简单控制系统的设计.ppt

简单控制系统的设计
简单控制系统的设计
一、被控变量的选择
生产过程中希望借助自动控制保持恒定值 （或按一定规律变化）的变量称为被控变量。
被控变量的界定 ➢ 它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的 作用，而人工操作又难以满足要求的； ➢ 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是 既紧张而又频繁的。
造成的纯滞后τO对控制质量是
有影响的。如图所示为纯滞后 对控制质量影响的示意图。
在选择操纵变量构成控制 系统时，应使对象控制通道的
纯滞后时间τ0尽量小。
图 6-11 纯 滞 后 对 控 制 质量的影响
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3、对象动态性质对控制质量的影响
控制通道时间常数 T0
T0小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作用 迟缓，超调量增大，过渡时间增长
图6-1 液位控制系统
图6-2 温度控制系统
简单控制系统的结构和组成
四个基本环节：
➢ 测量变送 ➢ 控制器 ➢ 执行器 ➢ 被控对象
图6-3 简单控制系统的方块图
➢ 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量 变送装置、控制器和执行器。 ➢ 在该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端的反馈 路线，也就是说该系统中的控制器是根据被控变量的测量 值与给定值的偏差来进行控制的。
原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后， 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。
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2、对象稳态性质对控制质量的影响
干扰变量由干扰通道施加在 对象上，起着破坏作用，使 被控变量偏离给定值。
操纵变量由控制通道施加到 对象上，使被控变量回复到 给定值，起着校正作用。
简单控制系统
简单控制系统的结构与组成
内容提要
基本要求： 掌握简单控制系统的结构、组成及作用。 掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选择 的一般原则。 了解各种基本控制规律特点及应用场合。 掌握控制器的正作用、反作用确定的方法。 掌握控制器参数工程整定的方法。
简单控制系统的结构和组成
简单控制系统通常是指由一个测量元件、 变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象 所构成的单闭环控制系统。
① 被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。
② 被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰 影响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。
③ 尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接 指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择 与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。
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如何选择被控变量
明确 控制目的
分析 生产工艺
确定 被控变量
使生产过程自动按照预定的目标进行，并使 工艺参数保持在预先规定的数值上（或按预 定规律变化）
“关键”变量：对产品的产量、质量以及生 产过程的安全具有决定作用的变量
两种控制类型：直接指标控制和间接指标控 制。当质量指标信号缺少检测手段、信号微 弱、滞后很大时，可选取与直接质量指标有 单值对应关系而反应又快的变量做为间接控 制指标。
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（2）对象动态特性的影响
① 控制通道时间常数的影响
控制通道的时间常数不能过大，否则会使 操纵变量的校正作用迟缓、超调量大、过渡时
间长。要求对象控制通道的时间常数T小一些，
从而获得良好的控制质量。
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② 控制通道纯滞后τ0的影响
控制通道的物料输送或能量 传递都需要一定的时间。这样
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举例
图6-4 精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器
图6-5 苯-甲苯
溶液的T-x图
图6-6 苯-甲苯
溶液的p-x图
塔顶馏出物组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者之间的 关系为： XD= f(TD，P)，两个独立变量。
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从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。
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④ 被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏 度。 ⑤ 选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪 表产品现状。 ⑥ 被控变量应是独立可控的。
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二、 操纵变量的选择
1、操纵变量 在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变
量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。
图6-10干扰通道与控制通道的关系
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2、对象稳态性质对控制质量的影响
放大系数 绝对放大系数
控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K0表 征从控制有效性考虑，K0应适当的大一些
干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征 希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小
操纵变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被 控变量时，从稳态性质考虑，应该选择其中放大系 数大的可控变量作为操纵变量。
蒸）、冷凝器冷却温度及塔 压等等。
通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。
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来自百度文库举例
如果根据工艺 要求，选择提馏段 某块塔板（一般为 灵敏板）的温度作 为被控变量。
图6-9 精馏塔流程图
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操纵变量与干扰变量
Q入
T入 X入
被 对
被控变量TD
QZ
象
F
TH
影响塔顶温度的各种输入示意图
控制通道滞后时间τ0 A: 无纯滞后时的校正作用 B: 有纯滞后时的校正作用 C: 不受控下的输出曲线 D: 无纯滞后时的输出曲线 E: 有纯滞后时的输出曲线
原因 ： 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操作 在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证塔 的效率和经济性。 在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基 本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就 有一定的单值对应关系。 所选变量有足够的灵敏度。
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选择被控变量的原则
最常见的操纵变量是介质的流量。
通过工艺分析
操纵变量
确定 系统的干扰
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举例
如果根据工艺要 求，选择提馏段某 块塔板（一般为灵 敏板）的温度作为 被控变量。
图6-7 精馏塔流程图
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图6-8 影响提馏段温度的各 种因素示意图
影响提馏段灵敏板温度T灵的
因素主要有：
进料的流量（Q入）、成分 （x入）、温度（T入）、回流 的流量（Q回）、回流液温度 （T回）、加热蒸汽流量（Q