执行器的选择
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执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 从静态考虑，控制阀工作流量特性的选择依 据是使Kv与Kp之积保持基本不变。
• 下面的分析均假设控制器增益（或比例度）、 检测变送环节增益不随负荷或设定而变化， 且被控对象的增益为正。对被控对象增益为 负的情况可类似分析。
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
执行器选择的意义
• 实践证明，在过程控制系统设计中，若调节 阀特性选用不当，阀门动作不灵活，口径大 小不合适，都会严重影响控制质量。
• 所以应根据生产过程的特点、被控介质的情 况和安全运行需要，并从系统设计的总体考 虑，选用合适的执行器。
执行器的选择
选择合适的 调节阀公称直径和阀座直径
• 在过程控制系统设计中，调节阀的公称直径 Dg和阀座直径dg必须很好选择。
• 执行器由执行机构和调节机构构成。 • 在过程控制中，使用最多的执行机构是气动
执行器，其次是电动执行器，较少采用液动 执行器。 • 在过程控制中，调节机构大多采用阀的形式， 控制各种气体或液体的流量与流速。
执行器的选择
执行器选择的意义
• 在过程控制中，应用最广泛的执行器是气动 调节阀。
执行器的选择
• 根据热量平衡方程有
G 2 C 2 t 3 t 4 G 1 C 1 t 2 t 1
•即
t2
G2C2 G1C1
t3 t4
t1
• 对象增益
Kp
C2 G1C1
t3
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 定值控制系统：受负荷扰动 影响，设定值不变，对象输 入输出特性上凸
• 负荷线随负荷变化，工作点从 A点移到B点
• Q大时的Kp小，Q小时的Kp大 • 应选Q大时Kv大，Q小时Kv小 • 调节阀工作流量特性应选等百
分比或抛物线型 执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 调节阀流量特性的选择一般采用两步法，即 分两步进行。首先根据过程控制系统的要求， 确定工作流量特性，然后根据流量特性曲线 的畸变程度，确定理想流量特性，以作为向 生产厂家订货的内容。
执行器的选择
选择调节阀工作流量特性的依据
• 选择调节阀工作流量特性的依据是控制系统 稳定运行准则。
• 根据控制系统稳定运行准则，扰动或设定变 化时，控制系统静态稳定运行的条件是控制 系统各开环增益之积基本恒定；控制系统动 态稳定运行的条件是控制系统总开环传递函 数的模基本恒定。
起最大流量Qmax变化 • 对象增益Kp不变，应选择调节阀的增益Kv使之不
随Qmax变化 • 线性型调节阀的Kv随Qmax变化，等百分比型调节
阀的Kv不随Qmax变化 • 应选择等百分比流量特性的调节阀
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 例：换热器定值控制系统中 控制阀工作流量特性的选择
• 定值控制系统：受负荷扰动 影响，设定值不变，对象输 入输出特性线性
• 负荷线随负荷变化，工作点 从A点移到B点
• Q变化时的Kp不变
• 应选Q变化时Kv不变
• 调节阀工作流量特性应选线
性型
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 定值控制系统：受负荷扰动 影响，设定值不变，对象输 入输出特性下凹
• 在正常工况下要求调节阀开度处于15％～85 ％之间。
执行器的选择
选择合适的流量特性
• 调节阀流量特性对控制质量的影响是很大的， 下面从不同角度来分析调节阀流量特性选择 的基本原则。
执行器的选择
调节阀流量特性选择的方法
• 调节阀的流量特性分理想流量特性和工作流 量特性。
• 制造厂出厂提供的流量特性是理想流量特性， 实际应用需要的是工作流量特性。
• 随动控制系统：设定值变化， 负荷不变，对象输入输出特性 上凸
• 负荷线不变，工作点从A移到B • Q大时的Kp小， Q小时的Kp大 • 应选Q大时Kv小， Q小时Kv大 • 调节阀工作流量特性应选等百分
比或抛物线型
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 随动控制系统：设定值变化， 负荷不变，对象输入输出特性 线性
• 负荷线不变，工作点从A移到B • Q变化时的Kp不变 • 应选Q变化时Kv不变 • 调节阀工作流量特性应选线性型
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 随动控制系统：设定值变化， 负荷不变，对象输入输出特性 下凹
• 负荷线不变，工作点从A移到B • Q大时的Kp大，Q小时的Kp小 • 应选Q大时Kv小，Q小时Kv大 • 调节阀工作流量特性应选快开型
过程控制工程
第六章
单回路控制系统
6.4
执行器的选择
执行器的选择
• 执行器是过程控制系统的一个重要组成 部分，其特性好坏对控制质量的影响是 很大的。而由于其结构较简单又较粗糙， 所以往往不被人们所重视。本节从提高 过程控制质量和系统安全角度对执行器 的选择做进一步的介绍。
执行器的选择
执行器选择的意义
执行器的选择
选择调节阀工作流量特性的目的
• 通过调节阀调节机构的增益来补偿因对象增 益变化而造成开环总增益变化的影响。即用 Kv的变化补偿Kp的变化，使K开＝KcKvKpKm 恒定。
• 这样，当对象增益Kp随负荷或设定变化时， 通过选择合适的调节阀流量特性，使调节阀 增益Kv与Kp之积保持基本不变。
• 调节阀的公称直径Dg和阀座直径dg根据计算 所得的流通能力C值来选择。
• 调节阀口径选得过小，当系统受到较大扰动 时，调节阀可能运行在全开或接近全开的非 线性饱和工作状态，使系统暂时失控。
执行器的选择
选择合适的 调节阀公称直径和阀座直径
• 调节阀口径选得过大，系统运行中阀门会经 常处于小开度的工作状态，不但调节不灵敏， 而且易造成流体对阀芯、阀座的严重冲蚀， 在不平衡力作用下产生振荡现象，甚至引起 调节阀失灵。
• 负பைடு நூலகம்线随负荷变化，工作点从 A点移到B点
• Q大时的Kp大，Q小时的Kp小 • 应选Q大时Kv小，Q小时Kv大 • 调节阀工作流量特性应选快开
型 执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 定值控制系统：受调节阀前压力扰动影响， 设定值不变，负荷也不变
• 负荷线不变，工作点也不变 • 流过调节阀的流量Q不变，但阀两端压力变化引
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 从静态考虑，控制阀工作流量特性的选择依 据是使Kv与Kp之积保持基本不变。
• 下面的分析均假设控制器增益（或比例度）、 检测变送环节增益不随负荷或设定而变化， 且被控对象的增益为正。对被控对象增益为 负的情况可类似分析。
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
执行器选择的意义
• 实践证明，在过程控制系统设计中，若调节 阀特性选用不当，阀门动作不灵活，口径大 小不合适，都会严重影响控制质量。
• 所以应根据生产过程的特点、被控介质的情 况和安全运行需要，并从系统设计的总体考 虑，选用合适的执行器。
执行器的选择
选择合适的 调节阀公称直径和阀座直径
• 在过程控制系统设计中，调节阀的公称直径 Dg和阀座直径dg必须很好选择。
• 执行器由执行机构和调节机构构成。 • 在过程控制中，使用最多的执行机构是气动
执行器，其次是电动执行器，较少采用液动 执行器。 • 在过程控制中，调节机构大多采用阀的形式， 控制各种气体或液体的流量与流速。
执行器的选择
执行器选择的意义
• 在过程控制中，应用最广泛的执行器是气动 调节阀。
执行器的选择
• 根据热量平衡方程有
G 2 C 2 t 3 t 4 G 1 C 1 t 2 t 1
•即
t2
G2C2 G1C1
t3 t4
t1
• 对象增益
Kp
C2 G1C1
t3
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 定值控制系统：受负荷扰动 影响，设定值不变，对象输 入输出特性上凸
• 负荷线随负荷变化，工作点从 A点移到B点
• Q大时的Kp小，Q小时的Kp大 • 应选Q大时Kv大，Q小时Kv小 • 调节阀工作流量特性应选等百
分比或抛物线型 执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 调节阀流量特性的选择一般采用两步法，即 分两步进行。首先根据过程控制系统的要求， 确定工作流量特性，然后根据流量特性曲线 的畸变程度，确定理想流量特性，以作为向 生产厂家订货的内容。
执行器的选择
选择调节阀工作流量特性的依据
• 选择调节阀工作流量特性的依据是控制系统 稳定运行准则。
• 根据控制系统稳定运行准则，扰动或设定变 化时，控制系统静态稳定运行的条件是控制 系统各开环增益之积基本恒定；控制系统动 态稳定运行的条件是控制系统总开环传递函 数的模基本恒定。
起最大流量Qmax变化 • 对象增益Kp不变，应选择调节阀的增益Kv使之不
随Qmax变化 • 线性型调节阀的Kv随Qmax变化，等百分比型调节
阀的Kv不随Qmax变化 • 应选择等百分比流量特性的调节阀
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 例：换热器定值控制系统中 控制阀工作流量特性的选择
• 定值控制系统：受负荷扰动 影响，设定值不变，对象输 入输出特性线性
• 负荷线随负荷变化，工作点 从A点移到B点
• Q变化时的Kp不变
• 应选Q变化时Kv不变
• 调节阀工作流量特性应选线
性型
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 定值控制系统：受负荷扰动 影响，设定值不变，对象输 入输出特性下凹
• 在正常工况下要求调节阀开度处于15％～85 ％之间。
执行器的选择
选择合适的流量特性
• 调节阀流量特性对控制质量的影响是很大的， 下面从不同角度来分析调节阀流量特性选择 的基本原则。
执行器的选择
调节阀流量特性选择的方法
• 调节阀的流量特性分理想流量特性和工作流 量特性。
• 制造厂出厂提供的流量特性是理想流量特性， 实际应用需要的是工作流量特性。
• 随动控制系统：设定值变化， 负荷不变，对象输入输出特性 上凸
• 负荷线不变，工作点从A移到B • Q大时的Kp小， Q小时的Kp大 • 应选Q大时Kv小， Q小时Kv大 • 调节阀工作流量特性应选等百分
比或抛物线型
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 随动控制系统：设定值变化， 负荷不变，对象输入输出特性 线性
• 负荷线不变，工作点从A移到B • Q变化时的Kp不变 • 应选Q变化时Kv不变 • 调节阀工作流量特性应选线性型
执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 随动控制系统：设定值变化， 负荷不变，对象输入输出特性 下凹
• 负荷线不变，工作点从A移到B • Q大时的Kp大，Q小时的Kp小 • 应选Q大时Kv小，Q小时Kv大 • 调节阀工作流量特性应选快开型
过程控制工程
第六章
单回路控制系统
6.4
执行器的选择
执行器的选择
• 执行器是过程控制系统的一个重要组成 部分，其特性好坏对控制质量的影响是 很大的。而由于其结构较简单又较粗糙， 所以往往不被人们所重视。本节从提高 过程控制质量和系统安全角度对执行器 的选择做进一步的介绍。
执行器的选择
执行器选择的意义
执行器的选择
选择调节阀工作流量特性的目的
• 通过调节阀调节机构的增益来补偿因对象增 益变化而造成开环总增益变化的影响。即用 Kv的变化补偿Kp的变化，使K开＝KcKvKpKm 恒定。
• 这样，当对象增益Kp随负荷或设定变化时， 通过选择合适的调节阀流量特性，使调节阀 增益Kv与Kp之积保持基本不变。
• 调节阀的公称直径Dg和阀座直径dg根据计算 所得的流通能力C值来选择。
• 调节阀口径选得过小，当系统受到较大扰动 时，调节阀可能运行在全开或接近全开的非 线性饱和工作状态，使系统暂时失控。
执行器的选择
选择合适的 调节阀公称直径和阀座直径
• 调节阀口径选得过大，系统运行中阀门会经 常处于小开度的工作状态，不但调节不灵敏， 而且易造成流体对阀芯、阀座的严重冲蚀， 在不平衡力作用下产生振荡现象，甚至引起 调节阀失灵。
• 负பைடு நூலகம்线随负荷变化，工作点从 A点移到B点
• Q大时的Kp大，Q小时的Kp小 • 应选Q大时Kv小，Q小时Kv大 • 调节阀工作流量特性应选快开
型 执行器的选择
从静态考虑 选择控制阀的工作流量特性
• 定值控制系统：受调节阀前压力扰动影响， 设定值不变，负荷也不变
• 负荷线不变，工作点也不变 • 流过调节阀的流量Q不变，但阀两端压力变化引