第二章过程装备控制基础1讲述.ppt

第2章 过程装备控制基础 教学要求与学习目标： 1 掌握被控对象的数学建摸和特性参数。 2 掌握简单控制系统控制方案的设计。 3 掌握控制器常用的控制规律 4 掌握控制器控制参数的工程整定。 5 能根据系统的特殊要求，设计合适的复杂控制系统 教学内容: ● §2.1 被控对象的特性 ▲ §2.2 简单控制系统 ▲ §2.3 复杂控制系统 提问： ▲ 1 影响自动控制系统控制质量的因素有哪些？ ▲2 为什么要研究被控对象的特性？ 提问： ▲ 1 影响自动控制系统控制质量的因素有哪些？ 2 实验测取法（黑匣子法） 是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后、用仪表测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。然后对这些实验数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。 补充作业题2-1： 为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定t0=0）突然将燃气量从2.5t/h增加到3.0 t/h，重油出口温度记录仪得到的阶跃反映曲线如图所示。假定对象为一阶对象，试描述该重油预热炉特性方程式（分别以温度变化量与燃气变化量为输出量与输入量），并解出燃料量变化量为单位阶跃变化量时温度变化量的函数表达式。 （温度测量仪表的测量范围为0~200℃；流量测量仪表的测量范围为0~5t/h。） §2.2 单回路（简单）控制系统 §2.2 单回路（简单）控制系统 3 单回路控制系统的设计思路 （3） 操纵变量的选择原则 ① 操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 ② 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 ③ 在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。 4 执行器的选择 4 执行器的选择 1 比例控制规律（Proportion） （1）概念：指控制器的输出信号变化量u与输入偏差信号变化量e之间成比例关系。 即：△u（t） = K p· e（t） （3） 比例控制规律对系统过渡过程（控制质量）的影响 ① 有余差。为什么？例如：杠杆浮球构成的比例液位控制系统： 图2-24 不同δ下的过渡过程 P29 2 积分控制规律（I）( integral ) ①定义：是指控制器的输出变化量u与输入偏差e的积分成正比。即 ： 3 比例积分控制（PI） （1）定义：在比例控制的基础上，再加上积分控制作用，便构成比例积分控制规律。控制既及时，又能消除余差。 （3）积分时间TI对过渡过程（控制质量）的影响 TI 小（KI大），积分作用强， 积分速度快，余差消除快，但系统震荡加剧，稳定性下降。太小，系统不稳定。 TI 小,余差大 4 比例微分控制规律（PD）（differential) （1）理想微分控制规律（D） ① 定义：是指控制器的输出变化量u与输入偏差e的变化速度成正比。 u=TD de/dt TD——为微分时间，表示微分作用的强弱。 de/dt ——为偏差信号变化速度。 4 比例微分控制规律（PD）（differential) ▲比例微分控制规律（PD） ① 数学表达式： ▲比例微分控制规律（PD） 5 比例积分微分控制规律（PID） ② 优缺点： 控制质量高；无余差；参数整定较麻烦。 比例（P）、比例积分（PI）、比例积分微分（PID）的比较 （4）控制器规定： 当偏差(e= ym - ys ）增加时，输出u也增加，称为“正作用” 当偏差(e= ym - ys）增加时，输出u减小，称为“反作用” 2 为什么要考虑控制器的正、反方向？如何选择？ ▲目的：是为了使系统中的被控对象、控制器、执行器三个环节组合起来，构成“负反馈” 例题2-1： 下图是锅炉的压力和液位的控制系统图，试分别确定两个控制系统中各个环节的正、反作用方向以及控制阀的气开、气关形式。 §2.2.3 控制器参数的整定 例2-2 ▲如何根据过渡曲线，凭经验调节参数？ 比例度过小、积分时间过小、微分时间过大都会引起过渡曲线剧烈振荡，如何判断？ §2.3 复杂控制系统   教学目的与要求： 1 掌握复杂控制系统的基本概念； 2 掌握串级、前馈、 比值、选择性、均匀复杂控制系统组成、特点及使用场合。 3 掌握串级、前馈、 比值、选择性、均匀复杂控制系统的方块图的表达； 本节主要内容： §