，操作维护比较方便，一般情况下都能满足控制质量的要求，因此被广泛应用。,单回路控制系统的设计,正确的选择被控变量和选择变量 正确的选择控制阀的开闭形式及流量特性 正确的选择控制器的类型及其正反作用 正确的选择测量变送装置,为了设计好一个单回路控制系统，并使该系统在运行时达到规定的质量指标

4、要求，就要很好的了解具体的生产工艺，掌握生产过程的规律性，以便确定合理的控制方案。,设计的主要工作包括：,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,第1章,控制系统的设计目标,1.2 被控变量的选择,即，要控制什么 基于工艺要求，选择的结果直接影响生产（产品产量、质量、生产安全）,分类,1.2 被控变量的选择,直接控制,最

5、基本的热工参数，一般是可以直接进行测量和控制的参数 温度、压力、液位、流量,间接控制,质量指标，以及一些特殊的参数 成份、物性参数等，在一般条件下，无法直接测量和控制 应根据工艺参数的关系，用可测的参数，间接进行控制,1.2 被控变量的选择,例1：,苯、甲苯二元精馏系统,质量指标是最重要的控制参数 如塔顶产品的纯度 xD 但 xD 目前无法直接测量，因此，只能用间接控制参数进行控制。 根据精馏原理，xD = f (TD, p), 即与温度和压力成非线性函数关系。 理论上，固定一项，就可用另一项控制xD 。 一般的，实际中都采用恒定p，通过控制塔顶温度来控制塔顶成分。,1.2 被控变量的选择,选

6、择原则： （1） 测量滞后 P （2） 工艺合理性 T 工艺合理性：规定塔压稳定，保证分离度，保证效率 各块塔板压力恒定，XD与T有对应关系 选择XD=F（T）,1.2 被控变量的选择,选择被控变量的原则,（1）尽可能选择直接质量指标参数； （2）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显著的可控参数，单值对应关系最好； （3）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制； （4）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。,操纵变量的选择： （1）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量； （2）不止一个，重要因素,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

7、 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,第1章,1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择,对象特性分析,精馏塔: 影响塔顶成分的有,温度、压力、 进料流量、进料成分等,对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因此，实际上都是多输入系统（MIMO),F1,F2,Fn,Y,1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择,设计单回路控制系统:,必须从影响被控量的诸多影响参数中 选择一个，作为操

8、纵变量 其它影响量则只能视作干扰量了,控制：,用操纵量克服干扰量对被控变量的影响,F1(s),F2(s),U(s),Y(s),Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s) F1(s) +GPD2(s) F2 (s),1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择,操纵量输出：控制通道 干扰量输出：干扰通道 干扰作用与控制作用相互对立而存在 问题：如何选择一个良好的操纵变量。 分析通道特性,通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路,对象物料蓄存量的变化率 单位时间流入对象的物料单位时间流出对象的物料,1.2.1有自平衡能力对象,（1）动态特性：（以单容水槽为例）,可以近似认为Q2与

9、h 成正比,将上式代入（1-1）式，移项,（1-1）,时间常数,放大系数,水槽面积,阀门阻力,1.2.1有自平衡能力对象,放大系数K,对于前面介绍的水槽对象，当流入流量Q1有一定的阶跃变化后，液位h也会有相应的变化，但最后会稳定在某一数值上。如果我们将流量Q1的变化Q1看作对象的输入，而液位h的变化h看作对象的输出，那么在稳定状态时，对象一定的输入就对应着一定的输出，这种特性称为对象的静态特性。,（2）描述对象特性的参数,图1-10 水槽液位的变化曲线,或,K在数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。K越大，就表示对象的输入量有一定变化时，对输出量的影响越大，即被控变量对这个量的

10、变化越灵敏。,生产过程要求一氧化碳的转化率要高，蒸汽消耗量要少，触媒寿命要长。通常用变换炉一段反应温度作为被控变量，来间接地控制转换率和其他指标。,一氧化碳变换过程示意图,不同输入作用时的被控变量变化曲线,影响变换炉一段反应温度的因素主要有冷激流量、蒸汽流量和半水煤气流量。改变阀门1、2、3的开度就可以分别改变冷激量、蒸汽量和半水煤气量的大小。从右上图看出，冷激量对温度的相对放大系数最大；蒸汽量对温度的相对放大系数次之；半水煤气量对温度的相对放大系数最小。,一氧化碳变换过程示意图,时间常数T,从大量的生产实践中发现，有的对象受到干扰后，被控变量变化很快，较迅速地达到了稳定值；有的对象在受到干扰

11、后，惯性很大，被控变量要经过很长时间才能达到新的稳态值。,图1-11 不同时间常数对象的反应曲线,由前面的推导可知,反应曲线,对于简单水槽对象，K=RS，即放大系数只与出水阀的阻力有关，当阀的开度一定时，放大系数就是一个常数。,当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2所需的时间，就是时间常数T，实际工作中，常用这种方法求取时间常数。显然，时间常数越大，被控变量的变化也越慢，达到新的稳定值所需的时间也越大。,不同时间常数对象的反应曲线,T1T2T3T4,时间常数大的对象（如T4) 对输入的反应较慢， 一般认为惯性较大。,滞后时间,分类,1.传递滞后,有的对象或过程,在受到输入作用后

12、,输出变量要隔上一段时间才有响应,这种对象称为具有时滞特性的对象,而这段时间就称为时滞0 (或纯滞后)。,时滞的产生一般是由于介质的输送需要一段时间而引起的。,溶解槽及其反应曲线,举例,1.传递滞后,从测量方面来说，由于测量点选择不当、测量元件安装不合适等原因也会造成传递滞后。,图1-15 蒸汽直接加热器,当加热蒸汽量增大时，槽内温度升高，然而槽内溶液流到管道测温点处还要经过一段时间0。所以，相对于蒸汽流量变化的时刻，实际测得的溶液温度T要经过时间0后才开始变化。,注意：安装成分分析仪器时，取样管线太长，取样点安装离设备太远，都会引起较大的纯滞后时间，工作中要尽量避免。,2.容量滞后,具有容量

13、滞后对象串联水槽的反应曲线,图解近似方法,串联水槽,在容量滞后与纯滞后同时存在时，常常把两者合起来统称滞后时间，即0h。,自动控制系统中，滞后的存在是不利于控制的。所以，在设计和安装控制系统时，都应当尽量把滞后时间减到最小。,结论,图1-18 滞后时间示意图,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Kf的影响,结论： Kf越大，系统的余差也越大， 控制质量越差,Y()=,Kf,1+ KC Ko,分析过程：,Y(s)=,GPD(s),1+ Gc(s)GPC(s),F(s),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Tf的影响,结论：Tf越大，个数

14、越多，干扰对被控变量的影响越小，系统的动态偏差越小， 控制质量提高 干扰进入系统的位置：越离被控变量近的干扰，对被控变量的影响也越大,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 f的影响,结论： 干扰通道的纯滞后对控制系统质量没有影响， 只是滞后了干扰对控制的影响,Y(s)=,GPD(s)e-s,1+ Gc(s) GPC(s),F(s),1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择,干扰通道特性对控制质量的影响,1.3 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),1.3 对象特性对

15、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（1-7） 动态：控制系统衰减比与Kc 与K0的乘积有关，见式（1-18），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大，易于调节，因此，一般希望K0大些好,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 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

16、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,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,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。,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

17、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）选择使干扰点远离被控变量而靠近控制阀,1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择,控制通道特性对控制质量的影响,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,第1章,1.4 控制阀的选择,控制系统的执行部件

18、 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,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。,阀的流通能力根据阀所在管线的最大流量和控制阀两端的压降来计算。,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，,气闭式输入气压信号（来自控制器）增大，,控制阀的气开、闭形式的选择原则：,1.4

19、控制阀的选择,（1）安全角度： 即当出现意外事故时，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,控制阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量与阀门的相对开度（相对位移）间的关系，即,通过控制阀的流量大小不仅与阀的开度有关，还和阀前后 的压差高低有关。,为分析方便，在研究阀的特性时，先把阀前后压差固定为恒 值进行研究，然后再考虑阀在管路中的实际情况进行分

20、析。,1.4 控制阀的选择,流量特性,1.控制阀的理想流量特性,在不考虑控制阀前后压差变化时得到的流量特性称为理想流量特性。它取决于阀芯的形状,（1）直线流量特性,在目前常用的控制阀中，有三种典型的 理想流量特性,（2）对数特性,（3）快开流量特性,串联管道的情形,.工作流量特性,在实际生产中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性。,串联管道的工作流量特性,管道串联时控制阀的工作流量特性,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PI

21、D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？,（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 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：,先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。,特性选择,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,主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物

22、理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。,结构形式选择,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,执行机构的特性属于比例式，即平衡时推杆的位移与输入气压大小成比例,当20kPal00kPa 的标准气压信号P 进入薄膜气室时，在膜片上产生向下的推力，克服弹簧反力，使推杆产生位移，直到弹簧的反作用力与薄膜上的推力平衡为止。,气动执行器的结构,执行机构的工作原理,气动阀门定位器,气动阀门定位器与气动控制阀配套使用,组成闭环系统,利用反馈原理来改善控制阀的定位精度和提高

23、灵敏度,并能以较大功率克服阀杆的摩擦力、介质的不平衡力等影响,从而使控制阀门位置能按控制仪表来的控制信号实现正确定位。,组成及作用,电-气阀门定位器,采用电-气阀门定位器后，可用电动控制器输出的010 mA 或420 mA DC电流信号去操纵气动执行机构；,把上述的电-气转换器与气动阀门定位器结合成一体，组成电-气阀门定位器。,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

24、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,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。,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,1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法,传递滞后的影

25、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。,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 使用微分控制作用，以克服测量环节的容量滞后。但是，微分器对于克服纯滞后是无能为力的。因为在纯滞后时间里，参数变化速度等于零，因而微分器输出也等于零，微分器起不到超前作用。,1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法,克服滞后的办法,传送滞后： 一般，气

26、动仪表容易产生传送滞后，在气动管线比较长时，可考虑加入气动继动装置。,传送滞后： 1）克服测量信号传送滞后的办法 当变送器为电动仪表而控制器为气动仪表时，应将电气转换器尽量安置在仪表屏附近，以缩短气信号传送管线长度； 当变送器为气动仪表而控制器为电动仪表时，应在现场安装气电转换器，将气信号转换成电信号后进行传送； 当变送器、控制器均为气动仪表时，可在信号传送管线上加装气动继动器，以提高信号传送功率，减少滞后。,1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法,克服滞后的办法,传送滞后： 2）克服控制信号传送滞后的办法 当控制器为电动仪表时，电气转换器应安装于现场控制阀附近，或在控制阀上安装电气阀门定位器

27、； 当控制器为气动仪表时，应在气动信号传送管线上装设气动继动器，或者在控制阀上安装气动阀门定位器，以提高输出功率，减少滞后。,1.5 测量及传送滞后的影响及消除方法,克服滞后的办法,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,概论,控制器的控制规律是指 控制器

28、的输出信号与输入信号之间的关系。,即,概论,控制器的基本控制规律,位式控制（其中以双位控制比较常用） 比例控制（P） 积分控制（I） 微分控制（D）,位式控制,双位控制,理想的双位控制器其输出p与输入偏差额e之间的关系为,理想双位控制特性,双位控制示例,由于设置了中间区，当偏差在中间区内变化时，控制机构不会动作，因此可以使控制机构开关的频繁程度大为降低，延长了控制器中运动部件的使用寿命。,实际的双位控制规律,具有中间区的双位控制,具有中间区的双位控制过程,双位控制过程中一般采用振幅与周期作为品质指标,结论,被控变量波动的上、下限在允许范围内，使周期长些比较有利。,双位控制器结构简单、成本较低、

29、易于实现，因而 应用很普遍。,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 三作用控制器,PID：Proportional Integral Derivative,PID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。,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：,1.6 控制器参数对系统控制质量的

30、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。,1.6.1,控制器参数对系统静态误差的影响,终值定理：,1.6.1,控制器参数对系统静态误差的影响,当控制器

31、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； 当控制器引入积分作用时，可消除余差； 微分作用对余差没有影响。,1.6.2,对系统动态误差的影响,Kc 0，相当于开路 Kc 控制精度提高（余差减小）， 矛盾 系统稳定性变差，只有原系统稳定裕量充分大时才采用纯比例控制。,比例控制器：,图简单水槽的比例控制过程,液位开始下降,作用在控制阀上的信号,进水量增加,偏差的变化曲线,在t=t0时，系统外加一个干扰作用,图 比例度对过渡过程的影响,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，

32、积分作用弱，消除余差的能力弱。,1.6.2,对系统动态误差的影响,PI控制器：,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：,1.6.2,对系统动态误差的影响,微分控制规律及其特点,具有微分控制规律的控制器,理想微分控制器特性,实际的微分控制规律及微分时间,微分作用的特点在偏差存在但不变化时,微分作用都没有输出。,微分控制器不能单独使用。它常与比例或比例积分控制器组成比例微分控制或比例积分微分控制。,图 实际微分器输出变化曲线,当输入是一幅值为

33、 A的阶跃信号时,比例微分控制系统,比例微分控制系统的过渡过程,图 微分时间对过渡过程的影响,微分作用具有抑制振荡的效果，可以提高系统的稳定性,减少被控变量的波动幅度,并降低余差。 微分作用也不能加得过大。 微分控制具有“超前”控制作用。,比例积分微分控制,同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为比例积分微分控制器。,图 PID控制器输出特性,1.6.3,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，控制精度要求比较高，希望动态偏差小，被控

34、对象的时间滞后比较大的，PID,控制规律选择原则：,工业常见控制器有：P、PI、PD、PID,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,第1章,1.7系统的关联及其消除方法,1.7.1,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,提馏段温度与塔底液位控制系

35、统,家中煤气供量，高峰期互相影响,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,1.7.1,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。,1.7.2,分析系统关联的方法,相对增益方法,1.7.2,分析系统关联的方法,Gc1(s),Gc2(s),R1(s),R2(s),Y1(s),Y2(s),U1(s),U2(s),Gc1(s),Gc2(s),R1(s),R2(s),Y1(s),Y2(s),U1(s),U2(s

36、),u不等于u1; u保持不变,y不等于y1; y保持不变,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,1.7.2,分析系统关联的方法,（5）ij0，其它回路闭合时，本回路将变成不稳定（条件稳定回路）,（1）ij=1，其它回路闭合与否对本通道没有影响，即， 该通道的控制回路与其它系统没有关联；,（2）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

37、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，其它回路开环时，ui对yi没有影响，j i 通道的控制回路 不能构成,1.7.2,分析系统关联的方法,相对增益矩阵A 布里斯托尔阵列,1.7.2,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,1.7.3,削弱或消除系统间关联

38、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,例子：,离心泵输出管线上的流量和压力控制控制系统,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。 若流量控制重要，可使流量控制器敏感些（减小比例度，减小微分时间），这样，系统出现扰动，流量系统快速调整，然后，压力系统再缓慢控制。 反之亦然。,1.7.3,削弱或消除系统间关联的方法,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,第1章,教学进程,原则：系统开环总放大倍数必须为负值（保证负反馈）,1.8,单回路系统投运和整定,控制器正反作用的确定,正：输入信号，输出信号 负：输入信号 ，输出信号,1.8,单回路系统投运和整定,一般，对于仪表控制器，都带有正反作用开关， 对于计算机控制，可以通过程序设置,1.8,单回路系统投运和整定, 关键是自动和手动的切换,要求，必须保证