第3章单回路控制系统.ppt

第3章 单回路控制系统 (1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元：检测量转换为统一标准的电信号。 (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。 常见的有气动和电动两种。 (5)、控制阀：控制进料量。有 气开式 和 气关式之别。 单回路控制系统特点 结构简单、投资少、易于整定和投运； 可满足一般生产过程的工艺要求； 占控制回路的85%以上，应用广泛； 适用于被控过程的纯滞后与惯性不大、负荷与干扰变化比较平稳或者工艺要求不太高的场合。 一、被控变量和控制变量的选择 二、控制阀的选择 三、测量变送环节的选择 四、控制规律的选择 五、系统的投运及控制器参数整定 被控变量和操纵变量的选择 一.被控变量的选择 二.控制变量的选择 被制参数选择 控制变量的选择 (一)、过程静态特性对控制品质的影响 （二）过程动态特性的分析 控制通道对动态特性的影响 选择控制参数的一般原则 控制阀的选择 ※选用控制阀时 , 一般要根据被控介质的特点 ( 温度、压力、腐蚀性、粘度等 ) 、控制要求、安装地点等因素 , 参考各种类型控制阀的特点合理地选用。在具体选用时 , 一般应考虑下列几个主要方面的问题。 ( 1 ) 控制阀结构与特性的选择 ※控制阀的结构形式主要根据工艺条件 , 如温度、压力及介质的物理、化学特性 ( 如腐蚀性、粘度等 ) 来选择。例如强腐蚀介质可采用隔膜阀、高温介质可选用带翅形散热片的结构形式。 (2) 气开式与气关式的选择 动执行器有气开式与气关式两种型式。有压力信号时阀关、无信号压力时阀开的为气关式。反之 , 为气开。  控制进入设备易燃气体的控制阀 , 应选用气开式 , 以防爆炸 , 若介质为易结晶物料 , 则选用气关式 , 以防堵塞。 在当今的工业控制器中，有半数以上采用了PID或变形 PID控制方案。模拟PID控制器大多数是液压的、气动 的、电气的和电子型的，或是由它们构成的组合型。由于微处理器的大量应用，许多变成了数字型的。 大多数PID控制器是现场调节的，某些PID控制器还具有在线自动调节能力。 PID控制优点：原理简单、使用方便 适应性强 鲁棒性强 比例调节（P调节） ——比例调节的动作规律 二. 比例调节的特点 积分调节（I调节） 一. 积分调节动作规律 三. 积分速度对于调节过程的影响 比例积分调节（PI调节） 一. 比例积分调节的动作规律 在比例带不变的情况下，减小积分时间 ，将使控制系统的稳定性降低、振荡加剧、调节过程加快、振荡频率升高。 微分调节的引入 比例积分微分调节（PID调节） 微分调节作用 调节器的输出与偏差对于时间的导数成正比： 二. 比例微分调节规律 三. 比例微分调节的特点 四、比例积分微分调节规律 总结 为了适应不同被控对象实现负反馈控制的需要，工业调节器都设置有正、方作用开关（正、反作用方式）。 正作用方式：调节器的输出信号u随着被调量y的增大而增大，调节器的增益为“-”。 反作用方式：调节器的输出信号u随着被调量y的增大而 减小，调节器的增益为“+”。 调节器正、反作用的确定 作业1 作业2 作业3 控制系统投运和参数整定 控制系统投运步骤 投运步骤： 检测系统投入运行； 调节阀投运； 调节器投运。 待回路工况稳定后，可投入自动： 把调节器PID参数值设置合适位置，当其偏差接近零时，即将调节器由手动切换到自动； 若还不够理想，则继续整定调节器参数，直到满意为止。 控制器参数整定 系统整定方法可归纳为两大类： 工程整定方法 常见的工程整定方法： 动态特性参数法 衰减曲线法 临界比例度法 经验法 一、动态特性参数法 在系统开环并稳定的情况下的产生一阶跃变化记录下被控变量y 随时间变化的曲线，如左图过A（拐点）作切线，并得出τ 、Τo 代入公式。 例题:有一个蒸气加热器温度控制系统，当电动Ⅱ型控制器的手动输出电流从6mA 突然增加到 7mA 时，加热器温度从原先稳态值85.0℃ 上升到新的稳态值87.8℃。所用测温仪的量程为50～100 ℃。试验得τ=1.2min,To=2.5min.若采用PI控制器，其参数整定应为多少？如果改用PID控制器，其参数整定又应为多少？ 解：由已知条件可得： ΔP=7－6=1 (mA) Pmax－Pmin=10－0=10 (mA) Δ