第4章-简单控制系统.ppt

第四讲 简单控制系统 简单控制系统 简单控制系统（单回路控制系统） 由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。 简单控制系统的设计原则 被控变量的选择 操纵变量的选择 测量变送器 执行器的选择原则 控制器设计 简单控制系统设计实例 简单控制系统的设计原则 被控变量的选择 简单控制系统的设计原则 被控变量的选择实例 简单控制系统的设计原则 被控变量的选择原则 简单控制系统的设计原则 操纵变量的选择 简单控制系统的设计原则 对象静态特性对控制质量的影响 简单控制系统的设计原则 对象动态特性对控制质量的影响（一） 简单控制系统的设计原则 对象动态特性对控制质量的影响（二） 检测元件和变送器选择原则 准确：正确反映被控或被测变量，误差小 迅速：及时反映被控或被测变量的变化 可靠：在环境工况下长期稳定运行 气开、气关方式的选择原则： 控制器设计 控制器正反作用 控制器规律 控制器参数整定 控制器正反作用确定 控制器正反作用 控制阀气开、气关作用选择 采用气开作用时，输入的气压信号越高，阀门的开度越大，而在失气时则全关。 采用气关作用时，输入的气压信号越高，阀门的开度越小，而在失气时则全开。 控制器正反作用选择 根据控制阀的气开、气关形式和对象的放大倍数决定控制器正、反作用方式，即使 乘积为正。 当被控对象受扰动影响输出上升（下降）时，控制器是反作用时，输出减小（增加）；控制器为正作用时，输出增加（减小）。 控制器设计 控制器正反作用 控制器规律 控制器参数整定 控制器设计 控制器正反作用 控制器规律 控制器参数整定 练习 练习 已知某夹套反应器温度控制系统如右所示，反应大量放热。要求控制温度为50℃，在供气中断时保证冷却。 1）选择控制阀调节阀的气开、气关特性。2）确定控制阀正、反作用。 3）画出控制系统方框图。 4）确定控制器的正反作用。 5）如果由于扰动，冷却水流量突然增大，分析温度控制系统如何克服扰动。 练习 小结 被控变量和操纵变量的选取 检测变送环节如何消除传输滞后 控制规律的选择(P, I, D) 控制器正反作用确定 执行阀气开、气闭形式 简单控制系统动态过程分析 控制器参数整定 某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度θo稳定，工艺采用改变换热器蒸汽流量Qs来稳定罐内温度θo 。影响θo的因素有：阀前蒸汽压力Ps，冷物料流量Qi和温度θi ，环境温度θc等。 1）指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控过程及扰动； 2）画出工艺控制流程图和温度控制系统的方块图； 3 ) 确定控制阀气开、气关特性，确定控制阀的正反作用，确定控制器的正反作用 4）如果冷物料的流量突然增大，简述该系统的控制过程。 方法一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于 测量的参数作为被控变量，称为直接参数法。例如 温度、压力、液位、流量反映等生产工艺状态的参 数。 方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数 有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量， 称为间接参数法。例如组分（某物质含量）、转化 率等。 PID控制器的一般形式为：△y＝f(e) 几种常用控制规律的微分方程表达式可分别表示为： 比例作用（P） 比例积分作用（PI） 比例微分作用（PD） 比例积分微分作用（PID） KP—控制器的比例增益； TI—控制器的积分时间； TD—控制器的微分时间； 控制规律的表示形式 e △y KPe t t 式中 △y-为控制器的输出; e-为控制器的输入; KP为比例增益， 表征比例控制作用的强弱程度。 比例控制器的阶跃响应特性 PID控制规律对控制过程的影响 比例控制规律对控制过程的影响 比例控制的输出与输入的关系为 △y＝KP e 通常习惯用比例增益的倒数即比例度表示控制器的输入与输出之间的比例关系以及比例作用的强弱。比例度可表示为 　　　　δ=1/KP　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 δ越大，比例控制作用越弱，δ越小，比例控制作用越强。 比例度对控制过程的影响 比例度的选择原则: 若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大倍数较小，那