控制系统工程设计
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5
控制系统工程设计
5
Ⅰ
§5-1-1. §5-1-2. 劳斯 Ⅱ
§5-2-1. §5-2-2.
— §5-2-3.
Ⅰ.
§5-1-1.
以简单调节系统为例:
F(s)
x(s) E(s)
P(s)
Q(s)
- Wc(s)
Wv(s)
Y(s) Wp(s)
Z(s) WT(s)
已知：W p (s) 、W c (s)、W v (s)、 (s)， 求系统的输出Y (s)。
因此，调节器的正、反作用方式选择判别式为:
：选择调节器的正反作用方式：
Q1 Lsp
1WCWVWPWT
1:
If :
W P(s )
1 0.2s 1
WT(s )
1 0.3s 1
WC(s )
K P(1
1) Tis
WV(s )
1 0.5s 1
Find :
G d(s )
Y (s ) F(s )
?
1
Gd(s )
1
1 0 . 2s
1
0.2s 1
1
1
0.3s 1 0.5s
1
K p(1
:
G(s)B A((ss))ab m nssm n a bm n 11ssnm 1 1.... . .ba 1s1sba 00(mn) the:B n(s)bnsnbn1sn1.. .b1sb0
B.
:
(1) 1 2, .
(2) 3, ①； ② b2b10b3>0 .
(3) 4, ①; ② b1b2b3 - b12b4 - b0b42>0 .
比例积分控制器（）：适用于控制
通道滞后较小，负荷变化不大，被控变 量不允许有余差的场合，如流量、压力 和要求较严格的液位控制系统，这种控 制器在工程上使用最多，应用最广。
比例积分微分控制器（）：适用于
负荷变化大、容量滞后较大、控制质量
(2) 调节器正反作用方式的确定
原则：使整个调节系统构成负反馈系统。 调节阀：气开式为“+”，气关式为“-”。 调节器：正作用为“+”，反作用为“-”。
1) Tis
＝
(0 . 1 5s 2 0 . 8s 1)Tis
0 . 0 3Tis 4 0 . 3 1Tis 3 Tis 2 (Ti K pTi )s K p
§5-1-2.
自动控制系统的稳定性：作用在其上的扰动去除后，系统能否恢复原状， 或以一定的精度恢复原状的特性。能恢复，则稳定；否则就不稳定。
2:
例1中的调节系统中，若分别选用调节器： （1）2，1时 （2）K 7，1时， 系统是否稳定？
解：特征方程
B(s) 0.03Tis4 0.31Tis3 Tis2 (Ti KpTi )s Kp (1)当Kp 2, Ti 1时，
B(s) 0.03s4 0.31s3 s2 3s 2 判断：
Ⅱ
§5-2-1.
:
以设计气垫流浆箱自动调节系统为例
() .
了解被调过程的特性，明确控制的目的
• 成纸的均匀度取决于纤维在流浆箱中分散的程度 和流浆箱唇口喷浆的均匀度。
• 控制箱内总压：为了获得均匀的从流浆箱喷到网 上的纸浆的流速和流量。
• 控制浆位：为了获得适当的纸浆流域以减少横流 和浓度的变化。
正作用方式：调节器的输出信号P随被调量Y 的增 大而增大
反作用方式：调节器的输出信号P随被调量Y 的增 大而减小
(规定：偏差信号e =设定值x －测量值z) 对象：当通过调节阀的物料或能量增加时，按工艺
机理分析，若被控变量随之增加，则为正对 象+”，反之如随之降低，则为负对象 “－”。 变送器：一般视为正环节。
调节气垫空气量：
① 进浆量（调节进浆量） ② 返回压力
4.
选择调节方案：简单的反馈调节系统？ 复 杂调节系统？ 现代（计算机）控制系统？
一般是能用简单的，就不用复杂的。大多数参 数可用简单的反馈调节系统。
流浆箱控制系统的双参数、双调节系统：T
5. (1) 选择执行机构的形式。在工程上尤以气
动薄膜式调节 阀应用最 广。
(2) 选择阀体的结构形式。在结构形式的选 择时，主要从
调节介质的工艺条件和物理性质出发。 如在制浆造纸
过程中，安装在纸 浆管道上的阀多为
(1) 基本控制规律的选择如下： 比例控制器（P）：适用于控制通
道滞后较小，负荷变化不大，允许被控 变量在一定范围内变化的场合，如贮液 槽液位的控制，不太重要的压力控制等。
b1b2b3 b12b4 b0b32 310.3190.0320.312 0.4680 所以系统稳定。
(2)当Kp＝7，Ti 1时，
B(s)0.03s4 0.31s3 s2 8s7 判断： b1b2b3 b12b4 b0b32 0.113 0 所以系统不稳定。
说明： (1) 调节器的比例放大系数的大小，直接影 响系统的稳定， 过大，系统不稳定。 (2)调节器的，应设计成可调整的，以利于 系统的稳定。
• 目的： • • ① 喷浆速度一定，保证喷浆速度与网速成一定比
例，符合浆网速比。 • ② 保持浆位一定。
stock
compressed air
H T
H
Tp T
2. . 由工艺人员和自控人员共同完成。
被调参数：生产中希望借助自动调节保持恒定 的参数。
被调参数的选择原则： (1) 尽可能用工艺控制指标作为被调参数，或用
: (ΔF(s)=0）随动调节
Gb(s)Y X((ss))1 W W CW CW VW VW PP
: (Δ X (s)=0, E (s) (s)) 定值调节
Gd(s)YF((ss))
WP
1WCWVWPWT
Y(s)GS(s)X(s)Gd(s)F(s)
＝ WCWVWP X(s)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
WP
F(s)
1WCWVWPWT
与工艺控制指标有直接的、单值的、反应灵敏的参 数作为被调参数。
(2) 被调参数应有现成的测量仪表（变送器）测 量转化为标准信号。
(3) 用便于调整的调节量去改变被调参数。
被调参数： ① 液位：以保证纤维分散的区域。 ② 流速不便测，用测量压力：
V＝k 2gTp
3.
气压+液压 总压：以保证喷浆速度稳定。
调节参数（调节量）：用来克服干扰对被调 参数的影响，实现调节作用的参数。最常用的调 节量是流量。
调节参数的选择原则：
(1) 为了保证生产的稳定性，避免选用主物料 流量为调节量。
(2) 调节参数应是工艺上允许调节的参数 (3) 调节参数一般应比其他干扰对被调参数的影响
更加灵敏。调节量改变后，被调参数随着变 化，灵敏度越高越好。
控制系统工程设计
5
Ⅰ
§5-1-1. §5-1-2. 劳斯 Ⅱ
§5-2-1. §5-2-2.
— §5-2-3.
Ⅰ.
§5-1-1.
以简单调节系统为例:
F(s)
x(s) E(s)
P(s)
Q(s)
- Wc(s)
Wv(s)
Y(s) Wp(s)
Z(s) WT(s)
已知：W p (s) 、W c (s)、W v (s)、 (s)， 求系统的输出Y (s)。
因此，调节器的正、反作用方式选择判别式为:
：选择调节器的正反作用方式：
Q1 Lsp
1WCWVWPWT
1:
If :
W P(s )
1 0.2s 1
WT(s )
1 0.3s 1
WC(s )
K P(1
1) Tis
WV(s )
1 0.5s 1
Find :
G d(s )
Y (s ) F(s )
?
1
Gd(s )
1
1 0 . 2s
1
0.2s 1
1
1
0.3s 1 0.5s
1
K p(1
:
G(s)B A((ss))ab m nssm n a bm n 11ssnm 1 1.... . .ba 1s1sba 00(mn) the:B n(s)bnsnbn1sn1.. .b1sb0
B.
:
(1) 1 2, .
(2) 3, ①； ② b2b10b3>0 .
(3) 4, ①; ② b1b2b3 - b12b4 - b0b42>0 .
比例积分控制器（）：适用于控制
通道滞后较小，负荷变化不大，被控变 量不允许有余差的场合，如流量、压力 和要求较严格的液位控制系统，这种控 制器在工程上使用最多，应用最广。
比例积分微分控制器（）：适用于
负荷变化大、容量滞后较大、控制质量
(2) 调节器正反作用方式的确定
原则：使整个调节系统构成负反馈系统。 调节阀：气开式为“+”，气关式为“-”。 调节器：正作用为“+”，反作用为“-”。
1) Tis
＝
(0 . 1 5s 2 0 . 8s 1)Tis
0 . 0 3Tis 4 0 . 3 1Tis 3 Tis 2 (Ti K pTi )s K p
§5-1-2.
自动控制系统的稳定性：作用在其上的扰动去除后，系统能否恢复原状， 或以一定的精度恢复原状的特性。能恢复，则稳定；否则就不稳定。
2:
例1中的调节系统中，若分别选用调节器： （1）2，1时 （2）K 7，1时， 系统是否稳定？
解：特征方程
B(s) 0.03Tis4 0.31Tis3 Tis2 (Ti KpTi )s Kp (1)当Kp 2, Ti 1时，
B(s) 0.03s4 0.31s3 s2 3s 2 判断：
Ⅱ
§5-2-1.
:
以设计气垫流浆箱自动调节系统为例
() .
了解被调过程的特性，明确控制的目的
• 成纸的均匀度取决于纤维在流浆箱中分散的程度 和流浆箱唇口喷浆的均匀度。
• 控制箱内总压：为了获得均匀的从流浆箱喷到网 上的纸浆的流速和流量。
• 控制浆位：为了获得适当的纸浆流域以减少横流 和浓度的变化。
正作用方式：调节器的输出信号P随被调量Y 的增 大而增大
反作用方式：调节器的输出信号P随被调量Y 的增 大而减小
(规定：偏差信号e =设定值x －测量值z) 对象：当通过调节阀的物料或能量增加时，按工艺
机理分析，若被控变量随之增加，则为正对 象+”，反之如随之降低，则为负对象 “－”。 变送器：一般视为正环节。
调节气垫空气量：
① 进浆量（调节进浆量） ② 返回压力
4.
选择调节方案：简单的反馈调节系统？ 复 杂调节系统？ 现代（计算机）控制系统？
一般是能用简单的，就不用复杂的。大多数参 数可用简单的反馈调节系统。
流浆箱控制系统的双参数、双调节系统：T
5. (1) 选择执行机构的形式。在工程上尤以气
动薄膜式调节 阀应用最 广。
(2) 选择阀体的结构形式。在结构形式的选 择时，主要从
调节介质的工艺条件和物理性质出发。 如在制浆造纸
过程中，安装在纸 浆管道上的阀多为
(1) 基本控制规律的选择如下： 比例控制器（P）：适用于控制通
道滞后较小，负荷变化不大，允许被控 变量在一定范围内变化的场合，如贮液 槽液位的控制，不太重要的压力控制等。
b1b2b3 b12b4 b0b32 310.3190.0320.312 0.4680 所以系统稳定。
(2)当Kp＝7，Ti 1时，
B(s)0.03s4 0.31s3 s2 8s7 判断： b1b2b3 b12b4 b0b32 0.113 0 所以系统不稳定。
说明： (1) 调节器的比例放大系数的大小，直接影 响系统的稳定， 过大，系统不稳定。 (2)调节器的，应设计成可调整的，以利于 系统的稳定。
• 目的： • • ① 喷浆速度一定，保证喷浆速度与网速成一定比
例，符合浆网速比。 • ② 保持浆位一定。
stock
compressed air
H T
H
Tp T
2. . 由工艺人员和自控人员共同完成。
被调参数：生产中希望借助自动调节保持恒定 的参数。
被调参数的选择原则： (1) 尽可能用工艺控制指标作为被调参数，或用
: (ΔF(s)=0）随动调节
Gb(s)Y X((ss))1 W W CW CW VW VW PP
: (Δ X (s)=0, E (s) (s)) 定值调节
Gd(s)YF((ss))
WP
1WCWVWPWT
Y(s)GS(s)X(s)Gd(s)F(s)
＝ WCWVWP X(s)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
WP
F(s)
1WCWVWPWT
与工艺控制指标有直接的、单值的、反应灵敏的参 数作为被调参数。
(2) 被调参数应有现成的测量仪表（变送器）测 量转化为标准信号。
(3) 用便于调整的调节量去改变被调参数。
被调参数： ① 液位：以保证纤维分散的区域。 ② 流速不便测，用测量压力：
V＝k 2gTp
3.
气压+液压 总压：以保证喷浆速度稳定。
调节参数（调节量）：用来克服干扰对被调 参数的影响，实现调节作用的参数。最常用的调 节量是流量。
调节参数的选择原则：
(1) 为了保证生产的稳定性，避免选用主物料 流量为调节量。
(2) 调节参数应是工艺上允许调节的参数 (3) 调节参数一般应比其他干扰对被调参数的影响
更加灵敏。调节量改变后，被调参数随着变 化，灵敏度越高越好。