7.第七章 简单控制系统
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第七章 简单控制系统 第一节 简单控制系统的结构与组成
• 定义： –由一个测量仪表（测量元件、变送器）、一个控制器 和一个执行机构（控制阀）和一个对象所组成的（单 闭环）控制系统。 • 简单控制系统又称单回路控制系统。 • 简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元。
1
蒸汽
TC TT
进料 凝液
温度控制系统
•
使用条件：
– – 临界比例法广泛应用于放大倍数较小，即控 控 制器输出范围较小的系统； 制器输出范围较小 使用临界比例法必须是工艺系统允许 工艺系统允许短时间 震荡的情形。
13
2. 衰减曲线法
• 具体方法：
1. 在纯比例控制（ Ti =0， TD =∞）条件下通过 试验选择适宜的比例度δs使系统呈现4：1的 衰减比； 2. 再根据所得的比例度和衰减周期通过经验公 式计算实际参数值δ、 Ti 、 TD 。
6
• 二 操纵变量的选择
• 操纵变量：在自动控制系统中，用于调节被控变量的 参数，称为操纵变量。 • 操纵介质：实现控制作用的物料 • 对象特性对选择变量的影响 静态特性：放大系数 动态特性：时间常数和滞后
7
• 操纵变量的选择原则： 操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； 操纵变量应具有较高的调节灵敏度： 较大的放大倍数K0； 较短的滞后时间τ。 符合工艺的合理性和生产的经济性。
8
三 测量元件特性的影响
• 检测系统特性的影响主要表现为时间滞后的作用。 • 造成系统滞后的主要原因有： • 测量元件的时间常数存在造成的滞后：因热容、热阻 等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反 映参数的变化。 测量元件的纯滞后：测量点不能及时反映参数的变 化。存在容积滞后和/或传递滞后。 信号传递滞后：主要是气动信号传递较慢导致系统 反映滞后。
18
本章作业
• P167
13，16，17
19
干扰
温度上、 温度上、下 设定值
偏差
控制电路
压缩机
冰箱
被控变量：温度
温度检测元件
冰箱控制系统的方块图
16
例题2 液位控制系统 为安全起见，储槽内 液体严格禁止溢出。 确定控制阀的气开、气关 控制器的正反作用 1：Q1为操纵变量 2：Q0为操纵变量
Q1
Q0
17
例题3 某控制系统用临界比例度法整定参数， 某控制系统用临界比例度法整定参数，已知 =25%， =5min.请分别确定PI和PID作用 请分别确定PI δK=25%，TK=5min.请分别确定PI和PID作用 时的控制器参数。 时的控制器参数
出料
2
干扰 给定值 偏差 被控变量
控制器
执行器
对象
测量变送器
简单控制系统的方块图
3
第二节 简单控制系统的设计
一 被控变量的选择
被控变量：保持恒定的变量（关键） 控制形式：直接指标控制和间接指标控制 从工艺合理性考虑选温度的较多
4
冷却水
精 馏 塔
5
• 遵循原则：
• 工艺过程的重要变量； • 在工艺系统中易受干扰变化，需要经常频繁调节 的参数； • 尽可能选用直接指标作为被控参数，必要时可用 与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控 变量。 • 被控变量可以检测出来，并有足够的灵敏度； • 适当考虑工艺合理性和国内仪表现状； • 被控变量应是独立可控的。
11
第三节 控制器参数的工程整定 • 控制器参数的工程就是选择适宜的比例度 Kp（放大倍数δ）、积分时间Ti和微分时间 TD 。 • 控制器的整定的方法：
– 临界比例度法： – 衰减曲线法： – 经验凑试法： 关键“看曲线，调参数”
12
1. 临界比例度法
• 具体方法：
1. 在纯比例控制（ Ti =0， TD =∞）条件下通过 试验获得临界比例度δK； 2. 再根据经验公式计算实际参数值δ、 Ti 、 TD 。 δ
•
使用条件：
– – 干扰作用不太频繁； 干扰作用的规律性较强。
14
3. 经验凑试法
• 具体方法：
1.根据一般经验选择适宜的控制参数δ、 Ti 、 TD ； 2.在实际运行过程中对参数进行适当的调整。
• 使用条件：
– 干扰作用频繁； – 干扰作用的规律性较差。
15
• 例题1： • 简述冰箱的工作原理，画出控制系统方块图
9
• 四 控制器控制规律的选择
1 控制器控制规律的确定 比例控制器：可调参数是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ例放大系数 比例积分控制器：可调参数是比例放大系数和积 分时间 比例积分微分控制器：可调参数是比例放大系数 和积分时间及微分时间
10
控制器正反作用的确定
测量元件与变送器：正作用 执行器：气开阀“正”方向 气关阀“反”方向 被控对象的作用方向：正作用和反作用 控制器的作用方向：正作用和反作用 书图7-15和7-16
• 定义： –由一个测量仪表（测量元件、变送器）、一个控制器 和一个执行机构（控制阀）和一个对象所组成的（单 闭环）控制系统。 • 简单控制系统又称单回路控制系统。 • 简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元。
1
蒸汽
TC TT
进料 凝液
温度控制系统
•
使用条件：
– – 临界比例法广泛应用于放大倍数较小，即控 控 制器输出范围较小的系统； 制器输出范围较小 使用临界比例法必须是工艺系统允许 工艺系统允许短时间 震荡的情形。
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2. 衰减曲线法
• 具体方法：
1. 在纯比例控制（ Ti =0， TD =∞）条件下通过 试验选择适宜的比例度δs使系统呈现4：1的 衰减比； 2. 再根据所得的比例度和衰减周期通过经验公 式计算实际参数值δ、 Ti 、 TD 。
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• 二 操纵变量的选择
• 操纵变量：在自动控制系统中，用于调节被控变量的 参数，称为操纵变量。 • 操纵介质：实现控制作用的物料 • 对象特性对选择变量的影响 静态特性：放大系数 动态特性：时间常数和滞后
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• 操纵变量的选择原则： 操纵变量必须是工艺上允许调节的变量； 操纵变量应具有较高的调节灵敏度： 较大的放大倍数K0； 较短的滞后时间τ。 符合工艺的合理性和生产的经济性。
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三 测量元件特性的影响
• 检测系统特性的影响主要表现为时间滞后的作用。 • 造成系统滞后的主要原因有： • 测量元件的时间常数存在造成的滞后：因热容、热阻 等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反 映参数的变化。 测量元件的纯滞后：测量点不能及时反映参数的变 化。存在容积滞后和/或传递滞后。 信号传递滞后：主要是气动信号传递较慢导致系统 反映滞后。
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本章作业
• P167
13，16，17
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干扰
温度上、 温度上、下 设定值
偏差
控制电路
压缩机
冰箱
被控变量：温度
温度检测元件
冰箱控制系统的方块图
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例题2 液位控制系统 为安全起见，储槽内 液体严格禁止溢出。 确定控制阀的气开、气关 控制器的正反作用 1：Q1为操纵变量 2：Q0为操纵变量
Q1
Q0
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例题3 某控制系统用临界比例度法整定参数， 某控制系统用临界比例度法整定参数，已知 =25%， =5min.请分别确定PI和PID作用 请分别确定PI δK=25%，TK=5min.请分别确定PI和PID作用 时的控制器参数。 时的控制器参数
出料
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干扰 给定值 偏差 被控变量
控制器
执行器
对象
测量变送器
简单控制系统的方块图
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第二节 简单控制系统的设计
一 被控变量的选择
被控变量：保持恒定的变量（关键） 控制形式：直接指标控制和间接指标控制 从工艺合理性考虑选温度的较多
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冷却水
精 馏 塔
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• 遵循原则：
• 工艺过程的重要变量； • 在工艺系统中易受干扰变化，需要经常频繁调节 的参数； • 尽可能选用直接指标作为被控参数，必要时可用 与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控 变量。 • 被控变量可以检测出来，并有足够的灵敏度； • 适当考虑工艺合理性和国内仪表现状； • 被控变量应是独立可控的。
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第三节 控制器参数的工程整定 • 控制器参数的工程就是选择适宜的比例度 Kp（放大倍数δ）、积分时间Ti和微分时间 TD 。 • 控制器的整定的方法：
– 临界比例度法： – 衰减曲线法： – 经验凑试法： 关键“看曲线，调参数”
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1. 临界比例度法
• 具体方法：
1. 在纯比例控制（ Ti =0， TD =∞）条件下通过 试验获得临界比例度δK； 2. 再根据经验公式计算实际参数值δ、 Ti 、 TD 。 δ
•
使用条件：
– – 干扰作用不太频繁； 干扰作用的规律性较强。
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3. 经验凑试法
• 具体方法：
1.根据一般经验选择适宜的控制参数δ、 Ti 、 TD ； 2.在实际运行过程中对参数进行适当的调整。
• 使用条件：
– 干扰作用频繁； – 干扰作用的规律性较差。
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• 例题1： • 简述冰箱的工作原理，画出控制系统方块图
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• 四 控制器控制规律的选择
1 控制器控制规律的确定 比例控制器：可调参数是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ例放大系数 比例积分控制器：可调参数是比例放大系数和积 分时间 比例积分微分控制器：可调参数是比例放大系数 和积分时间及微分时间
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控制器正反作用的确定
测量元件与变送器：正作用 执行器：气开阀“正”方向 气关阀“反”方向 被控对象的作用方向：正作用和反作用 控制器的作用方向：正作用和反作用 书图7-15和7-16