化工仪表及自动化 第7章 简单控制系统.ppt

第二节 简单控制系统的设计 测量元件及变送器 作用方向一般是“正”的。 执行器 作用方向取决于是气开阀还是气关阀。 被控对象 作用方向随具体对象的不同而各不相同。 控制器 当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时，控制器的输出增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。 30 第二节 简单控制系统的设计 31 在一个安装好的控制系统中，对象的作用方向由工艺机理可以确定，执行器的作用方向由工艺安全条件可以选定，而控制器的作用方向要根据对象及执行器的作用方向来确定，以使整个控制系统构成负反馈的闭环系统。 结论 第二节 简单控制系统的设计 32 举例 一个简单的加热炉出口温度控制系统。 对象 加热炉 操作变量 燃料气流量 被控变量 被加热的原料油出口温度 图7-15　加热炉出口温度控制 第二节 简单控制系统的设计 当操纵变量燃料气流量增加时，被控变量是增加的，故对象是“正”作用方向。如果从工艺安全条件出发选定执行器是气开阀（停气时关闭），以免当气源突然断气时，控制阀大开而烧坏炉子。那么这时执行器便是“正”作用方向。为了保证由对象、执行器与控制器所组成的系统是负反馈的，控制器就应该选为“反”作用。 33 第二节 简单控制系统的设计 34 图7-16　液位控制 一个简单的液位控制系统 执行器是“正”方向。 对象是“反”方向。 控制器为“正”方向。 图7-17　控制器正、反作用开关示意图 控制器的正、反作用可以通过改变控制器上的正、反作用开关自行选择。 一台正作用的控制器，只要将其测量值与给定值的输入线互换一下，就成了反作用的控制器。 第三节 控制器参数的工程整定 一、临界比例度法 35 控制器参数的整定 按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例度δ、积分时间TI和微分时间TD。 方法 理论计算的方法和工程整定法。 几种常用的工程整定法 先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 第三节 控制器参数的工程整定 36 图7-18 临界振荡过程 控制作用 比例度/% 积分时间TI/min 微分时间TD/min 比例 比例+积分 比例+微分 比例+积分+微分 2 δk 2.2δk 1.8δk 1.7δk 0.85 Tk 0.5 Tk 0.1 Tk 0.125 Tk 表 7-1　临界比例度法参数计算公式表 特点 比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。 对于临界比例度很小的系统不适用。 对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。 第三节 控制器参数的工程整定 二、衰减曲线法 37 通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。 图7-19　4∶1和10∶1衰减振荡过程 控制作用 δ/% TI/min TD/min 比例 δs 比例+积分 1.2δs 0.5 TS 比例+积分+微分 0.8δs 0.3 TS 0.1 TS 控制作用 δ/% TI/min TD/min 比例 δs ′ 比例+积分 1.2δs ′ 2T升 比例+积分+微分 0.8 δs ′ 1.2 T升 0.4T升 表7-2　4∶1衰减曲线法控制器参数计算表 表7-3　10∶1衰减曲线法控制器参数计算表 第三节 控制器参数的工程整定 在闭环的控制系统中，先将控制器变为纯比例作用，并将比例度预置在较大的数值上。在达到稳定后，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后从大到小改变比例度，直至出现4∶1或10∶ 1衰减比为止。通过比例度δs 和衰减周期TS,得到控制器的参数整定值。 38 第三节 控制器参数的工程整定 39 （1）加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的5％左右，也有例外的情况。 （2）必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰，否则得不到正确的δS 、TS或δS′和T升值。 （3）对于反应快的系统，如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4∶1衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到4∶1衰减过程了。 注意！ 第三节 控制器参数的工程整定 三、经验凑试法 根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用δ、TI、TD对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度δ、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。 40