过程控制仪表第8章简单控制系统的设计课件.ppt

２）对于有自衡能力的广义被控过程，传递函数可写为 若是单位阶跃响应，系统中各参数的意义如下图 根据阶跃响应曲线求得广义被控过程的传递函数后 根据下表的经验公式计算调节器的参数。 4．三种工程整定方法的比较 相同：三种工程整定方法都是通过试验获取某些特征参数，然后再按计算公式 算出调节器的整定参数 不同：反应曲线法通用性最强；临界比例度法和衰减曲线法都无需掌握被控过 程的数学模型；从闭环试验对干扰有较好的抑制作用，开环试验对外界干扰的 抑制能力很差的意义上说，衰减曲线法最好，临界比例度法次之，反应曲线法 最差。 7.3.3 PID调节器参数的自整定 1． 改进型临界比例度法 改进型临界比例度法是用具有继电特性的非线性环节代替比例调节器，使闭环 系统自动稳定在等幅振荡状态，其振荡幅度还可由继电特性的特征值进行调节 ，以便减小对生产过程的影响，从而达到实用化要求。 改进型参数整定示意图 为广义被控对象， N为具 有继电特性的非线性环节。当系 统处于整定状态时，开关S置于 位置2， S置于位置1时为系统正 常工作状态，进行PID控制。 改进临界比例度法整定PID参数时的系统框图 非线性环节N用描述函数表示为 输出的一次谐波幅值; 输入正弦波的幅值; 输出的一次谐波相位。` N的理想继电特性如下图，其描述函数可由下右图求出 对输出 进行傅氏三 角级数展开，设其一次 谐波分量为： 其描述函数为： 由控制理论可知，整定状态的闭环系统产生等幅振荡的条件 因此 只要测出上图中偏差e的振幅X,即可得到临界放大倍数 测取e的振荡周期 即可得到临界振荡周期 当X从 时， 是在幅频特性平面上沿负实轴的一条轨线， 和 的交点即为临界振荡点，此时的临界放大系数为 2．迭代整定算法 假设调节器相应曲线如下图所示： 可知 m为衰减指数 为二阶阻尼系数 依次计算出放大系数 积分时间 微分时间 7.4 单回路控制系统设计实例 7.4.1 干燥过程的控制系统设计 一、工艺要求 下图为乳化物干燥过程示意图 由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易 固化，也不能用泵抽送，因而采用高位 槽的办法 。 由于需要蒸发掉乳液中的水分，使之成 为粉状物，并随湿空气一起送出进行分 离。生产工艺对干燥后的产品质量要求 很高，水分含量不能波动太大，因而需 要对干燥的温度进行严格控制。试验证 明，若温度波动在±2℃以内，则产品质 量符合要求。 二、方案设计与参数整定 1. 被控参数与控制参数的选择 1）被控参数的选择 根据生产工艺，水分含量与干燥温度密切相关。选用干燥的温度为被控参数， 水分与温度一一对应。将温度控制在一定数值上。 2）控制参数的选择 经过对装置的分析，可知影响干燥器温度的因素有乳液流量 、旁路空气 流量 和加热蒸汽流量 任选一个作控制参数，均可构成温度控制系统。 经分析可知：旁路空气量与热风量混合，经风管进入干燥器，它与选取乳液流 量为控制参数相比虽然控制通道存在一定的纯滞后，对干燥温度校正作用的灵 敏度虽然差一些，但可通过缩短传输管道的长度而减小纯滞后时间。为三个方 案中最适宜的 旁路风量为控制参数时的 系统框图： 2．仪表的选择 选用DDZ-Ⅲ型仪表，具体过程如下： 1）测温元件及变送器的选择 选用热电阻温度计。采用三线制接法，并配用温度变送器。 2）调节阀的选择 选用气关式调节阀；根据过程特性与控制要求选用对数流量特性的调节阀 3）调节器的选择 选用PI或PID控制规律。由于调节阀为气关式，故 为负；当给被控过程 输入的空气量增加时，干燥器的温度降低，故 为负；测量变送器的 通常为正。为使整个系统中各环节静态放大系数的乘积为正，则调节器的 应为正，故选用反作用调节器。 3．温度控制原理图及其系统框图 系统框图如下 4. 调节器的参数整定 可按前面所介绍的任何一种整定方法对调节器的参数进行整定。 7.4.2 贮槽液位过程控制系统的设计 一、工艺要求 生产工艺要求贮槽内的液位常常需要维持在某个 设定值上，或只允许在某一小范围内变化。同时 ，为确保生产过程的安全，还要绝对保证液体不 产生溢出。 液体贮槽图： 二、方案设计与参数整定 1. 被控参数的选择 根据工艺要求，选择贮槽的液位为直接被控参数 2. 控制参数的选择 影响贮槽液位的参数有两个，一个是液体的流入量，一个是液体的流出量 这两个参数对被控参数的影响一样，但从保证液体不产生溢出的要求考虑 ，选择液体的流入量作为控制参数则更为合理。 3.测控仪表的选择 1） 测量元件及变送器的选择 选用差压式传感器与DDZ-Ⅲ型差压式变送器以实现贮槽液位的测量和变送 2） 调节阀的选择 选用气开式调节阀，