单回路反馈控制系统

1.1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
1.1单回路系统的结构组成
例 2： 水槽液位控制系统
F1
F1
L C
A.C
F2
工作过程：
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 → 控制器输出减小 →阀开度增加 → F2增加 → L降低；
实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究
1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择
●对象特性分析
对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个， 因此，实际上都是多输入系统（MIMO)
F1 F2 Fn Y
精馏塔: 影响塔顶成分的有,温度、压力、
进料流量、进料成分等
1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择
第 章
单回路反馈控制系统
1.1 单回路系统的结构组成 1.2 被控变量的选择
1
1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择
1.4 控制阀的选择 1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法 1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择 1.7 系统的关联及其消除方法 1.8 单回路系统的投运和整定
1.1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
第 章
单回路反馈控制系统
1.1 单回路系统的结构组成 1.2 被控变量的选择 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 1.4 控制阀的选择 1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法 1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择
1.2 被控变量的选择
●选择被控变量的原则
（1）尽可能选择直接质量指标参数；
（2）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响 最显著的可控参数，单值对应关系最好； （3）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制； （4）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。
操纵变量的选择： （1）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量； （2）不止一个，重要因素
1
1.7 系统的关联及其消除方法
1.8 单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究
1.2 被控变量的选择
●控制系统的设计目标
即，要控制什么 基于工艺要求，选择的结果直接影响 生产（产品产量、质量、生产安全）
1.2 被控变量的选择
●分类
直接控制
最基本的热工参数，一般是可以直 接进行测量和控制的参数
Y(s)
干扰作用下的闭环传递函数为： Y(s)
F(s)
=
GPD(s)
1+ Gc(s) GPC(s)
1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 （1） 放大倍数Kf的影响 GPD(s) 1+ Gc(s)GPC(s) Y()= Kf 1+ KC Ko
Y(s)=
F(s)
分析过程： 结论：
Kf越大，系统的余差也越大， 控制质量越差
1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 （2） 时间常数Tf的影响
结论：Tf越大，个数越多，干扰对被控变量的影响越小，系统 的动态偏差越小， 控制质量提高 干扰进入系统的位置：越离被控变量近的干扰，对被控变 量的影响也越大
通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路
操纵量—输出：控制通道 干扰量—输出：干扰通道 干扰作用与控制作用相互对立而存在 问题：如何选择一个良好的操纵变量。 分析通道特性
1.3 对象特性对控制Leabharlann Baidu量的影响及操纵变量的选择
● 干扰通道特性分析
F(s)
GPD(s)
R(s)
E(s)
Gc(s)
GPC(s)
设计单回路控制系统: 必须从影响被控量的诸多影响参数中 选择一个，作为操纵变量 其它影响量则只能视作干扰量了 控制：
用操纵量克服干扰量对被控变量的影响
F1(s) F2(s)
U(s)
Y(s)
Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s) F1(s) +GPD2(s) F2 (s)
1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择
第 章
单回路反馈控制系统
1.1 单回路系统的结构组成 1.2 被控变量的选择 1.3 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 1.4 控制阀的选择 1.5 测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法 1.6 控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择
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1.7 系统的关联及其消除方法
1.8 单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究
1.2 被控变量的选择
X D f T , P
P
T一定 P一定
T
0
50
100%
XD 0
50
100%
XD
苯、甲苯百分含量（%）
选择原则： （1） 测量滞后 P （2） 工艺合理性 T 工艺合理性：①规定塔压稳定，保证分离度，保证效率 ②各块塔板压力恒定，XD与T有对应关系 ∴选择XD=F（T）
温度、压力、液位、流量
间接控制
质量指标，以及一些特殊的参数 成份、物性参数等，在一般条件下， 无法直接测量和控制 应根据工艺参数的关系，用可 测的参数，间接进行控制
1.2 被控变量的选择
例 1：
苯、甲苯二元精馏系统
质量指标是最重要的控制参数 如塔顶产品的纯度 xD 但 xD 目前无法直接测量，因此，只能用间接控制参数进行控制。 根据精馏原理， xD = f (TD, p), 即与温度和压力成非线性函数 关系。 理论上，固定一项，就可用另一项控制xD 。 一般的，实际中都采用恒定p，通过控制塔顶温度来控制塔顶成分。
1.1单回路系统的结构组成
给定 测量 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
偏差 控制器 控制阀 被控 对象
液位
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。