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第七章 简单控制系统 华东理工大学信息学院自动化系 应采用的控制规律 δ （%） TI （min） TD （min） P 2δk ? ? PI 2.2δk 0.85 Tk ? PID 1.7δk 0.5 Tk 0.125 Tk 临界比例度法不适用的场合： (1) 工艺上不允许有等幅振荡的，不能使用; (2) 如果δk很小，不适用。 表7-2 临界比例度法控制器参数表 将控制器先设置为纯比例作用，并将比例度δ放在较大的位置上。将系统投入闭环控制，在系统稳定后，逐步减小比例度，改变设定值以加入阶跃干扰，观察过渡过程的曲线，直至衰减比n为4:1，见图7-10。这时的比例度为δs，衰减周期为TS，最后，由表7-3查出控制器应该采用的参数值。 图7-10 衰减曲线法（4：1） 衰减曲线法 应采用的 控制规律 δ （%） TI （min） TD （min） P δs ? ? PI 1.2δs 0.5 Ts ? PID 0.8δs 0.3 Ts 0.1 Ts 表7-3 衰减曲线法控制器参数表（4：1） 在工业生产中，有时，要求过渡过程更稳定些，希望衰减比n大于4:1。这时仍先按上述方法找δs，只是衰减比n取10, 见图7-11。但此时，TS不容易测准，改为测上升时间TT，查表7-4 得到控制器应该采用的参数值。 图7-11 衰减曲线法（10：1） 应采用的 控制规律 δ （%） TI （min） TD （min） P δs ? ? PI 1.2δs 0.2 TT ? PID 0.8δs 1.2 TT 0.4 TT 表7-4 衰减曲线法控制器参数表（10：1） 衰减曲线法在应用中要注意： (1) 加干扰前，控制系统必须处于稳定的状态，否则不能得到准确的δs、TS和TT值； (2) 阶跃干扰的幅值不能大，一般为设定值的5%左右，必须与工艺人员共同商定； (3) 如果过渡过程波动频繁，难于记录下准确的比例度、衰减周期或上升时间，则改用其他方法。 经验方法是根据实际经验，先将控制器参数δ、TI和TD预先设置为一定的数值，控制系统投入自动后，改变设定值施加阶跃干扰，即观察记录仪曲线，过渡过程在满意的范围即可。如不满意，依据δ、TI、TD对过渡过程的作用方向，调整这些参数，直至满意。 经验法整定控制器参数的关键是“看曲线，调参数”。因此，必须依据曲线正确判断，正确调整。经验法能适用于各种控制系统，但经验不足者会花费很长的时间。另外，同一系统，出现不同组参数的可能性增大。 经验法 ? δ（%） TI（min） TD（min） P 20～80 ? ? PI 流量 对象 40～100 0.3～1 ? 压力 对象 30～70 0.4～3 ? PID 20～60 3～10 0.5～3 表7-5 经验法控制器参数表 (1)比例度δ 比例度越大，过渡过程越平缓，余差越大； 比例度越小，过渡过程振荡越激烈，余差越小，δ过小，甚至成为发散振荡的不稳定系统。 δ、TI、TD对过渡过程曲线的影响 比例度对过渡过程的影响 * * 7.1 系统组成及分析 7.4 简单控制系统设计案例 本章内容： 7.2 简单控制系统的设计 7.3 简单控制系统的投运与参数整定 7.5 简单控制系统习题解答 图7-1 锅炉汽包水位控制系统 蒸汽 汽包 给水 省煤器 被控变量： 过程（被控对象）： 操纵变量： 主要扰动： 汽包液位 锅炉汽包 进水流量 蒸汽量的变化 7.1 系统组成及分析 7.1.1 系统组成 图7-2 锅炉汽包水位控制系统的方块图 给水阀 锅炉汽包 7.1.2 控制过程分析 (1)平衡状态： 当给水量和蒸汽量均不变的情况下，控制系统处于平衡状态，并将保持这个状态，直到有新的扰动产生。 蒸汽 汽包 给水 省煤器 (2)扰动分析： 锅炉汽包水位控制系统 (3)控制过程： 一般先选择控制阀的气开、气关特性 然后确定控制器的正、反作用 分析控制系统的控制过程 蒸汽 汽包 省煤器 给水 控制器正、反作用 控制器应选正作用 控制器过程分析 正作用控制器 气关阀 根据安全原则，供气中断时给水阀应全开，所以应选气关阀 基本要求： 第一：控制系统设计人员要掌握较为全面的自动化专业知识，熟悉所要控制的工艺装置对象； 第二：要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行充分沟通，共同确定自动化方案； 第三：自动化技术人员不能盲目追求控制系统的先进性和所用仪表及装置的先进性。 第四：设计一定要遵守有关的标准﹑行规，按科学合理的程序进行。 7.2 简单控制系统的设计 7.2.1 控制系统设计概述 ①确定控制方案