简单控制系统ppt课件
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(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、 高温、深冷、高压、高差压
5
11:36
执行器
执行器的组成
调节机构是根据执行机构输出信号去改 变能量或物料输送量的装置，通常指控 制阀。
执行机构
调节机构
执行机构是根据控制器的控制信号产生 推力或位移的装置。
6
11:36
执行器
PO 1
气 动 执 行 机 构
6
调 节 机 构
气关式
12
11:36
执行器
气开式与气关式的选择
生产安全。
气信号中断，控制阀复位，应能确保生产工艺设备的安全。 如果阀处于打开位置时危害性小，应用气关式；反之， 阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀
例一：加热炉的燃料进料阀应采用？ 气开阀，即当信号中断时应切断进炉燃料，以 免炉温过高发生事故。
例二：控制进入设备的易结晶气体的控制阀， 应选用？ 气关阀，以防堵塞。
其数学表达式为：
u(t)
Kc
e(t)
1 TI
t 0
e(t
)dt
Kc 为比例增益， TI 为积分时间， Kc / TI K I
比例积分控制器的传递函数为：
G(s)
Kc
Kc TI s
27
11:36
控制规律
结论
u(t)
Kc
e(t)
1 TI
t 0
e(t)dt
1、积分时间越小，积分作用越强。反之，积分时间越大， 积分作用越弱。 2、若积分时间为正无穷大，就没有积分作用，此时的 比例积分控制器就称为纯比例控制器了。
执行机构
力矩平衡
20
11:36
控制规律
双位控制
理想的双位控制器其输出p与输入偏差e 之间的关系为
p
pmax, pm in ,
e e
0(或e
0或e
0)
0
特点：控制器只有两个输出，相应的执行器只有 开和关两个极限位置。 双位控制又称为开关控制。
21
11:36
控制规律
继电器
电磁阀
22
控制规律
18
阀门定位器
11:36
YT-1000R-PTM（带反馈） 电气阀门定位器 1050元
SIEMENS西门子阀门定位器 6DR5115-0EG00-0AA0 9800元
19
11:36
阀门定位器
电-气阀门定位器
具有两个重要特点： 1、具有电气转换作用 2、具有阀门定位功能
工作原理方框图：
力矩平衡
气信号
结论
比例度与比例增益成反比。 比例度越小，则比例增益越大，比例控制作用就越强； 反之，比例度越大，则比例增益越小，比例控制作用 就越弱。
24
11:36
比例度对过渡过程的影响
实现快速控制
25
11:36
控制规律 积分控制（I）
一、积分控制规律及其特点
当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的 基础上，再加上积分控制作用。
15
11:36
执行器
16
11:36
阀门定位器
阀门定位器的工作机理 阀门定位器接受控制器的输出信号，然后将控制器
的输出信号成比例地输出到执行机构，当阀杆移动以后， 其位移量又通过机械装置负反馈作用于阀门定位器
控制器
阀门定位器
执行机构
控制阀
17
11:Βιβλιοθήκη Baidu6
阀门定位器
输 入 信 号电气-动气阀阀门门定定位位器器
13
11:36
执行器
控制阀的流量特性
理想流量特性，即在阀的前后压差固定的条件下，流 量与阀杆位移之间的关系，它完全取决于阀的结构参 数。 理想流量特性主要有线性、等百分比及快开三种。这 三种特性完全取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面可 以得到不同的理想流量特性。
14
执行器
11:36
快开：平板结构 线性：曲面形状，“瘦” 等百分比：曲面形状，“胖”
11:36
简单控制系统
1
11:36
控制系统的分类
串级控制系统
前馈控制系统
比值控制系统
控制系统复 简杂 单控 控制 制系 系统 统
选择性控制系统 均匀控制系统
分程控制系统
.
.
.
2
11:36
简单控制系统的定义：
由一个被控对象、一个检测变送单元、一个控 制器和一个执行器所组成的单闭环负反馈控制 系统叫做简单控制系统，也称为单回路控制系 统。
气动薄膜调节阀
1、接受20 ~100KPa的 标准气压信号； 2、在膜片上产生推力； 3、推动阀杆产生位移； 4、带动阀芯动作。
11:36 9
执行器
气动薄膜执行机构的正反作用
气源PO
11:36
气源PO
正作用执行机构（ZMA）
反作用执行机构（ZMB）
10
11:36
执行器
气动薄膜调节机构的正反作用
正作用
简单控制系统的方块图？
3
执行器
设定值
控制器
执行器
11:36
扰动 被控对象 被控变量
测量变送
接受控制器的输出的控制信号，改变操纵变量，使被控 变量向设定值靠拢的装置，称为执行器。
最常用的执行器是控制阀，也称调节阀。
4
11:36
执行器
执行器是控制系统最薄弱的环节。 自控系统出故障，70%都是执行器出问题。 原因：执行器与介质（操纵变量）直接接触
反作用
正作用：阀芯向下， 阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积减少。 反作用： 阀芯向上，阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积增大。
11
执行器
11:36
气开式：气信号增加，阀门开度增大。
气关式：气信号增加，阀门开度减小。
四种组合 正作用
正作用
正作用
反作用
反作用 正作用
反作用 反作用
气关式
气开式
气开式
11:36
比例控制( P )
比例控制规律及其特点
e
Δu
比例控制器KC
图4-7 比例控制器
e（偏差）为控制器的输入信号，Δu为输出信号（变化
量），KC为比例增益（放大倍数）， KC越大，比例作
用越强。 比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量
23
11:36
控制规律
比例度
U
(t)
Kce(t)
1
e(t)
2 3 4
5
图 气动薄膜调节阀的外形和内部结构 1－薄膜 2－平衡弹簧 3－阀杆 4－阀芯 5－阀体 6－阀座
7
11:36
执行器
执行器分类
根据驱动信号的不同，执行器分为三种形式 1.电动执行器； 2.气动执行器； 3.液动执行器。（推力最大，笨重，很少使用） 其中，气动薄膜调节阀应用最为广泛。
8
执行器
积分控制作用的输出变化量Δu与输入偏差e的积分
成正比，即
t
u
KI
e(t )dt 0
KI 表示积分速度
注意：具有积分控制规律的控制器，其输出信号的大小， 不仅决定于偏差信号的大小，还取决于偏差存在时间的长短。
26
11:36
控制规律
比例积分控制规律（PI）与积分时间（ TI ）
比例积分控制规律是比例作用与积分作用的叠加，
28
11:36
积分时间对过渡过程的影响
减小积分时间， 积分作用增强， 克服余差的能力增强， 准确性增强， 但是震荡加剧， 稳定性降低， 快速性降低。
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执行器
执行器的组成
调节机构是根据执行机构输出信号去改 变能量或物料输送量的装置，通常指控 制阀。
执行机构
调节机构
执行机构是根据控制器的控制信号产生 推力或位移的装置。
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执行器
PO 1
气 动 执 行 机 构
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调 节 机 构
气关式
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执行器
气开式与气关式的选择
生产安全。
气信号中断，控制阀复位，应能确保生产工艺设备的安全。 如果阀处于打开位置时危害性小，应用气关式；反之， 阀处于关闭时危害性小，则应选用气开阀
例一：加热炉的燃料进料阀应采用？ 气开阀，即当信号中断时应切断进炉燃料，以 免炉温过高发生事故。
例二：控制进入设备的易结晶气体的控制阀， 应选用？ 气关阀，以防堵塞。
其数学表达式为：
u(t)
Kc
e(t)
1 TI
t 0
e(t
)dt
Kc 为比例增益， TI 为积分时间， Kc / TI K I
比例积分控制器的传递函数为：
G(s)
Kc
Kc TI s
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控制规律
结论
u(t)
Kc
e(t)
1 TI
t 0
e(t)dt
1、积分时间越小，积分作用越强。反之，积分时间越大， 积分作用越弱。 2、若积分时间为正无穷大，就没有积分作用，此时的 比例积分控制器就称为纯比例控制器了。
执行机构
力矩平衡
20
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控制规律
双位控制
理想的双位控制器其输出p与输入偏差e 之间的关系为
p
pmax, pm in ,
e e
0(或e
0或e
0)
0
特点：控制器只有两个输出，相应的执行器只有 开和关两个极限位置。 双位控制又称为开关控制。
21
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控制规律
继电器
电磁阀
22
控制规律
18
阀门定位器
11:36
YT-1000R-PTM（带反馈） 电气阀门定位器 1050元
SIEMENS西门子阀门定位器 6DR5115-0EG00-0AA0 9800元
19
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阀门定位器
电-气阀门定位器
具有两个重要特点： 1、具有电气转换作用 2、具有阀门定位功能
工作原理方框图：
力矩平衡
气信号
结论
比例度与比例增益成反比。 比例度越小，则比例增益越大，比例控制作用就越强； 反之，比例度越大，则比例增益越小，比例控制作用 就越弱。
24
11:36
比例度对过渡过程的影响
实现快速控制
25
11:36
控制规律 积分控制（I）
一、积分控制规律及其特点
当对控制质量有更高要求时，就需要在比例控制的 基础上，再加上积分控制作用。
15
11:36
执行器
16
11:36
阀门定位器
阀门定位器的工作机理 阀门定位器接受控制器的输出信号，然后将控制器
的输出信号成比例地输出到执行机构，当阀杆移动以后， 其位移量又通过机械装置负反馈作用于阀门定位器
控制器
阀门定位器
执行机构
控制阀
17
11:Βιβλιοθήκη Baidu6
阀门定位器
输 入 信 号电气-动气阀阀门门定定位位器器
13
11:36
执行器
控制阀的流量特性
理想流量特性，即在阀的前后压差固定的条件下，流 量与阀杆位移之间的关系，它完全取决于阀的结构参 数。 理想流量特性主要有线性、等百分比及快开三种。这 三种特性完全取决于阀芯的形状，不同的阀芯曲面可 以得到不同的理想流量特性。
14
执行器
11:36
快开：平板结构 线性：曲面形状，“瘦” 等百分比：曲面形状，“胖”
11:36
简单控制系统
1
11:36
控制系统的分类
串级控制系统
前馈控制系统
比值控制系统
控制系统复 简杂 单控 控制 制系 系统 统
选择性控制系统 均匀控制系统
分程控制系统
.
.
.
2
11:36
简单控制系统的定义：
由一个被控对象、一个检测变送单元、一个控 制器和一个执行器所组成的单闭环负反馈控制 系统叫做简单控制系统，也称为单回路控制系 统。
气动薄膜调节阀
1、接受20 ~100KPa的 标准气压信号； 2、在膜片上产生推力； 3、推动阀杆产生位移； 4、带动阀芯动作。
11:36 9
执行器
气动薄膜执行机构的正反作用
气源PO
11:36
气源PO
正作用执行机构（ZMA）
反作用执行机构（ZMB）
10
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执行器
气动薄膜调节机构的正反作用
正作用
简单控制系统的方块图？
3
执行器
设定值
控制器
执行器
11:36
扰动 被控对象 被控变量
测量变送
接受控制器的输出的控制信号，改变操纵变量，使被控 变量向设定值靠拢的装置，称为执行器。
最常用的执行器是控制阀，也称调节阀。
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执行器
执行器是控制系统最薄弱的环节。 自控系统出故障，70%都是执行器出问题。 原因：执行器与介质（操纵变量）直接接触
反作用
正作用：阀芯向下， 阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积减少。 反作用： 阀芯向上，阀杆下移时，阀芯与阀座间的流通面积增大。
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执行器
11:36
气开式：气信号增加，阀门开度增大。
气关式：气信号增加，阀门开度减小。
四种组合 正作用
正作用
正作用
反作用
反作用 正作用
反作用 反作用
气关式
气开式
气开式
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比例控制( P )
比例控制规律及其特点
e
Δu
比例控制器KC
图4-7 比例控制器
e（偏差）为控制器的输入信号，Δu为输出信号（变化
量），KC为比例增益（放大倍数）， KC越大，比例作
用越强。 比例控制器实际上是一个放大倍数可调的放大量
23
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控制规律
比例度
U
(t)
Kce(t)
1
e(t)
2 3 4
5
图 气动薄膜调节阀的外形和内部结构 1－薄膜 2－平衡弹簧 3－阀杆 4－阀芯 5－阀体 6－阀座
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执行器
执行器分类
根据驱动信号的不同，执行器分为三种形式 1.电动执行器； 2.气动执行器； 3.液动执行器。（推力最大，笨重，很少使用） 其中，气动薄膜调节阀应用最为广泛。
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执行器
积分控制作用的输出变化量Δu与输入偏差e的积分
成正比，即
t
u
KI
e(t )dt 0
KI 表示积分速度
注意：具有积分控制规律的控制器，其输出信号的大小， 不仅决定于偏差信号的大小，还取决于偏差存在时间的长短。
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控制规律
比例积分控制规律（PI）与积分时间（ TI ）
比例积分控制规律是比例作用与积分作用的叠加，
28
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积分时间对过渡过程的影响
减小积分时间， 积分作用增强， 克服余差的能力增强， 准确性增强， 但是震荡加剧， 稳定性降低， 快速性降低。