单回路控制系统参数整定
单回路控制系统
单回路控制系统一、单回路控制系统的概述图1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。
系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。
图1 单回路控制系统方框图二、干扰对系统性能的影响1．干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响。
会影响干扰加在系统中的幅值。
若系统是有差系统，干扰通道的放大系数Kf则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。
，则阶跃扰动通过惯性环节后，如果干扰通道是一惯性环节，令时间常数为Tf越大，则系统的动态偏其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。
即时间常数Tf差就愈小。
通常干扰通道中还会有纯滞后环节，它使被调参数的响应时间滞后一个τ值，但不会影响系统的调节质量。
2．干扰进入系统中的不同位置。
复杂的生产过程往往有多个干扰量，它们作用在系统的不同位置，如图2所示。
同一形式、大小相同的扰动作用在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。
对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。
图2 扰动作用于不同位置的控制系统三、控制规律的选择PID控制规律及其对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。
1．比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。
由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是系统有静差存在。
其传递函数为：G C (s)= KP=δ1(1)式中KP为比例系数，δ为比例带。
2．比例积分(PI)调节PI调节器就是利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但I调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。
其传递函数为：GC (s)=KP(1+s1IT)＝δ1(1+s1IT) (2)式中TI为积分时间。
3．比例微分(PD)调节这种调节器由于有微分的超前作用，能增加系统的稳定度，加快系统的调节过程，减小动态和静态误差，但微分抗干扰能力较差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。
单回路测控仪说明书
单回路测控仪说明书篇一：单回路数显控制仪说明书篇二：单回路控制系统参数整定课程设计报告( XX-- XX年度第2学期)名称：过程控制系统题目：院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：第十七周成绩：日期：XX年6月23日《过程控制系统》课程设计任务书一、目的与要求1．掌握单回路控制系统整定方法； 2．掌握PID参数对控制品质影响规律； 3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。
二、主要内容1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 2．开发单回路控制系统PID参数整定程序； 3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。
三、进度计划四、设计成果要求1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理； 2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序；3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。
五、考核方式1．设计报告； 2．设计答辩。
二、设计（实验）正文1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 1）经验法内容：经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。
利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程；若调节过程不满足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节过程满意为止。
实验步骤：(1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td 置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止；(2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。
实验 6：气体压力 PID 单回路控制系统的设计与整定
实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1、测试实验目的1）掌握压力PID单回路控制系统的常用方法。
2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。
3）掌握压力PID控制器参数整定方法。
2、实验原理1）压力作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。
压力依据零点参考压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。
绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。
表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。
大气压力：一个标准大气压是在纬度45度，温度为0℃，重力加速度为9.80665m/s2海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。
压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。
负压：绝对压力小于大气压时，大气压力与绝对压力之差为负压。
负压的绝对值称为真空。
真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。
压力测量常用的单位有：①帕斯卡（Pa），其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。
工程中常用MPa表示压力，1 MPa=106 Pa，②工程大气压（kgf/cm2），垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。
工程上常用kg/cm2表示。
1 kgf/cm2=9.80665×105 Pa=0.980665 MPa。
③物理大气压（atm），即上面所述的标准大气压。
④毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的高度为计量单位。
1 atm=760 mmHg。
许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、合成氨生产过程等，有些需要很高的真空度。
压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应平衡关系，也影响到反应速率。
生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。
2）压力的测量压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激光等）。
PID自动控制系统参数整定实验报告
T13. PID自动控制系统参数整定（化工仪表与自动化，指导教师：卢红梅）实验一：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验二：上水箱液位PID整定实验一、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）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
4）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
5）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
6）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备THKJ100-1型过程控制实验装置配置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
型参数为串联釜数N三、实验原理实验一原理：阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过控制器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。
同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
实验二原理：图13.1单回路上水箱液位控制系统图13.1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
单回路控制系统整定实验报告
单回路控制系统整定实验报告本文是对单回路控制系统整定实验的总结和分析，主要包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果以及实验分析等方面的内容。
一、实验目的本实验的主要目的是掌握单回路控制系统整定方法，了解控制系统的稳态误差和动态响应特性，提高实际应用控制系统的能力。
二、实验原理单回路控制系统是一种基本的控制系统形式，它由被控对象、传感器、执行机构、控制器和控制信号等组成。
例如，温度控制系统、速度控制系统、压力控制系统等都是单回路控制系统的应用。
在通过控制器使被控对象产生控制输出信号的过程中，存在稳态误差和动态响应特性问题，对其进行整定是控制系统设计中重要的环节。
稳态误差是指控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差。
当被控对象达到稳定状态时，控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差称为稳态误差，在实际控制系统设计中，应尽可能使稳态误差达到最小。
动态响应特性是指控制系统对负载扰动、控制信号变化等外部干扰的响应能力。
在实际应用控制系统中，需要考虑控制系统的动态响应特性，以此保证系统稳定性和控制效果。
控制系统的整定就是调整控制器参数，使系统的稳态误差和动态响应特性达到最优状态，从而获得最佳控制效果。
三、实验过程本实验是基于MATLAB/Simulink软件进行的模拟实验。
实验系统模型：本实验模拟一个简单的单回路负反馈控制系统，其模型如图所示。
其中，控制器采用比例积分控制器（PI控制器），其控制方程为：$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(τ) \, dτ$$传感器和被控对象之间的关系用传递函数表示为：$$G(s) = \frac{1}{s(1+0.5s)}$$控制器的参数Kp和Ki需进行整定。
实验过程中，先通过手动调节的方式获得基本的参数范围，再通过曲线法和频率法对其进行精细调整。
曲线法：首先设置一个阶跃参考信号，观察系统的单位阶跃响应曲线，根据曲线特征调整控制器参数。
Honeywell_DCS_控制回路PID参数整定方法
Honeywell PKS系统控制回路PID参数整定方法鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。
修改PID参数必须有“SUPV（班长）”及以上权限权限，具体权限设置切换方法如下；一、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面（Loop Tune），修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2；二、PID参数代表的含义Control Action：控制器的作用方式，正作用（DIRECT），反作用（REVERSE）；Overal Gain（K）：比例增益（放大倍数），范围为0.0～240.0；T1：积分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用；T2：微分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用。
三、PID参数的作用（1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出； 2、系统存在余差。
K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。
（2）积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。
（3）微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。
四、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统；（2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；（3）PID控制器的选择：它适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比如温度控制系统。
单回路控制系统设计
控制仪表的选择
(1) 仪表的选型——电动单元组合仪表(DDZ) (2) 测温元件与变送器：
热电阻温度计，三线制接法配温度变送器。
(3) 调节阀选型：选气动调节阀，且事故时要求不 要超温！
气关形式，流量特性选择？
(4)调节器: PI或PID。
控制仪表的选择
调节器的正反作用的确定:
由于调节阀为气关方式 因此KV 0 由于冷风量（控制量） 增加炉温（被控量）降 低，K0 0 通常传感器的增益为正 , Km 0
典型最佳调节过程 1 b
a
生产过程中的控制系 统多为恒值调节系统， 评定控制系统性能的常 用指标有稳态误差、最 大超调或超调率、衰减 率和过渡过程时间等。
在过程控制系统中更
多的采用衰减率 来表
示调节系统的稳定度。
工程上通常将 0.75的调节过程当作“典型最佳调节过程”
临界比例度法
一．临界比例度法（Ziegler-Nichols 稳定边界法）
F(s) Gf (s)
C(s)
Y (s) H (s)
系统输出与干扰之间的传递函数为：
C(S)
Gf (S)
F(S) 1 Gc (S)Gv (S)Gp (S)H (S)
假设：G
f
(S
)
K Tf s
f
1
干扰通道的影响
C(S)
1
• Kf
F(S) 1 Gc (S)Gv (S)Gp (S)H (S) Tf s 1
干扰通道的影响
干扰进入位置对控制质量的影响
F(s)
Gf (s)
R(s) E(s)
U (s)
Q(s)
GC (s)
Gv (s)
C(s) Gp (s)
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
第四节单回路控制系统
第四节单回路控制系统在热工生产过程控制中，最基本的且应用最多的单回路控制系统，其他各种复杂控制系统都是在单回路系统的基础上发展起来的，而且许多复杂控制系统的整定都利用了单回路控制系统的整定方法，可以说单回路控制系统是过程控制系统的基础。
一、单回路控制系统的组成及初步设计单回路控制系统的组成原理方框图如图3-44所示，它是仅有一个测量变送器，一个调节器和一个执行器（包括调节阀），连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。
图1-26 单回路控制系统组成原理方框图1、被调量的选择在图1-26中，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、化学成分等。
一般情况下，欲维持的工艺参数就是系统的被调量，如火力发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统的任务就是维持锅炉过热器出口蒸汽温度，所以汽温控制系统的被调量就是过热器出口汽温。
但是生产过程中，有些工艺参数目前还没有获得直接的快速测量手段，如火电厂进入磨煤机的原煤干燥程度的测量。
这种情况下往往采用间接测量手段，如采用磨煤机入口介质的温度来代表原煤的干燥程度。
以间接参数作为系统的被调量，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，否则要采取相应的补偿措施。
对于那些虽有直接测量手段，但所测得的信号过于微弱或迟延较大的情况，不如选用间接参数作为系统的被调量。
为提高测量的灵敏度，减小迟延，应采用先进的测量方法，选择合理的取样点，正确合理地安装检测元件。
2、控制量的选择选择什么样的控制量去克服扰动对被调量的影响呢？原则上是选择工艺上允许作为控制手段的变量作为控制量，一般不应选择工艺上的主要物料或不可控制的变量作为控制量。
例如：火力发电厂锅炉负荷控制系统，其被调量是主蒸汽压力，而影响主蒸汽压力的主要因素是汽轮机进汽量和锅炉燃料量，前者是电力生产要求所确定的，因而不能作为控制量，而只能选择燃料量作为控制量。
给定值 调节器 对象被调量 － μ 扰动 扰动 图1-28 单回路调节系统 3、控制通道和扰动通道单回路控制系统的组成如图1-27所示，图中W 01(s )为对象的传递函数，它是包括了检测元件、测量变送器、执行机构和调节阀在内的广义对象特性；W c (s )为调节器的传递函数，D 为扰动信号，W 02(s )为被调量与扰动信号间的传递函数。
单回路控制系统分析与其参数整定
能源与动力工程学院 Transfer 切换器
常规理解： IF FLAG=TRUE，THEN OUT=IN2
IF FLAG=FALSE， THEN OUT=IN1
能源与动力工程学院
高低限监视器 HighLow Monitor
能源与动力工程学院
能源与动力工程学院
M/A站 M/A Station
三种模式： 手动、自动、 就地
I
T
A
I
显示 操作器
能源与动力工程学院
SAMA图
SAMA图是美国科学仪器制造协会（Scientific Apparatus Maker’s Association）所采用的绘制图例，它易 于理解，能清楚地表示系统功能，广范为自动控制系统所 应用。
测量或信号显示功能 自动信号处理功能 手动信号处理功能 执行机构
时，PI→I。 （2）积分时间Ti 影响积分作用的强弱,比例带δ不但影响比
例作用的强弱，而且也会影响积分作用的强弱。 （3） 无差调节。
e
PI调节器 阶跃响应曲 线
o μ
e0
o
Ti
Δe0 t
e0
t
能源与动力工程学院
阶跃扰动为Δe 0时
1
e0
1
Ti
e0t
（7－11）
把 t = Ti 代人式(3－11)可得：
+
能源与动力工程学院
2 .1 基本调节作用
调节器的控制规律中最基本的调节作用是比例、积分和微分 作用 , 它们各有其独特的作用，下面分别讨论。
（1）比例作用（简称P作用）
比例作用的动态方程为：
KPe KP r y
式中：e ——被调量偏差，调节器的输入信号；
13单回路控制系统 《过程控制系统及仪表》课件
Y(S) Wd(S) Wd(S) D(S) 1Wc(S)Wo(S) 1Wk(S)
Y(S) Wc(S)Wo(S) Wc(S)Wo(S) R(S) 1Wc(S)Wo(S) 1Wk(S)
辽宁科技大学
三、临界比例度法（稳定边界法）
通过试验，找到系统等 幅振荡过渡过程的比例 度 k
和等幅振荡周期
j)
exp[ 1
(m
j)]
K em o
exp[ j(tan 1 T )] （3 - 48）
2T 2 (m T 1)2
mT 1
对于该对象，利用（3 43）可得不同控制作用时 控制器整 定参数的计算公式：
P控制器： tan 1 / T
m 1 /T
（3 - 49）
P控制cW 器 (m ,j ： )K c
m
TDm
2 2
1 TI
)2
(
2m 2TD )2
m2 1
exp j（ tan
1
TD 2
m
TDm 2 2
1 TI
tan
1 m
（3 - 47）
2m
T2 D
如果广义对象的传递函
数为：
W
o(S )
K e s o
TS 1
辽宁科技大学
则该对象衰减频率特性 为：
Wo (m,
j)
Ko T(m
m2 1
exp
j（
2
tan
1 TI 1 m TI
tan
1 m ）
（3 - 45）
辽宁科技大学
PD 控制器：
W c(m , j ) K c
T2 2 D
(1
m
TD
)2
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
过程控制-单回路PID控制、PID的参数整定、实用数字PID及相关技术-文档资料
如何确定PID参数？
PID控制器的 参数整定与应用
PID参数对控制性能的影响
控制器增益 Kc或比例度δ
增 定益性下Kc降的；增大（或比例度δ下降），使系统的调节作用增强，但稳
积分时间Ti
积 制分系作统用的的稳增定强性（下即降；Ti 下降），使系统消除余差的能力加强，但控
电流转变为气压来操纵阀门
数字计算和通讯
手动操作
信号在局域网中传输， 传感器和阀门也可带有微处理器！
机械装置
气动设备 电动设备
数字PID
数字计算
数字计算 和通讯
信号采用数字传输
电流转变为气压来操纵阀门
数字控制
为什么？
数字控制采用分布式网络结构
操作站
操作站
数字通讯
(s)
Kc
(1
1 Ti s
)
积分时间Ti 对系统性能的影响
引入积分作用的根本目的是为了消除稳态余差，但使控制 系统的稳定性下降。当积分作用过强时（即Ti 过小），可 能使控制系统不稳定。
积分作用Ti对控制性能的影响
理想的比例积分微分PID控制器
u
Kc
(e
1 Ti
t
edt
0
Td
d ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt)
Kd
Td s 1
+
u (t)
Kv Tvs 1
K p exp( s) + Tps 1
y (t)
Km
z (t)
Tms 1
假设控制输入u (t)与干扰输入d (t)均为阶跃信号，要求显示 输入对被控变量y (t)及其测量z (t)的动态响应。
单回路测控仪说明书
单回路测控仪说明书篇一：单回路数显控制仪说明书篇二：单回路控制系统参数整定课程设计报告( XX-- XX年度第2学期)名称：过程控制系统题目：院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：第十七周成绩：日期：XX年6月23日《过程控制系统》课程设计任务书一、目的与要求1．掌握单回路控制系统整定方法； 2．掌握PID参数对控制品质影响规律； 3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。
二、主要内容1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 2．开发单回路控制系统PID参数整定程序； 3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。
三、进度计划四、设计成果要求1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理； 2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序；3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。
五、考核方式1．设计报告； 2．设计答辩。
二、设计（实验）正文1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 1）经验法内容：经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。
利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程；若调节过程不满足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节过程满意为止。
实验步骤：(1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td 置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止；(2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。
单回路控制实验报告
实验三单回路控制系统组员:实验时间：2014.4.11、实验名称：液位单回路自动控制系统2、实验目的：1、通过实际构建、运行一个液位单回路控制系统，更深入理解一个工业自控系统的工作原理和投运步骤；2、掌握控制系统的调整方法—工程参数整定；三、实验设备：A3000过程控制实验装置中的二级水箱系统，PC机及工业组态软件；4、控制系统的要求：1、被控参数（液位）能保持在期望值上，并抵御一定的外部扰动，满足生产的质量与安全的要求（有报警，操作限制等）；2、一个一般的工业控制系统多是一个包含基本控制回路系统，并附加其它设备的复合系统。
五、实验内容：①通过信号连线，构建一个液位单回路控制系统；②启动计算机，运行实验软件；实验设备加电、开泵，手动操作系统达到稳定，进行手动->自动的无扰动切换；③采用工程参数整定方法，寻找满足控制要求的控制器参数（P、I、D ）；④进行测试，判断系统是否满足希望的控制质量要求─较快地实现平稳（如4~10:1的衰减过程)；⑤测试应以随动（内部扰动）和定值（外部扰动）两种情况验证。
输出值输出值LT1 02FV101先不连化，具体先向哪个方向变化取决于当时的水位高度。
理想的工作点是水箱的中间位置。
每次变化后要等到系统确实稳定后再向相反方向变化。
(3)若结果不满意应进一步试探。
将比例度P 分别改为50%、30% ，每改变一次P ，都应在设定值加干扰进行测试，观察过渡过程曲线的变化，直至到更接近4 : 1 衰减振荡过程，记下对应的P 值；(4)以该比例度为基础，将比例度P乘以1.2倍，并以P所对应的曲线振荡周期（两个波峰之间的时间）的一半时间为积分时间Ti，控制器为PI（比例+积分）作用；⑸在此PI参数下再次改变设定值，测试控制器的PI参数是否满足要求，即控制的效果和质量。
若不合适还可对PI参数再作调整，直至达到要求。
⑹若有时间，可根据前面的P，查表得到P、I、D作用，使控制器成为P+I+D的三作用控制器。
单回路控制系统实验(过程控制实验指导书)
单回路控制系统实验单回路控制系统概述实验三单容水箱液位定值控制实验实验四双容水箱液位定值控制实验实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验实验三实验项目名称：单容液位定值控制系统实验项目性质：综合型实验所属课程名称：过程控制系统实验计划学时：2学时一、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。
2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。
3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验内容和（原理）要求本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。
被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
三、实验主要仪器设备和材料1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。
四、实验方法、步骤及结果测试本实验选择中水箱作为被控对象。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。
（一）、智能仪表控制1．按照图3-5连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
图3-4 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。
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。
Honeywell_DCS_控制回路PID全参数整定方法
Honeywell PKS系统控制回路PID参数整定方法鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。
修改PID参数必须有“SUPV（班长）”及以上权限权限，具体权限设置切换方法如下；一、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面（Loop Tune），修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2；二、PID参数代表的含义Control Action：控制器的作用方式，正作用（DIRECT），反作用（REVERSE）；Overal Gain（K）：比例增益（放大倍数），围为0.0～240.0；T1：积分时间，围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用；T2：微分时间，围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用。
三、PID参数的作用（1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出；2、系统存在余差。
K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。
（2）积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。
（3）微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。
四、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定围变化的系统；（2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；（3）PID控制器的选择：它适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比如温度控制系统。
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课程设计报告( 2015-- 2016年度第2学期)名称：过程控制系统题目：单回路控制系统参数整定院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：第十七周成绩：日期：2016年6月23日《过程控制系统》课程设计任务书一、目的与要求1．掌握单回路控制系统整定方法；2．掌握PID参数对控制品质影响规律；3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。
二、主要内容1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法；2．开发单回路控制系统PID参数整定程序；3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。
三、进度计划四、设计成果要求1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理；2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序；3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。
五、考核方式1．设计报告；2．设计答辩。
二、设计（实验）正文1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法；1）经验法内容：经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。
利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程；若调节过程不满足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节过程满意为止。
实验步骤：(1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止；(2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。
系统投入闭环运行，待系统稳定后，作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变积分时间Ti的值，重复上述试验，直到满意为止；(3) 将调节器的微分时间由小到大调整到某一数值，系统投入闭环运行，待系统稳定后，作阶跃扰动试验，观察调节过程，修改微分时间重复试验，直到满意为止；2）临界比例带法内容：临界比例带法又称边界稳定法，首先将调节器设置成纯比例调节器，然后系统闭环投入运行，将比例带由大到小改变，观察系统输出，直到系统产生等幅振荡为止。
记下此状态下的比例带数值（即为临界比例带δk）和振荡周期Tk，然后根据经验公式计算调节器的其它参数。
实验步骤：(1) 将调节器的积分时间Ti置于最大，微分时间Td置最小，即Ti→∞，Td＝0；置比例带δ为一个较大的值；(2) 系统闭环投入运行，待系统稳定后调整比例带δ的数值直到出现等幅振荡。
记录并计算临界状态下临界比例带δcr和振荡周期Tcr，根据表2－1计算调节器的参数；(3)根据δcr和Tcr,由计算公式求得控制器的各个参数。
(4) 将调节器按计算出的参数设置好，系统闭环投入运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察系统的调节过程，适当修改参数，直到满意为止。
临界比例带法计算公式：3）衰减曲线法内容：衰减曲线法是在临界比例带法的基础上发展起来的，它既不象经验法那样要经过大量的试凑过程，也不象临界比例带法那样要求系统产生临界振荡过程。
它是利用比例作用下产生的4:1衰减振荡（ψ＝0.75）过程时的调节器比例带δs及衰减周期Ts，或10:1衰减振荡（ψ＝0.9）过程时的调节器比例带δs及过程上升时间tr，根据经验公式确定调节器的参数。
实验步骤：(1) 置调节器参数Ti→∞，Td＝0，比例带δ为一个较大的值，将系统投入闭环运行；(2) 待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察控制过程。
若ψ大于要求的数值，则逐步减小比例带δ并重复试验，直到出现ψ＝0.75或ψ＝0.9的控制过程为止，并记下此时的比例带δs；(3) 根据控制过程曲线求取ψ＝0.75衰减周期Ts或ψ＝0.9时的上升时间tr；(4) 计算调节器的参数δ、Ti、Td。
(5) 按计算结果设置调节器的参数，作阶跃扰动试验，观察调节过程，适当修改调节参数，直到满意为止。
4）响应曲线法内容：响应曲线法则是根据对象的阶跃响应曲线，求得对象的一组特征参数ε、τ（无自平衡能力的对象）或ε、ρ、τ（有自平衡能力的对象），然后按公式计算调节器的整定参数。
2.采用临界比例带法，开发单回路控制系统PID 参数整定程序。
1).PID 控制原理常规PID 控制系统主要由PID 控制器和被控对象组成。
PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差e(t)，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制。
控制器的输出和输入之间的关系可描述为：式中，P K 为比例系数，i T 为积分时间常数，d T 为微分时间常数。
2)MATLAB 编程实现 设被控对象的数学模型为反馈环节为单位负反馈。
(1)置调节器参数Ti →∞，Td ＝0，比例带δk 为一个较大的值，将系统投入闭环运行； (2)系统闭环投入运行，待系统稳定后调整比例带δk 的数值直到出现等幅振荡。
记录并计算临界状态下临界比例带δcr 和振荡周期Tcr 。
被控对象阶跃响应：G0=tf(1,[0.8,1.7,2,1]); G=feedback(G0,1); step(G)title('被控对象阶跃响应'); grid on ;127.18.01)(230+++=S S S s G0.10.20.30.40.50.60.7被控对象阶跃响应Time (seconds)A m p l i t u d e调节Kp,直至出现等幅震荡。
G0=tf(1,[0.8,1.7,2,1]); P=3.25;axis([0 25 0 1.5]); % figure; hold on G=feedback(P*G0,1); step(G) grid on;00.511.5Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e记录此时δcr=1/3.25,Tcr=6.32-2.41=3.51s 。
(3)根据δcr 和Tcr,由计算公式求得控制器的各个参数。
δ= 1.7δcr=52.3%，Ti=0.5Tcr=1.775s,Td=0.125Tcr=0.44s 。
(4)将调节器按计算出的参数设置好，系统闭环投入运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察系统的调节过程，适当修改参数，直到满意为止。
整定后阶跃响应曲线：G0=tf(1,[0.8,1.7,2,1]); Kp=1.91;Ti=1.775;Td=0.44; Gc=tf(Kp*[Ti*Td,Ti,1],[Ti,0]); axis([0 25 0 1.5]); % figure; hold on G=feedback(Gc*G0,1); step(G) grid on ;05101520250.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e适当调整参数，δ= 50%，Ti=2,Td=0.6s 。
0.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e3). PID 控制器参数对控制性能的影响 (1)K 取不同值时的阶跃响应 G0=tf(1,[0.8,1.7,2,1]); Kp=[2:0.5:4]; Ti=2; Td=0.6; figure; hold on for i=1.9:length(Kp)Gc=tf(Kp(i)*[Ti*Td,Ti,1],[Ti,0]); G=feedback(G0*Gc,1); step(G) end grid on0246810121416180.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e(2)Ti 取不同值时的阶跃响应 G0=tf(1,[0.8,1.7,2,1]); Kp=2; Ti=[1:0.5:3]; Td=0.6; t=0:0.1:20; figure; hold on for i=1:length(Ti)Gc=tf(Kp*[Ti(i)*Td,Ti(i),1],[Ti(i),0]); G=feedback(G0*Gc,1); step(G) end grid on00.511.5Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e(3)Td 取不同值时的阶跃响应G0=tf(1,[0.8,1.7,2,1]); Kp=2; Ti=2; Td=[0.2:0.2:1.0]; t=0:0.1:20; figure; hold on for i=1:length(Td)Gc=tf(Kp*[Ti*Td(i),Ti,1],[Ti,0]); G=feedback(G0*Gc,1); step(G) end grid on0.20.40.60.811.21.4Step ResponseTime (seconds)A m p l i t u d e三、课程设计总结或结论PID控制器参数对控制性能的影响1)比例系数比例系数加大，偏差越小，但会引起被调量的来回波动，造成系统不稳定。
比例系数越小，可以使被调量变化平稳甚至没有超调，但稳态偏差会很大，而且调节时间较长。
2)积分时间常数积分时间常数太小会降低系统的稳定性，增大系统的振荡次数。
但是可以消除就静态误差。
3)微分时间常数微分控制作用只对动态过程起作用，而对稳态过程没有影响。
适当的微分作用可起到减小动态偏差，缩短控制过程时间的作用。
从PID控制器的控制效果看出要取得较好的控制效果，就必须合理的选择控制器的参数。
总之，比例控制主要用于偏差的“粗调”，保证控制系统的“稳”；积分控制主要用于偏差的“细调”，保证控制系统的“准”；微分控制主要用于偏差的“细调”，保证控制系统的“快”。
四、参考文献[1] 刘禾,白焰,李新利,《火电厂热工自动控制技术及应用》，中国电力出版社，2009。