常规控制正反作用判断总结

常规控制正反作用判断总结

一：单回路正反作用判断

调节器正反作用的概念，通常应用于仪表控制行业。由于控制理论中定义的偏差(SP-PV)与仪表行业定义的偏差正好相反(PV-SP)，仍然采用偏差来描述正反作用与控制器输出的关系会存在混淆。因此，用测量值与控制器输出的关系来定义控制器的正反作用，具体定义为：若测量信号增加(假设设定值不变)，控制器比例作用的输出也增加的称正作用，否则为反作用。

控制器正反作用的选取原则，是要使控制回路构成负反馈系统，根据控制理论中关于稳定性判据的论证，这种情况下系统能够使偏差逐渐减小，并最终趋于稳定。单回路控制正反作用的判断相对容易些，是指一个单回路控制系统中，只要调节器的放大系数Kc、调节阀的放大系数Kv、被控对象的放大系数Ko的乘积为正，就能实现负反馈控制，这时传递函数特征根都位于复数域的负半平面，而这恰是系统稳定的充分必要条件。

其中调节器、调节阀和对象放大系数正负号规定如下：

1. 调节器放大系数的正负号

对于调节器来说，测量值增加，输出增加，称为正作用，调节器放大系数Kc为负。Kc取负，是因为比较环节的测量通道占了一个“-”号，即表达式为：(PV-SP)= - (SP-PV)。而(SP-PV)是PID控制器的偏差输入。反之，测量值增加，控制器输出减小，Kc为正，称为反作用。

2. 调节阀放大系数的正负号

调节阀的放大系数Kv定义为气开阀(FC)Kv为正，气关阀(FO)Kv为负。

3.对象放大系数的正负号

对象的放大系数Ko定义为：如操作变量增加，被控变量也增加，Ko为正；操作变量增加，被控变量减少，Ko为负。例如，在炉膛负压控制中，操作变量为空气流量，被控变量为炉膛压力，当引风机转速增加(出口阀门开度恒定)，空气流量增大，炉膛压力就会降低，这时Ko即为负。

由此可知，单回路控制系统调节器正反作用的确定方法如下：首先确定调节阀Kv是气开阀还是气关阀，接着确定对象放大系数Ko的正负号，根据(Kv * Ko * Kc) >0 的原则，可得Kc的正负号，从而确定调节器的作用方式。

二：串极回路正反作用判断

串极回路由主副控制器构成，是根据工艺安全等要求，选定执行器的气开或气关形式后，按照使主副控制回路分别成为一个负反馈系统的原则来确定的。其方块图如下图1所示：

图1 串极控制方块图

其中：11C C K G 为主控制器传函；22C C K G 为副控制器传函；V V K G 为执行器传函；22P P K G 为副被控对象物理传函；11P P K G 为主被控对象物理传函；22O O K G 为副检测通道；11O O K G 为主检测通道。

由于主副被控对象的物理传递函数只和其本身的物理性质有关，且1P K 和

2P K 通常为正，因此可以不考虑对象传函对控制器的正反作用产生的影响。

从图1-1可知，副控制器的正反作用只由副回路的情况而定，与主回路无关。副环可以按照单回路控制系统确定正、反作用的方法来确定副控制器的正、反作用。

要讨论主回路控制器的正反作用，关键是要确定副回路的等效符号。副回路的等效静态增益(),0x y K 为

()2,22

01C V

x y C V O K K K K K K =

+ (1-1)

为了保证副回路是负反馈回路，必须保证系统特征方程的根都在复数域负半平面，即22C V O K K K >0，也就是2C V K K 与2O K 同号，而2C V K K 又决定了(),0x y K 增益的正负号，所以副环的等效静态增益(),0x y K 只与副环检测环节有关，而且符号相一致。在绝大多数情况下，副环检测变送环节传函增益为“+”号，很少出现增益为“-”的情况，因此，副环的等效静态增益取“+”号。主回路的等效增益

,x y K 为

11C C K G 22C C K G V V K G 22P P K G 11

P P K G θ

1r 1

e 2

e 22

O O K G 11

O O K G

()()1,,1,1

010C x y x y C x y O K K K K K K =+ (1-2)

当(),0x y K >0时，

1

,11

1C x y C O K K K K =

+ (1-3)

由此，我们得出，主回路的增益只取决于主环检测变送环节的增益，且两者符号相一致。当检测变送环节为正时，1100O C K K >→>，即主控制器取反作用。

单回路控制时控制器正反作用总结如下表1所示： 调节阀Kv 对象放大系数Ko

调节器正反作用

+ (气开) + 反 + (气开) - 正 - (气关) + 正 - (气关)

-

反

表1 单回路控制调节器正反作用

串极控制(副测量环节为”+”时)控制器正反作用总结如下表2所示： 调节阀 主测量环节

副调节器

主调节器 + + 反 反 + - 反 正 - + 正 反 -

-

正

正

表2 串极回路控制调节器正反作用

值得一提的是，反馈控制是基于偏差的控制，当系统采用串极前馈控制时，前馈环节是以补偿的方式消除系统扰动，本身不形成闭环反馈回路，也就不存在闭环稳定性问题，因此，无需判断前馈环节的正反作用。

举例：在单回路流量调节对象中，第一种情况，调节阀为气开阀(+)、阀门开

度越大(操作变量增大)流量越大(对象放大系数为+)，根据表1可得调节器为反作用；第二种情况，调节阀为气关阀(-)，阀门开度越大(操作变量增大)流量越大(对象放大系数为+)，根据表1可得调节器为正作用。在串极控制回路中，以聚合釜