第7章 单回路控制系统-V2.ppt

6.5.2 控制方案设计 6.5.2.1 被控参数选择 按工艺要求应首选奶粉含水量为被控变量，但此类在线测量仪表精度低、速度慢。 试验发现，奶粉含水量与干燥器出口温度之间存在单值关系。出口温度稳定在150±2℃，则奶粉含水量符合2%~2.5% 。因此选干燥器出口流体温度为被控变量。 6.3.2.2 控制变量选择 影响干燥器出口奶粉流体温度的主要可控因素有： 乳液流量变化 f1 旁路空气流量变化 f2 加热蒸汽流量变化 f3 若分别以这三个变量为控制变量，可以得到三个不同的控制方案。 f2 f1 f3 影响量作用的位置不同： f3蒸气流量 f2旁路冷风流量 f1乳液流量 热交换器 T=100, T=100 送风管道 τ=3 干燥器 Go f2 f1 f3 乳液流量变化f1的作用通道最短；旁路空气流量变化f2的作用通道增加了3秒的滞后；加热蒸汽流量变化f3的作用通道又增加了两个100秒的双容滞后。 调节方案： 方案1：取乳液流量为 控制变量（调节阀1） 控制通道最短 方案2：取旁通冷风流量为控制变量（调节阀2） 由于有送风管路的传递滞后存在，较方案1多一个纯滞后环节τ=3s f3 f2 f1 热交换器 风管 干燥器 调节阀2 调节器 变送器 － r y 热交换器为双容特性，因而调节通道又多了两个容量滞后，时间常数都是T = 100秒。 方案3：取蒸汽流量为控制变量（调节阀3） 控制方案的判别： 从控制效果考虑，方案1的调节通道最短，控制性能最佳；方案2次之，方案3最差。但从工艺合理性考虑，方案1并不合适。 因为乳液量应按该装置的最大生产能力控制，且在浓缩乳液管道上装调节阀，容易使调节阀堵塞而影响控制效果。因此，选择方案2比较合适。即：将调节阀装在旁通冷风管道上。 调节阀 热交换器 鼓风机 产品 干燥器 蒸汽 乳液 TC TT 绘制控制系统图 6.4.3检测环节、执行器及调节器正负作用选择 6.4.3.1传感器、变送器选择 1．按照生产过程的工艺要求，首先确定传感器与变送器合适的测量范围（量程）与精度等级。 2．测量仪表反应慢，会造成测量失真。应尽可能选择时间常数小的传感器、变送器。 O t O t Tm Tm x(t) y(t) x(t) y(t) 3．合理选择检测点，避免测量造成对象纯滞后τ0 pH值控制系统图 4．测量信号的处理 测量信号的校正与补偿、测量噪声的抑制、测量信号的线性化处理。 6.4.3.2执行器的选择 1．调节阀工作区间的选择 正常工况下，调节阀的开度应在15%～85%区间。据此原则计算、确定控制阀的口径尺寸。 2．调节阀的流量特性选择 按补偿对象特性的原则选取。 3．调节阀的气开、气关作用方式选择 按控制信号中断时，保证生产设备安全的原则确定。 6.4.3.3调节器正反作用的选择 负反馈控制系统的控制作用对被控变量的影响应与干扰作用对被控变量的影响相反，才能使被控变量值回复到给定值。为了保证负反馈，必须正确选择调节器的正反作用。 给定值 ＋ － 测量变送器 控制器 执行器 对象 操作量 被控变量 干扰 为了说明选择方法，先定义作用方向： 当某个环节的输入增加时，其输出也增加，称该环节为“正作用”；反之，称为“反作用” 。 按此定义： 变送器都是正作用 气开阀是正作用，气关阀是反作用 被控对象有的正作用，有的反作用 控制器作用方向以测量输入与输出的关系定义： 正作用：测量值–给定值 反作用：给定值–测量值 控制系统中，各个环节的作用方向组合不当的话，会使系统构成正反馈，不但不能起控制作用，反而会破坏生产过程的稳定。 因为执行器和对象有正、反作用，为了保证控制系统负反馈，调节器必须有正、反作用之调整。 调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈 简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。 例1：加热炉出口温度控制系统 负反馈验证： 设某时刻燃料压力↑→燃料流量↑→炉温↑→出料温度↑ →TC输入↑→ TC输出↓→阀关小→炉温↓→出料温度↓ TT TC 反 正 正 正 燃料 出料 例2：储槽液位控制系统 LT LC M 正 正 正 反 出料 负反馈验证： 设某时刻进料量↑→液位↑→LC输入↑ →LC输出↑→阀开大→出料量↑→液位↓ 6.5调节规律对控制品质的影响与调节规律选择 确定调节系统的方案时，要根据对象的特性和工艺要求，选择合适的调节规律，使组成的调节系统满足预期的品质指标。 调节器的调节规律，即它的输出量与输入量（偏差值）之间的函数关系。 P =