单回路自动调节参数整定

不同时间常数（惯性）对 象的阶跃响应曲线
有自平衡能力对象 的一阶响应曲线
被调量因扰动的存在使得控制结果不能 立即达到想要的状态的现象叫做惯性
(三) 控制回路动态特性分析 有自平衡能力对象的动态特性 2、一阶惯性环节+纯迟延
水流过管道迟延时间τ
τ
Q1 控制阀Ua Q11
Q2
控制阀Ub
有迟延单容水箱示意图
开环
(三) 控制回路动态特性分析 有无自平衡能力的对象
控制阀Ua
Q1
Q2
控制阀Ub
流出量和水位有关
如左图所示，进水流量为Q1，出水流量为Q2， 水位高度为h,此刻，系统处于平衡状态，Q1=Q2, 控制阀Ub此时开度为U10。T0时刻，Ua阶跃开大 Δu,Q1随即阶跃增加ΔQ1,即为Q1+ ΔQ1;Ub此刻 开度未变化，即还是Q2。这样水箱水位在T0时刻 的不平衡流量ΔQ1的作用下开始上升，其上升速度 与ΔQ1成正比。 水箱水位的上升造成Q2流量的增加，假设增加 量为ΔQ2，而且随着水位的上升， ΔQ2也越来越大， 即不平衡流量ΔQ=ΔQ1-ΔQ2，而且越来越小，因此水 位上升速度也就越来越小，直到Ts时刻， ΔQ=ΔQ1-ΔQ2=0，水箱水位h不再上升而稳定在一个 新的位置上。 Δh(00)
(三) 控制回路动态特性分析 控制系统的性能指标 性能指标
稳定性：衰减率 =(y1-y3)/y1、衰减比ŋ=(y1/y3)=0.75~0.9
(0 ≤ 1,n 1)
准确性：最大动态偏差 y1、静态偏差 y∞减给定值、超调量
=y1/y(00)*100%
快速性：控制过程持续时间 ts 。
常用术语
被控对象\被控 量\给定值等
(一) 自动控制原理基础 自动控制的基本概念
被控对象
指被控制的 生产设备或 生产过程
被控量
表征生产过程 是否正常而需 要控制的物理 量
给定值
根据生产工艺 要求，被控量 应该达到的数 值.
常用术语
(一) 自动控制原理基础 自动控制的基本概念
扰动
引起被控量 偏离其给定 值的各种原 因
有自平衡能力的对象
对象受到干扰作用后， 平衡状态被破坏，无 需外加任何控制作用， 依靠对象本身自动平 衡的倾向，逐渐地达
无自平衡能力的对象
?????
到新的平衡状态的性
质，称为对象的自平 衡能力
根据对象是否具有自平衡能力分类
(三) 控制回路动态特性分析 有无自平衡能力的对象
对于大多数控制对象而严，在 系统 控制下，控制信号发生 阶跃变化后会出现以下两种情况： 1、系统最终达到一个新的平衡状态 2、系统最终状态“上升”或“下降”
(2)动作规律：根据偏差的变化 趋势进行控制。
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
6、比例积分微分控制作用(简称PID作用)：
(1)动态方程：
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
7、控制规律的选择：
（1）对控制要求不高的参数，可只采用比例控制器； （2）对控制要求不高，且惯性较大的参数，可采用 比例-微分控制器； （3）对于精度要求高的，要加入积分规律，PI； （4）较重要，控制精度要求比较高，希望动态偏差 小，被控对象的时间滞后比较大的，PID
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
3、微分控制作用(简称D作用)： (1)动态方程： (2)动作规律：根据偏差的变化趋势进行控制。 (3) 特点： a.具有“超前”偏差变化量的作用（控制 过程开始时，偏差较小，但是变化速度快） 。 b.过程结束后 de 0 0 ，故不能单 dt 独使用。
单回路控制系统参数整定
① ②
自动控制原理基础 单回路系统的结构组成 控制回路动态特性分析
③
④
控制系统组成环节的选择
⑤
单回路控制系统设计
⑥
单回路控制系统参数整定
(一)自动控制原理基础 自动控制的基本概念
人工控制
控制任务由人 工操作完成
自动控制
在没有人直接参与的 情况下，利用自动控 制装置使被控制对象 (如机器、生产过程) 的某一物理量(或工作 状态)自动地按照预定 的规律运行(或变化)
对象滞后大， 对象滞后大， 负荷变动不 负荷变动较 大，被控量 大但不频繁。 变化不频繁。 控制质量要 允许静差存 求高 在
(三) 控制回路动态特性分析 控制系统的性能指标 常用的典型输入信号
(三) 控制回路动态特性分析 控制系统的性能指标 调节过程的基本形式
发散振荡 不稳定、不允许 等幅振荡 衰减振荡:理想 稳定 单调(非周期)过程
①信号线：用箭头表示信号“x”的传递方向的连接线。 ②汇交点 (相加点、综合点)：表示两个信号“x1”与 “x2”的代数和。 ③分支点(引出点)：表示把信号“x”分两路取出。 ④环节：方框图中的一个方框。
(一) 自动控制原理基础 自动控制的基本概念
基本控制方式
1.开环控制：控制装置与被控对象之间 只有 顺向作用而没有反向联系的控制 过程
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
4、比例积分控制作用(简称PI作用)： (1)动态方程：
(2)动作规律：根据偏差的变化趋势进行控 制。
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
5、比例微分控制作用(简称PD作用)：
(1)动态方程：
2.1、积分饱和及措施
1、在生产过程中，被调量因系统原因造成较大偏 差不能很快消除时,在积分控制作用下,将会形成积 分饱和现象。 2、控制方法： 1）、偏差大及时切手动控制 2）、PID控制器设置闭锁增减功能 3）、采用积分分离控制技术,在偏差较大 时,不投入积分运行。偏差在一定范围内时,自动投 入积分运算
控制机构
改变对象流入 量或流出量的 机构，如上例 中给水控制阀
控制作用
控制机构在执 行器带动下施 加给被控对象 的作用
常用术语
(一) 自动控制原理基础 自动控制的基本概念
汽包水位人工控制示意图
(一) 自动控制原理基础 自动控制的基本概念
汽包水位自动控制示意图
(一) 自动控制原理基础 自动控制的基本概念 自动控制系统的组成
(三) 控制回路动态特性分析 控制系统的性能指标 仿真软件
任意信号输入作用下自动调节系统的响应仿真与分析 ( 毕业设计)
(四) 控制系统组成环节的选择 1、被调量的选择
被调量是表征生产过程是否符合工艺 要求的物理量，在热工生产过程中主要是 温度、压力、流量、化学成份等。一般情 况下，欲维持的工艺参数就是系统的被控 量，如电厂的锅炉过热蒸汽控制系统的任 务就是维持锅炉过热器出口蒸汽温度，所 以该汽温控制系统的被调量就是过热器出 口蒸汽温度。给水控制系统的任务就是维 持锅炉汽包水位在设定范围内，汽包水位 就是给水控制系统的被调量等。
2.闭环控制：控制装置与被控对象之间 既有顺向作用，又有反向联系的控制过 程。
(二) 单回路系统的结构组成 单回路系统的结构组成
● 单回路反馈控制系统 四个基本环节：被控对象、测量变送、控制器和控制阀 反馈控制中的最基本系统
特点：简单、有效、 应用最成熟、最普遍 --- 占70%以上
(二) 单回路系统的结构组成 单回路系统的结构组成 例1： 水槽液位控制系统
(四) 控制系统组成环节的选择 2、影响系统控制质量的主要因素
对于单回路控制系统，虽然控制对象的动 态特性和调节器的参数整定对控制过程品质有 决定性影响，但是测量元件、变送器、执行器、 控制机构的性能优劣对控制系统的运行也有着 极大的影响
有自平衡能力对象 的一阶响应曲线
被调量变化的时刻落后于扰动 发生的时刻的现象叫做对象的传递迟延
(三) 控制回路动态特性分析 过程对象动态特性特点
1、被调量的过度过程是不震荡的 2、被调量在干扰发生的初始时刻有一定的迟延和滞后特性 3、在响应的最终阶段，被调量可能达到一个新的 平衡阶段或可能不断变化而无法进入平衡状态 4、描述对象的动态参数有：放大倍数K、时间常数T、迟延时间τ
F1
F1
LC
工作过程：
F2
F2
F1增加 → L增加 → 变送器输出信号增加 → 偏差（测量值-设定值）为正、增加 → 控制器输出增加 →阀开度增加 → F2增加 → L降低；
(二) 单回路系统的结构组成 单回路系统的结构组成
给定
测量
偏差 控制器 控制阀 被控 对象
液位
测量 变送 ●给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。也称为参考输入量（信号）。 ●被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。 ● 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比 较，产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程称为反馈 。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
1、比例控制作用(简称P作用)： 1 KP e e (1)动态方程：

(2)动作规律：根据偏差的大小进行控制。 (3) 特点： a.控制及时，能有效地抑制扰动。 b.控制过程结束后有静态偏差。
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
(三) 控制回路动态特性分析 有无自平衡能力的对象
控制阀Ua
Q1
Q2
控制阀Ub
(三) 控制回路动态特性分析 有无自平衡能力的对象
控制阀Ua
Q1
？？？？？？
Q2 泵
(三) 控制回路动态特性分析 有无自平衡能力的对象
控制阀Ua
泵
流出量和泵自身有关系，和液位没有关系
(三) 控制回路动态特性分析 有自平衡能力对象的动态特性 1、一阶惯性环节
(二) 单回路系统的结构组成 单回路系统的结构组成 ● 控制系统的原理和作用（定值） ●维持被控参数保持在设定值上，偏差越小越好
●偏差控制：纠正偏差 过程工业中，此类系统占大多数
●按被控参数分类： 温度控制回路、压力控制回路、 流量控制回路、物位（液位）控制回路
(三) 控制回路动态特性分析
热工控制对象的分类
自动控制系统由
自动控制系统中
1
被控对象和自动
控制装置两个基 本部分组成
2
的各装置是通过
信号的传递和转 换相互联系起来
的
(一) 自动控制原理基础 自动控制的基本概念 自动控制系统的方框图
能直观地表达自动控制系统中各设备之 间相互作用与信号传递关系的示意图称为自 动控制系统制的基本概念 方框图四要素
(四) 控制系统组成环节的选择 1、被调量的选择
但是在生产过程中，有些工艺参数目前还 没有获得直接的快速的测量手段，如进入磨煤 机的原煤干燥程度的测量。在这种情况下，往 往采取间接测量手段，如采用磨煤机入口的介 质的温度来代表原煤的干燥程度。再比如锅炉 燃烧控制系统就是以锅炉出口蒸汽的压力作为 被调量，以间接参数作为系统的被调量时，要 求被调量与实际所需维持的工艺参数之间为单 值函数关系，否则应采取相应的补偿措施。对 于那些虽有直接测量，但所测得的信号过于微 弱或延迟较大的情况，这种情况不如间接参数 作为系统的被调量。
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
2、积分控制作用(简称I作用)： (1)动态方程： (2)动作规律：根据偏差的方向进行控制。 (3)特点： a.能实现无差控制。 b.会造成过调，引起被控量振荡。
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
(四) 控制系统组成环节的选择 1、被调量的选择
为了提高测量的灵敏度、减少延迟，需采 取先进的测量方法，选择合理的取样点，正确 合理的安装检测元件。尽量采用快速测量元件、 测量变送元件的时间常数应该为被控对象的时 间常数的1/10以下为宜，另外也可采取微分单 元，抵消测量元件的惯性。但在一些压力控制 系统中，有一些被调量信号具有较强的脉动成 份，例如炉膛负压就属于这一类被调量信号， 如不对其滤波，可能会导致执行机构动作频繁， 甚至造成系统振荡，因此，可以在测量管路中 加装一阶阻尼器，对信号作平滑处理。现场这 此工作往往在DCS系统组态中可以轻松实现。
(三) 控制回路动态特性分析 控制器的动态特性
7.1、常用控制规律特点及适用场合
位式 简单 特 控制质量 点 低，有振荡 P 控制速 度快 有静差 PI 控制不 及时 无静差 PD PID 超前控制，兼顾动态与 减小动态偏 静态，整定 差 较麻烦 有静差
适 用 场 合
对象容量大， 对象容量 对象滞后 负荷变动小。 大，负荷 大，负荷 控制质量要 变动小， 变动大但 求不高，容 纯滞后小。缓慢。不 许振荡 允许静差 允许静差 存在 存在