第七章-单回路控制系统.pptx

7.1单回路控制系统组成

7.2单回路控制系统方案设计

7.3控制系统调节器参数整定

7.4单回路控制系统设计实例;过程控制系统从结构形式可以分为单回路系统和多回路系统（串级）。单回路控制系统包含一个测量变送器、一个调节器、一个执行器和对象，对对象的某一个被控制参数进行闭环负反馈控制。

结构简单、投资少、易于调整和投运，能够满足一般工业

生产过程的控制要求，因此应用十分广泛（70%以上），尤

其适用于被控过程的纯时延和惯性小，负荷和扰动变化比较

平缓，或者对被控质量要求不太高的场合。

在系统分析、设计和整定中，单回路系统设计方法是最基本的方法，适用于其他各类复杂控制系统的分析、设计、整定和投运。;例液位控制系统;自动控制系统的一般要求：

1．过程控制系统必须是稳定的；

2．系统必须具有适当的稳定裕量；

3．系统应是一个衰减振荡过程（特殊生产要求例

外），但过渡过程时间要短，余差要小。;对过程控制系统设计的一般要求;设计步骤;过程控制系统设计包括方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。

1.方案设计：系统设计的核心

2.工程设计：仪表选型、控制室和仪表盘设计，仪表供电

供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等

3.工程安装和仪表调校：每台仪表单校；每个控制回路联校等

4.调节器参数整定：是系统运行在最佳状态的重要保证;7.2.1被控量（参数）的选择;例：间接被控参数选择;间接参数：在与馏出物的纯度有单值关系的工艺参数中，找出合适的变量作为被控变量，进行间接参数控制。

工艺分析发现，塔内温度对馏出物纯度有重要影响。

——精馏是利用被分离物组分挥发温度不同，实现组分分离。;间接参数选择：;选取被控参数的一般原则为：

选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控参数。

当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。

被控参数必须具有足够大的灵敏度，便于测量。

被控参???的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。;控制变量：在控制系统中，把用来克服干扰对被控参数的影响，实现控制作用的变量称为控制变量（也称操纵变量）。;控制通道：

控制变量对被控参数作用的通道。

扰动通道：

扰动量对被控参数作用的通道。;1.过程静态特性的分析：

单回路控制系统的框图见图7.1;设

被控量Y(s)对扰动F(s)的闭环传递函数为

由于系统是稳定的，在阶跃扰动作用下，系统稳态值可应用终值定理求得：

;1.过程（通道）静态特性对控制品质的影响;（3）;（5）;分析：当t→∞时，给定值x(t)和干扰f(t)对系统稳态偏差的影响。;（2）当x(t)＝0、f(t)作单位阶跃变化时;2.过程动态特性的分析

（1）过程扰动通道动态特性的影响

1）时间常数Tf的影响

图7.3所示的单回路控制系统，当x(s)=0时，则系统的闭

环传递函数为：

设为一个单容过程，其传递函数为：

;系统的特征方程为：其复平面如图：;2）纯时延的影响：;3）扰动作用点位置;干扰通道特性对控制质量的影响;（2）过程控制通道动态特性对控制品质的影响;2）控制通道的影响;放大倍数Ko的影响;由此可以得出如下结论：

稳定系统的余差与控制通道放大倍数Ko无关。也就是说，在一定稳定性前提下，线性系统的控制质量与控制通道放大倍数无关。

然而，从控制角度看，Ko愈大，则

1.表示控制变量对被控变量的影响愈大；

2.在相同衰减比情况下，Ko与Kc的乘积为一常数，当Ko愈大时Kc则愈小，而Kc小则δ大。δ大比较容易调整。

因此，从控制的有效性及调节器参数易调整性来考虑．则希望控制通道放大倍数Ko尽量大一些，尤其不能比干扰通道的Kf小。;2）控制通道的影响;控制通道时间常数T0对控制品质的影响;纯滞后τo的影响;由上分析可以看出：

控制通道纯滞后的存在不仅会使系统控制不及时，使动态偏差增大。而且还会使系统的稳定性降低。

这是因为纯滞后的存在，使得控制器不能及时获得控制作用效果的反馈信息，会使控制器出现失控。当需要增加控制作用时会使控制作用增加得太多，而一旦需要减少控制作用时则又会使控制作用减少得太过分，因此导致系统的振荡．使系统的稳定性降低。因此，控制通道纯滞后的存在是系统的大敌，对控制质量起着很坏的影响，会严重地