过程控制系统 课件 第6章 单回路控制系统的设计.ppt

第八章 第一节 单回路控制系统设计 本章要点 1）了解简单控制系统的设计任务及开发步骤； 2）熟悉被控过程特性对控制质量的影响，掌握被控参数、控制参数的设计原则； 3）了解调节规律对控制质量的影响，熟悉调节规律的选择方法； 4）掌握调节器作用方式的选择 5）熟悉执行器的选择方法及注意的问题； 6）掌握调节器参数的整定方法与实验技能，重点掌握调节器参数的整定方法。 一、概述 二、单回路控制系统方案设计 本章结束，谢谢！ ２）对于有自衡能力的广义被控过程，传递函数可写为 若是单位阶跃响应，系统中各参数的意义如下图 根据阶跃响应曲线求得广义被控过程的传递函数后 根据下表的经验公式计算调节器的参数。 4．三种工程整定方法的比较 相同：三种工程整定方法都是通过试验获取某些特征参数，然后再按计算公式 算出调节器的整定参数 不同：反应曲线法通用性最强；临界比例度法和衰减曲线法都无需掌握被控过 程的数学模型；从闭环试验对干扰有较好的抑制作用，开环试验对外界干扰的 抑制能力很差的意义上说，减曲线法最好，临界比例度法次之，反应曲线法最 差。 补充： PID调节器参数的自整定 1． 改进型临界比例度法 改进型临界比例度法是用具有继电特性的非线性环节代替比例调节器，使闭环 系统自动稳定在等幅振荡状态，其振荡幅度还可由继电特性的特征值进行调节 ，以便减小对生产过程的影响，从而达到实用化要求。 改进型参数整定示意图 为广义被控对象， N为具 有继电特性的非线性环节。当系 统处于整定状态时，开关S置于 位置2， S置于位置1时为系统正 常工作状态，进行PID控制。 改进临界比例度法整定PID参数时的系统框图 非线性环节N用描述函数表示为 输出的一次谐波幅值; 输入正弦波的幅值; 输出的一次谐波相位。` N的理想继电特性如左图，其描述函数可由右图求出 对输出 进行傅氏三 角级数展开，设其一次 谐波分量为： 其描述函数为： 由控制理论可知，整定状态的闭环系统产生等幅振荡的条件 因此 只要测出上图中偏差e的振幅X,即可得到临界放大倍数 测取e的振荡周期 即可得到临界振荡周期 当X从 时， 是在幅频特性平面上沿负实轴的一条轨线， 和 的交点即为临界振荡点，此时的临界放大系数为 * * 简单控制系统是只对一个被控参数进行控制的单回路闭环控制系统。是最基 本的过程控制系统。是构成复杂过程控制系统的基础。典型结构框图如下： 1、 控制系统设计的任务 如上图所示，简单过程控制系统主要由被控过程、过程检测和控制仪表组成 过程控制系统设计的主要任务就在于如何确定合理的控制方案、选择正确的 参数检测方法与检测仪表以及过程控制仪表的选型和调节器的参数整定等等 其中，控制方案的确定、仪表的选型和调节器的参数整定是过程控制系统 设计的重要内容。 2、过程控制系统开发的主要步骤叙述如下： 1．熟悉控制系统的技术要求或性能指标 控制系统的技术要求或性能指标是由用户或被控过程的设计制造单位提出的。 是控制方案设计的主要依据之一。 2．建立控制系统的数学模型 控制系统的数学模型是控制系统理论分析和设计的基础。 系统控制方案确定的合理与否在很大程度上取决于系统数学模型的精度。 3．确定控制方案 系统的控制方案包括系统的构成、控制方式和控制规律的确定，是控制系统 设计的关键。控制方案的确定要依据被控过程的特性、技术指标和控制任务 的要求，还要考虑方案的简单性、经济性及技术实施的可行性等，并且要进 行反复研究与比较 ，方可确定。 4．根据系统的动态和静态特性进行分析与综合 在确定了系统控制方案的基础上，根据要求的技术指标和系统的动、静态特性 进行分析与综合，以确定各组成环节的有关参数。 5．系统仿真与实验研究 系统仿真与实验研究是检验系统理论分析与 综合正确与否的重要步骤。 其中Matlab语言 是进行系统仿真的有效工具。 6．工程化设计 工程化设计的主要内容包括测量方式与测量点 的确定、仪器仪表的选型与定购、控制室及仪 表盘的设计、仪表供电与供气系统的设计、信 号连锁与安全保护系统的设计、电缆的敷设以 及保证系统正常运行的有关软件的设计等。 7．工程安装 工程安装是依据施工图对控制系统的具体实施。 8．控制器的参数调整 控制器的参数调整是在控制方案设计合理、仪 器仪表工作正常、系统安装正确无误的前提下 ，使系统运行在最佳状态的重要步骤。 一个简单控制系统开发设计的全过程如右图所示 3、设计中需要注意的有关问题 1．认真熟悉过程特性 深入了解被控过程的工艺特点及其要求是控制方案确定的基本依据之一 。 2．明确各生产环节之间的约束关系 生产过程是由各个生产环节和工艺设备构成的，各个生产环节和工艺设备 之间通常