3.0.1 简单控制系统的设计Design

过程控制/ Process Control

简单控制系统的设计/Design

Review: 简单控制系统

Design : 简单控制系统设计

简单控制系统(复习)

简单控制系统（单回路控制系统）是指由一个被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一个执行器（控制阀）所组成的闭环控制系统。

在工业生产实践中，简单控制系统得到广泛应用，有超过70％的控制系统采用简单控制系统，同时它也是设计复杂控制系统的基础。

设置温度控制系统的目的是使加热器出口温度保持在给定值上。当由于某些因素引起温度偏离给定值时，控制器将根据偏差情况适当改变调节阀开度，调整蒸汽流量，使温度回复到给定值。设置液位控制系统的目的是使水箱液位保持在生产所希望设定值上。当由于某些扰动引起液位偏离给定值时，调节器将根据偏差，输出适当的控制信号改变调节阀的开度，调整出水量，使液位回复到给定值。简单控制系统实例

液位控制系统压力控制系统温度控制系统

设置压力控制系统的目的是使水泵出口压力保持在给定值上。当由于某些因素引起压力偏离给定值时，控制器将根据偏差情况适当改变调节阀开度，调整旁路流量，使压力回复到给定值。

共同特点，它们都包含有一个被控对象（由工业设备及相关的管道组成）、一个测量变送器、一个执行装置、一个调节器，采用负反馈控

制原理，克服扰动因素对被控变量的影响，实现被控变量的定值或随动跟踪控制。由于其结构简单、目标单一被称为简单控制系统。

过程控制/ Process Control

控制系统工程表示及方框图

G m (s)

r + e u y － z f

G pc (s) G v (s) G c (s)

G pd (s)

q +

+

受控对象

自控设备 方框图只是表示各个变量之间的信号联系，各个方框的输出是对

其输入变量变化的响应，并非表示物料的流动方向。

受控变量：控制系统的输出操纵变量：即调节介质扰动：影响受控变量的各种输入变量（操纵变量除外）

测量值：被控变量经检测变送后的信号

给定值：即被控变量的设定值偏差值：给定值与测量值之差控制变量：根据偏差值、经一定算法得到的输出值调节通道：影响操纵变量与受控变量之间关系的相关工艺设备及部件扰动通道：影响扰动与受控变量

之间关系的相关工艺设备及部件测量变送：过程检

测仪表

控制器：过程控制仪表执行装置：控制阀（变频器、可控硅）

过程控制系统方案设计的基本要求

安全、稳定和经济

过程控制系统方案设计的主要内容

监控方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数

整定等

过程控制系统方案设计的关键步骤

1.熟悉和理解生产对控制系统的技术要求。有条件时建立被控

过程的数学模型

2.控制方案的确定

3.控制设备选型

1.目的——保证控制系统能发挥应有的价值

2.内容——确定被控变量的数量及具体参数

3.原则——尽量采用直接变量

采用间接变量时的注意问题：单值性、线性性、灵敏度、经济性

控制系统被控变量的选择

C B D

A

控制指标

受控变量

操纵变量的选择

1.目的——保证控制系统能获得较好的控制质量

2.内容——根据工艺操作要求、过程特性确定操作变量

3.原则

（1）操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量（避免以表征主要生产负荷的物料作为操纵变量）

（2）控制通道有一定的快速性（时间常数较短）和灵敏性（合适的静态放大倍数）

（3）尽量减少控制通道的纯滞后时间

实例

操纵变量的选择

蒸汽

高位槽

A B

过滤器干燥器

换热器

鼓风机

风管产品

TC

阀1

阀2

阀3

方框图

操纵变量的选择

控制器

混合过程风管r

y

V1

阀1

干燥器

换热器

V3V2

控制器混合过程风管

r

y

V2

阀2

干燥器

换热器V3

V1

控制器

混合过程

风管

r

y

V3阀3干燥器

换热器

V2

V1

过程控制/ Process Control

简单控制系统设计

1．仪表性能的考虑：

准确性：根据操作要求确定合适的量程（K m ），根据指示误差要

求确定合适的精度等级。按仪表要求确定安装方式。

系统设计中的测量变送问题

()1

m s

m m m K e

G s T s τ-=

+

PC 01

工艺控制点

实际检测点 采样管

冷却器

快速性：根据对象特性确定合适的

时间常数（T m ），小于对象时间常数的1/5即可。根据检测仪表要求确定合适的位置（τm ）。

基本要求:准确、快速通常按一阶惯性环节考虑

系统设计中的测量变送问题

2.测量信号的处理

⑴测量信号的线性化处理(选择相应的线性化方法)

节流装置、热电阻、热电偶

流量传感器

孔板流量计涡轮(转子)流量计其它