简单控制系统的投运与参数整定
过程控制理论课教案2018(36学时)
2
授课日期
3.20
教学目标
通过本节课的学习，要求学生掌握控制算法和各种控制的特点、构成以及工作原理。
教学重点
控制装置的认识。
教学难点
控制算法；控制器的工作原理。
教学方法与手段
主要以课堂讲授为主，以多媒体和板书相结合的方法进行授课。
教
学
基
本
内
容
1.控制装置
（1）控制装置概述
（2）连续比例积分微分控制算法
通过本节课的学习，要求学生了解蒸发器和加热炉的特性和控制。
教学重点
加热炉的控制。
教学难点
加热炉的控制。
教学方法与手段
主要以课堂讲授为主，以多媒体和板书相结合的方法进行授课。
教
学
基
本
内
容
1.蒸发器的控制
（1）蒸发器的特性
（2）蒸发器的主控制回路
（3）蒸发器的辅助控制回路
2.管式加热炉的控制
（1）加热炉的简单控制
（2）预测控制算法
（3）预测控制的工业应用
2.推断控制
3.纯滞后补偿控制
讨论、练习与作业
课后总结及教学反思
《过程控制》课程教案
授课教师 第 14 次
授课题目
第6章 先进控制技术
教学时数
2
授课日期
5.1
教学目标
通过本节课的学习，要求学生掌握解耦控制和智能控制的基本结构和应用。
教学重点
解耦控制和智能控制的类型及基本原理。
讨论、练习与作业
课后总结及教学反思
《过程控制》课程教案
授课教师 第 7 次
授课题目
第四章 简单控制系统
教学时数
过程控制期末考试
期末复习题1．对象（过程）的数学模型建立方法主要有机理演绎法和试验辨识法两种。
2．控制系统的性能指标有单项指标和综合指标两种。
3．热电偶主要用于测较高温度，而热电阻用于测中低温度，热电阻与测量桥路连接时，往往采用三线制线圈的连接方式。
4．用于测流量的节流装置之一是孔板，利用流体流经此节流设置时产生的压力差而实现流量测量，它与流速成定量的关系。
5．被测介质为导电液体时，电容式物控计的内电阻（金属棒）要用绝缘物覆盖。
6．调节阀的理想测量特性有直线、对数和快开三种。
7．在工程上，简单控制系统的参数整定方法有临界比例度法、衰减曲线法和经验试凑法三种。
8．DDZ-III型仪表的供电电源为24V DC，DDZ-II型仪表的供电电源为220 V AC，DDZ-III 型仪表的标准统一电信号为4~20 mA DC或1~5 V DC，而DDZ-II型的则是0~10 mA DC 9．应变器或压力传感器是基于应变效应进行测量的，即将物理变量转换成电阻值。
10．控制系统的单项性能指标有衰减比、超调量、残余偏差和调节时间。
11．电动调节阀由调节器和执行机构两部分组成，它有正转和反转两种工作方式。
12．用于测流量的节流装置有孔板、喷嘴和文丘里管三种标准形式。
13．温度变送器有三个品种，它们分别是：接触式变送器、非接触式温度变送器和智能式温度变送器。
14．基型控制器由量程单元和放大单元两大部分组成。
15．控制系统对偏差的定义是 e =r（t）-y（t），而仪表对偏差的定义则是e = y（t）-r （t）。
16.简单控制系统主要由控制器、执行器、被控对象和测量变送四个基本环节组成。
17.电——气阀门定位器具有电气转换、改善阀门性能双重作用。
18.在确定系统的控制方案时，应使对象控制通道的放大系数增大，时间常数减小，纯滞后减小；对象干扰通道的放大系数减小，时间常数增大。
19.电动薄膜执行机构的正作用是指输入信号压力增加时，推杆上移，控制阀的正装是指阀杆下移时，阀门开度减小，所构成的执行器为型式气关。
化工自动化进仪表第七章简单控制系统 第三节简单控制系统的投运与参数整定
7.3.2 控制器参数整定 工程整定法有三种：
•临界比例度法 •经验法 •衰减曲线法
•临界比例度法 •该方法是先将控制器设置为纯比例作用且比例度δ放 在较大位置，将系统投入闭环控制，然后逐步减小比 例度δ并施加干扰作用，直至控制系统出现等幅振荡 的过渡过程，如图7-9所示。这时的比例度就叫做临界 比例度δk，振荡周期就叫做临界振荡周期Tk。根据δk 和Tk从表7-2中查找控制器应该采用的参数值。
40～100 30～70
0.3～1 0.4～3
PID
20～60 3～10 0.5～3
•δ、TI、TD对过渡过程曲线的影响
(1)比例度δ 比例度越大（放大倍数Kp越小），过渡过程越平缓， 余差越大； 比例度越小（放大倍数Kp越大），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。
图7-9 临界比例度法
表7-2 临界比例度法控制器参数表
应采用的 控制规律
δ （%）
TI
TD
（min） （min）
P
2δk
PI
2.2δk
0.85 Tk
PID
1.7δk
0.5 Tk
0.125 Tk
临界比例度法目前使用的比较多，它简单易用， 适用面较广。但要注意的是： (1)对于工艺上不允许有等幅振荡的，不能使用; (2)如δk很小，不适用。因为δk很小，即Kp很大，容易 使被控变量超出允许范围。
图7-11 衰减曲线法（10：1）
表7-4 衰减曲线法控制器参数表（10：1）
应采用的 控制规律
P
PI
PID
δ （%）
δs
1.2δs 0.8δs
TI
TD
（min） （min）
化工仪表练习题库与参考答案
化工仪表练习题库与参考答案1、压力表类型的选择依据之一是被测介质性质即物理性质和化学性质。
被测介质的温度高低、黏度大小、脏污程度、腐蚀性、结晶物、可燃性、可爆性、氧化-还原性质或者特殊介质。
A、正确B、错误答案：B2、对于西门子PLC,诊断缓冲区是一个FIFO(先入先出)缓冲区,存储器复位时就被删除。
A、正确B、错误答案：B3、继电器的常开触点是在继电器的线圈通电后处于断开状态的触点。
A、正确B、错误答案：B4、在自动控制系统中,把能够引起被控变量产生变化的输入信号称为干扰。
A、正确B、错误答案：B5、均匀控制系统的参数整定方法是将比例度和积分时间由大到小进行调整。
A、正确B、错误答案：B6、某气动调节阀若关不死的原因,一定是阀芯与阀座磨损太严重。
A、正确B、错误答案：B7、调节阀的理想可调比取决于阀芯形状、实际可调比取决于阀芯形状和配管状态。
A、正确B、错误答案：A8、当被测介质的化学性质具有腐蚀性,如氨气时,压力表的弹簧管材质应采用不锈钢或者合金钢材料。
B、错误答案：A9、DeltaV系统内置的设备管理系统(AMS),可对与系统相连的智能设备和非智能的常规仪表设备进行远程诊断和维护。
A、正确B、错误答案：B10、Tristation1131是TRICONEX公司的控制组态软件。
A、正确B、错误答案：A11、电子式电动执行机构调整方便,手动操作简单方便,调整方便、接线方便、伺服放大器一体化,不需考虑伺服放大器的另外安装。
A、正确B、错误答案：A12、简单控制系统中调节器环节作用方向确定的方法,操纵变量增加被控变量增加是正作用是。
A、正确B、错误答案：A13、电容式物位计由电容物位传感器和检测电容的电路所组成，它适用于各种导电、非导电液体或粉末状料位的测量。
A、正确B、错误答案：A14、PLC的英文全称是ProgrammableLogicController,这说明它只能进行逻辑计算。
A、正确B、错误答案：B15、触电分为电击和电伤两种。
单回路控制系统的调试
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
1.2 调节器参数的工程整定
整定的任务：根据被控过程的特性，确定PID调节器
的比例度 、积分时间 TI以及微分时间 TD 的大小。
在简单过程控制系统中，调节器的参数整定通常以系统 瞬态响应的衰减率 0.75 ~ 0.9为主要指标,以保证系统具 有一定的稳定裕量。另外还应满足系统稳态误差、最大动 态偏差（或超调量）和过渡过程时间等其它指标。
过程控制
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
单回路控制系统的调试
1.1 控制系统的投运 1.2 调节器参数的工程整定
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
单回路控制系统的调试
一旦控制系统按设计的要求连好，线路经过检查正确 无误，所有仪表经过检查符合精度要求并已运行正常 ，即可着手进行控制系统的调试，包括控制系统的投 运和调节器参数的整定。
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
3.反应曲线法（动态特性参数法）
反应曲线法是利用系统广义过程的阶跃响应曲线 对调节器参数进行整定，是一种开环整定方法。
单回路控制系统
有自衡能力的广义被控过程
G(s) K es Ts 1
K y / ( ymax ymin ) x / (xmax xmin )
整定的实质就是通过调整调节器的参数，使其特性与被控
对象特性相匹配，来改善系统的动态和静态特性，以达到
最佳的控制效果。 理论计算整定法—— 要求已知过程的数学模型
整定方法
工程整定方法—— 一般不要求知道对象特性
单回路控制系统
单回路控制系统的调试
1.临界比例度法(闭环整定）
具体步骤：
1.首先将调节器的积分时间置于最大，微分时间置零，比例度置为较大的数值
第12章_简单控制系统
XD%
TD /℃
进料
回流F
塔顶产品
P/ MPa
苯－二甲苯的T-x图
Q入，X入，T
入
QZ 蒸汽 塔底产品
XD%
精馏过程示意图
苯－二甲苯的P-x图
塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者之
间的关系为： XD= f (TD，P)，两个独立变量。
12
12.2.2 被控变量的选择 2、被控变量选择的一般原则
答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控制。
K大一些，T小一些，τ最好为0。 测量仪表的选用和安装 执行器的选用和安装
4
第三个问题：以什么方式控制？ 答：没有标准答案（选择合适的调节规律） 最常用的调节规律： 位式控制、P、PI、PD、PID
（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）
后续问题：如何整定PID参数？ 答：临界比例度法＋经验 衰减曲线法＋经验 经验凑试法 最好的方法就是“经验”
干扰作用与控制作用之间的关系
控制质量：系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、
余差、过渡时间、振荡周期
对象特性：（1）系统的输入输出关系
（2）分为对象静态性质和对象动态性质
（3）考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操纵变量
16
12.2.3 操纵变量的选择
3、对象稳态性质对控制质量的影响
Y 绝对放大系数 X
器，与图 2 相比，控制通道滞后较大，对干燥温度校正作用
灵敏度次之。
方案Ⅲ ：蒸汽流量要经过换热器的热量交换去改变空
气温度，滞后最大，对干燥温度校正作用灵敏度最差。 综合考虑应选择方案II，以旁路空气量为操纵变量。
25
12.2.4 控制器控制规律的选择
《化工仪表及自动化》课程标准
《化工仪表及自动化》课程标准（课程代码：100005，适用专业：化工工艺、工业分析、有色冶炼石油炼制等专业）一、课程性质与任务本课程是专门为培养和培训工艺操作人员开设的综合性较强的一门专业课程。
课程任务是培养学生了解化工变量的测量方法，熟悉常用仪表的结构、原理和使用方法，掌握化工自动化的基础知识，了解集散型控制系统的基本概念，能协助仪表及自动化技术人员分析和解决仪表运行中的一些实际问题。
二、课程目标通过本课程的学习，使学生学会测量误差的分析与计算方法；理解生产过程中压力、液位、流量、温度四大参数检测的原理；熟悉常用检测仪表的工作原理及其适用场合和使用方法，掌握自动控制理论；掌握自动控制系统的组成、术语、品质指标等基本知识；了解自动控制系统的安装、投运与调试过程；了解复杂控制系统的组成及工作过程；能与相关人员进行专业技术方面的沟通交流。
（一）知识目标1.能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方法及其仪表的工作原理及特点；2.能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的；3.能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；4.能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；5.能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
（二）能力目标1.能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方法及其仪表的工作原理及特点；2.能根据工艺要求，正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表；3.能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的；4.能根据工艺的需要，和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；5.能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；6.能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；7.能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
（三）素质目标1．对运用本课程专业知识从事相应工作，充满热情。
经验法PID参数工程整定口诀浅析
经验法PID参数工程整定口诀浅析
我们先看网上流传的PID参数整定口诀：
参数整定找最佳，从小到大顺序查
先是比例后积分，最后再把微分加
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢，积分时间往下降
曲线波动周期长，积分时间再加长
曲线振荡频率快，先把微分降下来
动差大来波动慢。
微分时间应加长
理想曲线两个波，前高后低4比1
一看二调多分析，调节质量不会低。
它是什么时候开始在网上流传的不太清楚。
现在再看另一首口诀：
参数整定寻最佳，从大到小顺次查。
先是比例后积分，最后再把微分加。
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。
曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。
曲线偏离回复慢，积分时间往下降。
曲线波动周期长，积分时间再加长。
理想曲线两个波，调节过程高质量。
这是一首用经验法进行PID参数工程整定的口诀，该口诀流传至今已有几十年了，其最早出现在1973年11月出版的《化工自动化》一书中。
现在网上流传的口诀，看来大多是以该口诀作为蓝本进行了补充和改编而来的，如：曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢。
微分时间应加长。
还有的加了：理想曲线两个波，前高后低4比1，一看。
【精品】简单控制系统的投运
《化工仪表及自动化》课程教学课件化工仪表及自动化授课时间：第次课（2学时)教学目的：掌握简单控制系统的投运及操作中的常见问题教学重点:简单控制系统的投运教学难点:控制器正、反作用的判定方法教学过程：讲授教学内容：第十二章简单控制系统上节课知识回顾：12.1、由图可知，简单控制系统有着共同的特征，它们均由四个基本环节组成,即被控对象、测量变送器、控制器和执行器。
对于不同对象的简单控制系统，尽管其具体装置与变量不相同,但都可以用相同的方块图来表示。
这就便于对它们的共性进行研究。
图12—3简单控制系统方块图12、2、被控变量的选择（①掌握何谓被控变量；②必须了解工艺过程和工艺特点对控制的要求，仔细分析个变量之间的相互关系，一般要遵循6项原则，见书P178）。
12。
3、操纵变量的选择（①掌握操纵变量的定义;②掌握选择操纵变量的3项原则，见书P180）。
12.4、控制器控制规律的选择及参数整定（①掌握P、PI、PID三种控制器的特点；②掌握控制器的工程整定的3种基本方法：临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法）.本节课程内容引入：简单控制系统设计并按设计要求进行正确安装后,即可着手进行控制系统的投运和控制器参数的整定工作。
但如何投运是一项很重要的工作，尤其是对一些重要的控制系统更应重视。
12.5.1、控制系统的投运经过控制系统设计、仪表调校、安装后，接下去的工作是控制系统的投运。
所谓控制系统的投运，就是将系统由手动工作状态切换到自动工作状态。
这一过程是通过将控制器上的手动一自动切换开关从手动位置切换到自动位置来完成的。
控制器在手动位置时，控制阀接受的是控制器手动输出信号：当控制器从手动位置切换到自动位置时，将以自动输出信号代替手动输出信号控制控制阀,此时控制阀接受的是控制器根据偏差信号的大小和方向按一定控制规律运算所得的输出信号(称之为自动输出)。
如果控制器在切换之前，自动输出与手动输出信号不相等，那么，在切换过程中必然会给系统引入扰动，这将破坏系统原先的平衡状态，是不允许的。
简单控制系统的投运与参数整定
在工业生产中，自动控制系统大多为定值控制系统。 • 2.随动控制系统（也称自动跟踪系统） • 这类自动控制系统的特点是给定值不断地变化，而且，这种变化不是预
先规定的，也就是说给定值是随机变化的。随动控制系统的目的就是使 所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。伺服控制系 统被控变量为位置、速度或加速度的跟踪系统，属于随动控制系统。
• 当被控变量选定以后，接下来应对工艺进行分析，找出有哪些因素会 影响被控变量发生变化，并找出这些影响因素中哪些是可控的，哪些 是不可控的。原则上，应将对被控变量影响较显著的可控因素作为操 纵变量。
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任务一 简单控制系统的投运
• 操纵变量和干扰变量作用在对象上，都会引起被控变量的变化。干扰 变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定 值；操纵变量由控制通道加到对象上，使被控变量回复到给定值，起 着校正作用，这是一对相互矛盾的变量，它们对被控变量的影响都与 对象特性有密切的关系。因此在选择操纵变量时，要认真分析对象特 性，以提高控制系统的调节品质。
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任务一 简单控制系统的投运
• 比例控制器适用于调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提 出无差要求的系统。
• 2.比例积分控制器
• 比例积分控制器输出ΔP与输入e关系为：
• 比例积分控制器的特点：积分作用使控制器的输出与偏差的积分成比 例，故过渡过程结束时无余差，这是积分作用的显著优点。但是，加 上积分作用，会使稳定性降低。虽然在加上积分作用的同时，可以通 过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应 增大，过渡过程时间也加长。
第5章简单控制系统
G p ( s) Gv ( s)G0 ( s)Gm ( s)
图5-6 由控制器和广义被控对象组成的简单控制系统
12
5.2 简单控制系统的设计
过程控制系统设计是过程工艺、仪表或计算 机和控制理论等多学科的综合。
13
在简单控制系统设计中的主要任务是： ——被控变量和操作（或控制）变量的选择 ——建立被控对象的数学模型 ——控制器的设计 ——测量变送装置的选型 ——执行器的选型
水位过低：则会影响产汽量，且锅炉易烧干而发生 事故； 水位过高：生产的蒸汽含水量高， 会影响蒸汽质量。 锅炉汽包液位是一个 重要的工艺参数。
4
为了保持液位为定值，手动控制时主要有三步： ① 观察被控变量的数值——汽包的液位； ② 把观察到的被控变量的值与设定值加以比较，根 据两者的偏差大小或随时间变化的情况，做出判断； ③ 操作给水阀，改变进水量，使液位回到设定值。
Gc ( s)Gv ( s)G0 ( s) Gd ( s ) Y ( s) R( s ) D( s ) 1 Gc ( s)Gv ( s)G0 ( s)Gm ( s) 1 Gc ( s)Gv ( s)G0 ( s)Gm ( s)
Gc ( s)Gv ( s)G0 ( s) Y (s) R( s) 1 Gc ( s)Gv ( s)G0 ( s)Gm ( s)
42
●控制器的正反作用的确定
（实际控制器）×（执行器）×（被控对象）× （测量变送单元）=（-）
简化为：
(实际控制器)×(执行器)×(被控对象)=（-）
43
逻辑推理法和判别式法
(1) 逻辑推理法
44
45
控制信号u↑→蒸汽调节阀的开度↑→介质出 口温度 y↑ 如果介质出口温度 y升高了， 自动控制器就应减小其输出信号u 才能正确地起负反馈控制作用。 控制器应置于反作用方式下。
我们先看网上流传的PID参数整定口诀
我们先看网上流传的PID参数整定口诀：参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来动差大来波动慢。
微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低。
它是什么时候开始在网上流传的不太清楚。
现在再看另一首口诀:参数整定寻最佳，从大到小顺次查。
先是比例后积分，最后再把微分加。
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。
曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。
曲线偏离回复慢，积分时间往下降。
曲线波动周期长，积分时间再加长。
理想曲线两个波，调节过程高质量。
这是一首用经验法进行PID参数工程整定的口诀，该口诀流传至今已有几十年了，其最早出现在1973年11月出版的《化工自动化》一书中。
现在网上流传的口诀，看来大多是以该口诀作为蓝本进行了补充和改编而来的，如:“ 曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢。
微分时间应加长。
”还有的加了:“ 理想曲线两个波，前高后低4比1，一看二调多分析，调节质量不会低。
”等等。
现dlr结合这两首口诀，进行一些浅析。
控制系统在设计、整定和运行中，衡量系统质量的依据就是系统的过渡过程。
当系统的输入为阶跃变化时，系统的过渡过程表现有:发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、单调过程等形式。
在多数情况下，dlr都希望得到衰减振荡的过渡过程，且认为如图1所示的过渡过程最好，并把它作为衡量控制系统质量的依据。
图1 过渡过程质量指标示意图选用该曲线作为控制系统质量指标的理由是:它第一次回复到给定值较快，以后虽然又偏离了，但偏离不大，并且只有极少数几次振荡就稳定下来了。
定量的看，第一个波峰B的高度是第二个波峰B'高度的4倍，所以这种曲线又叫做4:1衰减曲线。
在调节器工程整定时，以能得到4:1的衰减过渡过程为最好，这时的调节器参数可叫最佳参数。
过程控制第5章简单控制系统设计
3、干扰通道动态特性的影响
干扰通道传函：
W f (s)
Kf Tf s 1
e
f s
干扰通道时间常数 Tf ？ Tf越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越 有利于改善控制质量 干扰通道滞后时间τ
f
无纯滞后 有纯滞后
?
干扰通道的纯滞后τ f仅使干扰对被控变量的 影响推迟了时间τ f ，不会影响控制质量
5.1 简单控制系统的构成
PC 101
压力控制系统
压力控制系统流程图
被控变量：水泵出口压力。 控制变量：旁路流量。
5.1.2 控制系统的工程表示及方框图
工艺控制流程图： 管道、仪表流程图 在工艺设计 给出的流程 图上，按流 程顺序标注 出相应的测 量点、控制 点、控制系 统及自动信 号。
(1)图形符号
GP(S)
蒸 汽
fP
1 100S+1
1 100S+1
e-3S
e-2S (8.5S+1)(8.5S+1)(8.5S+1)
T1
乳化物干燥系统示意图
乳化物干燥系统被控对象对象方块图
fQ
fW 1 100S+1 e-3S e-2S (8.5S+1)(8.5S+1)(8.5S+1) T1
控制方案：
fQ
fP
1 100S+1
Y(S) Km TmS+1 Z(S) U(S) (TdS+1)
测量、变送装置与微分器连接示意图
U ( s) 若Td Tm时 : Km Y ( s)
但是，微分环节会放大测量、变送回路的高频噪声，使得系统稳定 性变差，因此，要合理使用。
2. 测量信号的处理
制药工程自动控制实验讲义
《制药工程自动控制》实验讲义白娟编写张兴法审定安徽新华学院药学院2014年9月实验一单圈弹簧管压力表实验一、实验目的1．了解弹簧管压力表的结构原理。
2．熟悉压力校验器的使用方法。
3．掌握压力表的调整、校验方法。
4．掌握运用误差理论及仪表性能指标来处理实验所得的数据。
二、实验器材1．单圈弹簧管压力表：（1）标准压力表（0.25级） 2.5MPa 1块（2）被校压力表（1.6极） 2.5MPa 1块2．压力校验器6MPa 1台三、实验系统图1．被校压力表2．标准压力表3．压力校验器手轮4．油杯5．6．截止阀手轮7．油杯针形阀四、实验原理本实验采用标准表比较法：将被校压力表和标准压力表通以相同的压力，比较它们的指示值。
要求标准表的精度等级至少要比被校表的精度等级高二级，同时要求标准表的量程与被校表的量程越接近越好，这样可以提高精度。
标准表的绝对误差一般应小于被校表绝对误差的1/4，所以标准表的误差可以忽略不计，认为标准表的读数就是真实压力的数值。
如果被校表对于标准表的误差不大于被校表的允许误差，则认为被校表合格，否则被校表不合格，必须经过调校合格后方能使用或降级使用。
五、实验步骤1．在压力校验器油杯中注满变压器油，并排净系统中气体。
2．分别把标准表及被校表安装在相应的接头上，并检查系统是否漏油，做好实验前的准备工作。
3．打开油杯进油阀门，并关闭截止阀门，缓慢逆时针旋出校验器手轮于。
关闭油杯阀门，打开截止阀门。
4．首先调整好仪表的零点和量程（即刻度的终点）（1）仪表零点的调整：调整压力校验器的手轮，将标准表的压力调整到量程的1/3处。
将被校表的表罩取下，用表起子将被校表指针取下，重新安装到量程的1/3处。
（2）仪表量程的调整：调整压力校验器的手轮，将标准表的压力加到满量程处，保持压力信号不变。
将被校表的表罩、指针、刻度盘取下，调整被校表的量程调整螺丝，使被校表的压力达到满量程。
（3）仪表的零点和量程要反复调整数次，直到零点和量程都调好为止。
简单过程控制系统的实施与整定
实验内容：简单过程控制系统的实施与整定【实验目的】1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3、掌握单回路控制系统的投运和无扰动切换方法。
4、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
【实验设备】1、A3000－FS现场总线型过程控制现场系统 4套2、A3000－CS上位控制系统 4套【实验原理】1、控制系统结构单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P、PI和PID控制器特性。
控制逻辑如图3-1所示：图3-1 单容下水箱液位定值(随动)控制系统实验水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。
被调量为水位H。
使用P、PI 、PID控制，看控制效果，进行比较。
2、控制系统方框图如图3-2所示：图3-2 单容下水箱液位定值(随动)控制统方框图3、控制系统接线表表3－1【实验内容与步骤】1、系统连接（1）在A3000-FS上，打开手动调节阀JV201、JV206，调节下水箱闸板开度（可以稍微大一些），其余阀门关闭。
（2）在A3000-CS上，将液位差压变送器的输出连接到AI0，AO0端口，即连接到电动调节阀上。
（3）打开A3000电源。
在A3000-FS上，启动右边水泵。
（4）启动计算机组态软件，进入实验系统选择相应的实验。
启动控制器，设置各项参数，将控制器的“手动－自动”切换开关置相应的位置。
2、控制器参数整定用临界比例度法去整定PID调节器的参数是既方便又实用的。
它的具体做法是：待系统稳定后，逐步减小控制器的比例度δ（即1/KC），并且每当减小一次比例度δ，待被控变量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，观察被控变量变化的动态过程。
若被控变量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。
如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度调节得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。
过程检测与控制技术应用项目六任务4主副控制器的控制规律、正反作用的选择及参数整定
——正作用
主、副控制器正反作用的选择（7）
2. 主控制器作用方向的选择
当工艺过程需要时，控制阀由气开改为气关时, 只改变副控制器的正反作用而不需要改变主控制 器的正反作用。
主、副控制器正反作用的选择（8）
2. 系统串级与主控切换的条件
串级切换为主控：主控制器的输出代替原先的 副控制的输出去控制执行器； 主控切换为串级：数控制器的输出代替主控制 器的输出去控制执行器。
δ /% δ s′ 1.2δ s ′ 0.8δ s ′
TI/min
2T升 1.2T升
TD/min 0.4T升
控制器参数整定与系统投运（5）
共振问题
如果主、副对象时间常数相差不大，动态联系密切， 可能会出现“共振”现象。
可适当减小副控制器比例度或积分时间，以达到减 小副回路操作周期的目的。同理，可以加大主控制器的 比例度或积分时间，以期增大主回路操作周期，使主、 副回路的操作周期之比加大，避免“共振”。
主、副控制器正反作用的选择（5）
2. 主控制器作用方向的选择
主变量θ1或副变量θ2增 加时，都要求开大控制阀， 增加冷水的供应量，才能使 θ1或θ2降下来，所以此时主 控制器T1C应确定为反作用 方向。
主、副控制器正反作用的选择（6）
2. 主控制器作用方向的选择
主变量θ1 ——出口温度增 加时，开大控制阀
控制器参数整定与系统投运（4）
表12-3 4∶1衰减曲线法控制器参数计算表
控制作用 比例 比例+积分 比例+积分+微分
δ /%
δs 1.2δ s 0.8δ s
TI/min
0.5TS 0.3TS
TD/min 0.1TS
单回路控制系统参数整定
单回路控制系统参数整定首先，为了实现良好的控制系统性能，我们需要确定四个关键参数：比例增益（Kp），积分时间常数（Ti），微分时间常数（Td）和控制器增益（Kc）。
整定这些参数需要考虑系统的稳态和动态性能。
下面将依次介绍这些参数。
比例增益（Kp）是最基本的一个参数，通过增加或减少输出与输入之间的比例关系来调节系统的响应速度。
当Kp过大时，系统容易产生震荡或不稳定的行为；而Kp过小则会导致系统的响应速度较慢。
Kp的大小一般由试验和经验确定。
积分时间常数（Ti）是对系统的稳态性能进行调节的参数。
增大Ti可以减小系统的稳态误差，但可能会带来较长的调节时间。
根据所需的稳态误差来选择合适的Ti，一般建议取值较大，以避免过度调节。
微分时间常数（Td）用于调节系统的动态响应速度。
增大Td可以减小系统的超调量，但过大的Td可能会导致系统对噪声敏感。
一般来说，选择适当的Td可以使系统具有较好的响应速度和较小的超调量。
控制器增益（Kc）是控制器输出和输入差值的倍数关系。
通过增大或减小Kc来调节控制器的输出量级，从而使控制系统达到预期的性能指标。
一般情况下，Kc的选择需要考虑系统的稳定性和灵敏度。
除了试探法，还有一些优化算法可用于系统参数整定，如：遗传算法、模糊控制和神经网络。
这些算法通过优化目标函数来确定最优的参数值，可以有效减少参数整定的时间和工作量。
然而，这些算法需要较高的计算资源和较长的计算时间，因此在实际应用中需要权衡其效果和成本。
总结起来，单回路控制系统参数整定是实现控制系统性能的关键步骤。
参数整定需要综合考虑系统的稳态和动态性能，并采用适当的方法和技术来确定最优的参数值。
合理的参数整定可以使控制系统达到预期的性能指标，提高系统的稳定性和控制效果。
控制系统的工程整定方法
• PID控制器的参数整定方法有凭操作人员经验的人工整定， 有根据仿真模拟试验得到的最佳整定参数来整定，有根据 理论计算来整定，还有根据试验和理论计算相结合的自整 定，以及根据试验和经验公式相结合的工程整定等。本节 将介绍常用的三种工程整定法—衰减曲线法、Z-N法 (Ziegler-Nichols于1942年提出)及实际经验法。 • (一)衰减曲线法 • 衰减曲线法是一种根据受控过程在只有比例控制作用下的 具有一定衰减率驴的、由衰减振荡曲线的参数夙和振荡周 期Ts来确定各类控制器整定参数的方法。其中 • •
• 以炉膛负压为例，若变送器量程范围为3000～+3000Pa，k=0.0167。
100 100 100 k 0.0167 量程 3000 3000 6000，太小，控 制作用太慢；太大，稳定性降低，乃至系 统发散振荡。
• 给水流量的工程量程为0～1200t/h，将该参 数乘以什么数值后，量程变为0～100%。若 给水流量分别为500、800、1100 t/h时，其 百分数值是多少？解：
• (三)实际经验法 • 上述两种工程整定方法最大的优点是简单方便， 因此，很适合于生产现场。但是，无论是衰减曲 线法还是Z-N法，所确定的控制器整定参数都是 初步的，还需在现场调试中予以修正。 • 而在火电机组热工控制工程中，通过长期实践， 人们总结了一套参数整定的经验，称之为经验法。 经验法可以说是根据经验进行参数试凑的方法， 它首先根据经验设置一组控制器参数，然后将系 统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验， 观察控制过程；如果过渡过程不令人满意，则修 改控制器参数，再作阶跃扰动试验，观察控制过 程；反复上述试验，直到控制过程满意为止。
• (二)Z-N法 • Z-N法是一种根据受控过程(或称受控对象) 的阶跃响应特性结合经验公式来计算控制 器整定参数的方法。它又分成受控过程为 无自平衡能力型和有自平衡能力型两种情 况。
自动调节系统的参数整定与投运
•
工艺操作人员现场检查仪表测量元件安装是否符合要 求，所测信号是否反应工况实际，与工艺连接的仪表接口 处有无漏点,以及测量元件引出线的防干扰措施和对地绝 缘情况。对调节器着重于检查手动输出、自动跟踪情况、 正反向调节作用、手动—自动的无扰动切换。对操作器、 遥控板着重于检查手操执行器的动作方向和手动—自动无 扰动切换。对执行器着重于检查其开关方向和动作方向、 阀门开度与调节器输出的线性关系、位置反馈。对仪表连 结线路的检查着重查错、查绝缘情况和接触情况。对继电 信号检查，检查被控量超过预定上、下限时的自动安全报 警功能及自动解除警报的情况等，还要检查自动联锁线路 和紧急停车按钮等安全措施。
• • • 1、经验法 这是一种凑试法。先取调节器参数的某组数值 后将系统投入自动，然后人为加一定扰动，如改变给定值 观察被调变量或阀位、调节器输出的变化曲线形状；改变 调节器有关参数，反复凑试，直至控制品质符合要求为止。 比例、积分、微分调节器的整定步骤：
•
•
• •
（1）设置Ti→∞，Td＝0，从大到小改变比例带σ直至 到较好的控制过程曲线。 （2）将比例带放大1.2倍，从大到小改变积分时间，以 求得较好的调节过程曲线。
（二）控制系统调试:
• • • • • • • 即检查整个系统能否正常运转。调试步骤如下：
1、将操作器切换“手动”位置，给全部仪表供电，接 入各被测信号，开始工作。 2、用手动操作器操作，维持工况正常。 3、断开控制回路，譬如在电动执行器中将执行机构与 调节机构的联系断开，使系统处于开环状态。
• • • • • •
记录曲 线有周 期性振 荡
记录曲 线超过 给定值 限值较 大,时间 较长
记录曲 线有呆 滞或有 规律性 振荡
a:调节阀存在偏差或 者死区; b:打字机或记录等原 因引起振荡; C:阀门定位器使用不 当,产生有规律的自持 振荡
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任务一 简单控制系统的投运
• 图8-2所示的温度控制系统，是通过改变进入换热器的载热体流量，来 维持换热器出口物料的温度稳定在工艺规定的数值上。
• 简单控制系统的典型方块图如图8-3所示。
• 二、自动控制系统的分类
• 在自动控制系统中，按给定值的变化规律分类，可分为定值控制系统、 随动控制系统和程序控制系统。
• 自动控制系统的过渡过程是控制作用不断克服干扰作用影响的过程， 这种过程是控制作用与干扰作用这对矛盾在系统内斗争的过程，当这 对矛盾得到统一时，过渡过程也就结束，系统又达到了新的平衡。
• 一般说来，自动控制系统在干扰作用下的过渡过程有图8-4所示的四 种基本形式。
• （1）非周期衰减过渡过程。 • 被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳定在
项目八 简单控制系统的投运与参数整定
• 任务一 简单控制系统的投运 • 任务二 简单控制系统的参数整定
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任务一 简单控制系统的投运
• 【任务描述】
• 在学习简单控制系统工作原理的基础上，掌握简单控制系统的投运方 法。
• 【知识链接】
• 所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件、变送器，一个控制器 ，一个执行器和一个被控对象所构成的一个回路的闭环系统，因此也 称为单回路控制系统。
• 一、简单控制系统方块图
• 图8-1所示的液位控制系统与图8-2所示的温度控制系统都是简单控制 系统的例子。图8-1所示的液位控制系统中，储槽是被控对象，液位 是被控变量，变送器LT将反映液位高低的信号送往液位控制器LC。 控制器的输出信号送往调节阀，调节阀开度的变化使储槽输出流量发 生变化以维持液位稳定。
某一数值上。这种过渡过程形式称为非周期衰减过渡过程，如图8-4 （a）所示。
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任务一 简单控制系统的投运
• （2）衰减振荡过程。 • 被控变量上下波动，但幅度逐渐减小，最后稳定在某一数值上。这种
过渡过程的形式称为衰减振荡过程，如图8-4（b）所示。 • （3）等幅振荡过程。 • 被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变。这种形式的
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任务一 简单控制系统的投运
• 2.控制系统的动态性能指标 • 定值控制系统的作用是克服干扰的影响，使被控变量保持在预定的数
值。因此对定值控制系统的控制要求是平稳，在扰动发生以后，希望 被控变量稳得住、稳得快、稳得好。控制系统的过渡过程品质指标示 意图如图8-5所示。 • 控制系统能否稳定、快速、准确地达到平衡状态，通常采用下列几个 品质指标来衡量。 • （1）最大偏差或超调量。最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏 离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的 峰值，在图8-5中以A表示。最大偏差表示系统瞬时偏离给定值的最 大程度。若偏离的越大，偏离的时间越长，即表明系统离开规定的工 艺参数指标就越远，这对稳定正常生产是不利的。
• 1.定值控制系统 • 这类自动控制系统的给定值在控制系统运行过程中通常是固定不变的。
在工业生产中，自动控制系统大多为定值控制系统。 • 2.随动控制系统（也称自动跟踪系统） • 这类自动控制系统的特点是给定值不断地变化，而且，这种变化不是预
先规定的，也就是说给定值是随机变化的。随动控制系统的目的就是使 所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。伺服控制系 统被控变量为位置、速度或加速度的跟踪系统，属于随动控制系统。
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任务一 简单控制系统的投运
• 3.程序控制系统（又称顺序控制系统） • 这类自动控制系统的给定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数
，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。
• 三、控制系统的过渡过程和动态性能指标
• 1.控制系统的过渡过程 • 在定值控制系统中，我们将被控变量不随时间变化的平衡状态称为系
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任务一 简单控制系统的投运
• （3）余差。当过渡过程结束时，被控变量新的稳态值与给定值之间 的偏差，叫做余差。或者说，余差就是过渡过程结束时的残余偏差， 在图8-5中以C表示。余差的符号可能是正，也可能是负。在生产中 ，给定值是生产的技术指标，所以，被挖变量越接近给定值越好，亦 即余差越小越好。但在实际生产中，也并不是要求任何系统的余差都 很小。如一般储槽的液位控制要求就不高，这种系统往往允许液位有 较大的变化范围，余差就可以大一些。
过渡过程称为等幅振荡过程，如图8-4（c）所示。 • （4）发散振荡过程。 • 被控变量来回波动，且波动幅值逐渐变大，即偏离给定值越来越远。
这种形式的过渡过程称为发散振荡过程，如图8-4（d）所示。 • 对于衰减振荡过程，由于能够较快地使系统稳定下来。所以，在多数
情况下，我们希望自动控制系统能够得到如图8-4（b）所示的衰减振 荡过程。
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任务一 简单控制系统的投运
• 有时也可以用超调量来表征被控变量偏离给定值的程度。在图8-5中 超调量以B表示。从图中可以看出，超调量B是第一个波峰值A与新 稳定值C之差，即B=A-C。如果系统的新稳定值等于给定值，那么最 大偏差A也就与超调量B相等了。
• （2）衰减比。虽然前面已提及一般希望得到衰减振荡的过渡过程， 但是衰减快慢的程度多少为适当呢？表示衰减程度的指标是衰减比， 它是前后两个相邻峰值的比。在图8-5中衰减比是B∶B′，习惯上表示 为n∶1。一般n取4~10之间为宜。因为衰减比在4∶1~10∶1之间时， 过渡过程开始阶段的变化速度比较快，被控变量在同时受到干扰作用 和控制作用的影响后，能比较快地达到一个峰值，然后马上下降，又 较快地达到一个低峰值，而且第二个峰值远远低于第一个峰值。选择 衰减振荡过程，并规定衰减比在4∶1~10∶1之间，这完全是工人师傅 多年操作经验的总结。
统的静态或稳态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的 动态。 • 定值控制系统的目的就是希望将被控变量保持在一个不变的给定值上 ，这只有当进入被控对象的物料量（或能量）和流出对象的物料量（ 或能量）相等时才有可能。
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任务一 简单控制系统的投运
• 当自动控制系统在动态过程中，被控变量是不断变化的，它随时间而 变化的过程称为自动控制系统的过渡过程，也就是自动控制系统从一 个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。