4.第四章简单控制系统.ppt

—过程控制基础及应用— 浙江大学信息学院控制系 * 第4章 简单控制系统 简单控制系统的结构与组成 控制的目的、被控变量的选择 对象特性、控制变量的选择 测量滞后、测量信号处理 负荷变化、执行阀选择 控制规律的选择 控制系统的投运与参数整定 本章主要回答三个问题 1.控制什么？（被控变量选择） 2.拿什么控制？ （控制变量选择） 3.通过什么方式控制？（控制规律选择） 第一节 概述 过程控制系统四个基本环节： 测量变送环节 控制器 执行器 被控对象 被控变量 控制器 执行器 被控对象 测量变送环节 干扰 偏差 设定值 ＋ － 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述 控制器 (LC或TC) 执行器 （控制阀） 被控对象 （液位储槽或换热器） 测量、变送环节 （LT或TT） 被控变量 （液位或温度） 干扰 偏差 设定值 ＋ － 广义对象 简单控制系统方块图 载热体 冷流体 换热器 温度控制系统 液位控制系统 常见的两种简单控制系统： 第二节 被控变量的选择 明确 控制目的 使生产过程自动按照预定的目标进行，并使工艺参数保持在预先规定的数值上（或按预定规律变化） 分析 生产工艺 “关键”变量：对产品的产量、质量以及生产过程的安全具有决定作用的变量 确定 被控变量 两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制 当直接质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞后很大时，可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的变量做为间接控制指标。 选择被控变量 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述 要有代表性。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。 应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控制系统的被控变量有关联（耦合)关系。 滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送环节滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。 灵敏度要高。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。 成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国内仪表产品现状。 被控变量选择的一般原则 控制变量与干扰变量 第三节 控制变量的选择 原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择控制规律 系统投运 参数整定 概述 控制通道 干扰通道 干扰变量 控制变量 被控变量 干扰作用与控制作用之间的关系 被控对象 放大系数 绝对放大系数 ?Y ?X ?Y/(YMAX-YMIN) ?X/(XMAX-XMIN) 相对放大系数 控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表征。从控制有效性考虑，K0应适当的大一些。 干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征。希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小。 对象静态性质对控制质量的影响 操纵变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变量时，从稳态性质考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为控制变量。 对象动态性质对控制质量的影响 控制通道滞后时间τ0 控制通道时间常数 T0 T0小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长 在选择操纵变量构成控制回路时，应尽量避免控制通道纯滞后τ0的存在，无法避免时应使之尽可能小。 A：无纯滞后时的校正作用 B：有纯滞后时的校正作用 C：不受控下的输出曲线 D：无纯滞后时的输出曲线 E：有纯滞后时的输出曲线 干扰通道时间常数 Tf Tf越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于改善控制质量 干扰通道滞后时间τf 干扰通道的纯滞后τf不会影响控制质量 干扰通道纯滞后τf的影响 无纯滞后 有纯滞后 控制变量的选择原则 控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 控制变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。为此，应通过合理选择控制变量，使控制通道的放大倍数适当大、时间常数适当小(但不宜过小，否则易引起振荡)、纯滞后时间尽量小。为使其他干扰对被控变量的影响尽可能小，应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可能大。 在选择控制变量时，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。 一般说来不宜选择生产负荷作为控制变量，因为生产负荷直接关系到产品的产量，是不宜经常波动的。 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号 选择调节阀 选择