第1章 单回路反馈控制系统 2.ppt

* 过程控制工程 第1章 单回路反馈控制系统 第 2 课 Process Control Engineering 信息科学与技术学院自动化系 宿翀 suchong@mail.buct.edu.cn （1）单回路控制系统有哪些基本环节？ （2）单回路控制系统偏差的定义？ 控制器 控制阀 被控 对象 测量 变送 偏差 给定 ? 测量 ? 液位 ● 1.1单回路系统的结构组成 复习: 教学进程 ● 1.1单回路系统的结构组成 复习: ●给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。 也称为参考输入量（信号）。 ●被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。 ● 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程称为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。 ● 控制系统的工作原理 检测输出量（被控变量）的实际值 将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比 较得出偏差； 用偏差值产生控制调节作用，去调节操纵变量，消除偏差，使得输出量维持期望的输出。 教学进程 ● 引言: 单回路控制设计 了解生产工艺 掌握生产过程的规律确定 确定合理的控制方案 被控变量 操纵变量 控制阀 开闭形式、 流量特性 控制器的类型 及正、反作用 测量变送装置 教学进程 单回路反馈控制系统 1.1 单回路系统的结构组成 1.2 被控变量的选择 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 1.4 控制阀的选择 1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法 1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择 1.7 系统的关联及其消除方法 1.8 单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究 第1章 教学进程 ●控制系统的设计目标 1.2 被控变量的选择 即，要控制什么 基于工艺要求，选择的结果直接影响生产（产品产量、质量、生产安全） 教学进程 ●分类 1.2 被控变量的选择 直接控制 最基本的热工参数，一般是可以直接进行测量和控制的参数 温度、压力、液位、流量 间接控制 质量指标，以及一些特殊的参数 成份、物性参数等，在一般条件下，无法直接测量和控制 应根据工艺参数的关系，用可测的参数，间接进行控制 教学进程 1.2 被控变量的选择 例1： 苯、甲苯二元精馏系统 （见书P8~9 ） 质量指标是最重要的控制参数 如塔顶产品的纯度 xD 但 xD 目前无法直接测量，因此，只能用间接控制参数进行控制。 根据精馏原理，xD = f (TD, p), 即与温度和压力成非线性函数关系。 理论上，固定一项，就可用另一项控制xD 。 一般的，实际中都采用恒定p，通过控制塔顶温度来控制塔顶成分。 教学进程 1.2 被控变量的选择 ●选择被控变量的原则 （1）尽可能选择直接控制参数 （2）必须选择间接控制参数时，选择对目标参数影响最显著的可控参数，单值对应关系最好 （3）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制 （4）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择 操纵变量的选择： （1）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量； （2）不止一个，重要因素 教学进程 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 单回路反馈控制系统 1.1 单回路系统的结构组成 1.2 被控变量的选择 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 1.4 控制阀的选择 1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法 1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择 1.7 系统的关联及其消除方法 1.8 单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究 第1章 教学进程 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 ●对象特性分析 精馏塔: 影响塔顶成分的有：温度、压力、 进料流量、进料成分等 对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因此，实际上都是多输入系统（MIMO) F1 F2 Fn Y 教学进程 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 设计单回路控制系统: 必须从影响被控量的诸多影响参数中 选择一个，作为操纵变量 其它影响量则只能视作干扰量了 控制： 用操纵量克服干扰量对被控变量的影响 F1(s) F2 (s) U(s) Y(s) Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s) F1(s) +GPD2(s) F2 (s) 教学进程 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 操纵量—输出：控制通道 干