回路控制系统

(1)对象KP恒定，即被 控量与控制阀输出流 量Q成正比，则阀流量 特性应选线性；
(2)KP变化，且随Q增大 反而减少，则应选对 数(或抛物线/或蝶阀)流 量特性；
(3)KP变化，且随Q增大 反而增大，则应选快 开流量特性。
Q 直线
l
Q
对数/抛物 线/蝶阀
l
Q 快开
l
14
数学分析法:定值控制系统(负荷为干扰)
第十二章单回路控制系统
本章介绍单回路控制系统的组成 与工作原理，主要讲述单回路控制系 统的设计。包括：
(1)被控量和操纵量的确定；
(2)检测与变送器的选择；
(3)控制作用和控制阀的选择；
(4)控制系统的工程整定和投运。
最后通过一个例子来说明单回路 控制系统的设计问题。
刘玉长
1
第十二章单回路控制系统
第一节 概述
第二节 被控量与操纵量的选择
第三节 检测及变送环节的考虑
第四节 控制阀的选择
第五节 控制器控制规律及作用方向的选择
第六节 控制器参数的工程整定
第七节 自动控制系统的投运
第八节 单回路控制系统设计实例
刘玉长
2
第一节 概述
一、单回路控制系统组成与工作原理
由一个测量变送器、一个调节器、一个执行 器和对象组成，仅有一个闭合回路的系统叫单回 路控制系统。回路系统占总系统的80%以上。
流量特性。按经验法选择流量特性时：
(1)需要考虑工艺配管情况； (2)考虑负荷变换的情况: 在负荷变化幅度大 的场合，选等百分比阀较合适；当所选控制阀 经常工作在小开度时，也宜选等百分比阀。
刘玉长
13
数学分析法:随动控制系统(设定值R为干扰)
y
R2
R1
Q
Q1 Q2
y
R2
R1
Q
y
R2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
R1
Q
刘设玉定值长R改变
并考虑到控制器增益与检测变送环节增益通常 维持不变，则有
KV
1 KP
输出 对象:KP 合成:K0
式中KV、KP分别为控 制阀与被控对象的放大
系数。 刘玉长
控制阀:KV 输入
阀与对象的放大系数
12
(二)流量特性的选择方法
1、数学分析法 根据对象特性选取控制阀流量特性。
2、经验法(工程上多采用) 根据被控对象、控制参数，按照经验选取
流量特性选择实质与原则。以控制阀特性
的变化来补偿对象特性的变化，使系统成为一个
理想的控制系统，即保证系统特性在整个操作范
围内基本维持不变：
刘玉长
11
控制阀的流量特性选择原则
G0(s)=GC(s)GV(s)GP(s)Gm(s)=const
通常使 G0(jwg)≈-0.5 【为什么】 其中wg为相位截止频率。若仅考虑静态特性，
(4)操纵量的选择不能单纯从自动控制的角度出 发，还必需考虑生产工艺的合理性、经济性。
刘玉长
7
第三节 检测及变送环节的考虑
一、检测及变送环节任务、作用及要求
❖任务 对被控量进行正确测量，并将其转换 为标准信号。
❖要求 能正确、及时地反映被控量的状况，
提供操作人员判断生产工况和系统进行控制作 用的依据。
在选择控制方案时，只有在简单控制系统不 能满足生产过程控制的要求时，才考虑采用两个 回路以上组成的复杂控制系统。
期望值 SP
刘玉长
控制器 执行器 对象 检测/变送
单回路控制系统
实际值
3
二、如何确定控制方案
控制系统的设计就是在了解工艺要求基础 上，选择合适的控制方案、确定相应的控制装置， 以使被控量按预期自动运行。设计时主要考虑以 下几个环节：
(1)被控量(输出)和操纵量(输入)的确定； (2)检测变送环节的考虑(信息的获取与变送)； (3)控制作用和控制阀的选择； (4)控制系统的工程整定和投运。
刘玉长
4
第二节 被控量和操纵量的选择
一、 被控量的选择原则
• 作为被控量，必须能够获得检测信号并有足够大 的灵敏度，滞后要小。
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状，检测 点的选取必须合适。
l
Q 快开
l
刘玉负荷长改变
控制阀 GV(s)
检测与变送器 Gm(s)
扰动
对象 GP(s)
单回路控制系统
刘玉长
9
控制阀选择内容
(1)流量特性(实际上就是选线性还是对数特性， 因为抛物线特性阀通常用的很少，而蝶阀当导通
角为0-70o时近似为对数特性) ；(2)结构形式；(3) 开闭形式； (4)口径计算。
ZXP(ZJHP)型新系列
y 负荷线 (1)对象KP恒定，即被
控量与控制阀输出流
R
Q
Q1Q2Q3
量Q成正比，则阀流量 特性应选线性；
y 负荷线 (2)KP变化，且随Q增大
反而减少，则应选对
R
数(或抛物线/或蝶阀)流
量特性；
y 负荷线 (3)KP变化，且随Q增大
R
反而增大，则应选快 开流量特性。
Q 直线
l
Q
对数/抛物 线/蝶阀
二、检测变送环节特性
通常等效为带滞后的一阶惯性特性 【理想 特性为比例环节】。
三、选型注意事项
应尽量减少其时间常数与滞后时间。
刘玉长
8
第四节 控制阀的选择
问题：干扰(设定值、负荷或其它因素变化)的存 在会破坏系统的正常运行状态，那么用什么办法 来克服扰动的影响【请根据系统框图回答】
SP PV
控制器 GC(s)
被控量的选择方法
(1)选直接参数。即能直接反映生产过程产品产量和质 量，以及安全运行的参数(如锅炉水位控制) 。
(2)选间接参数。当选直接参数有困难时采用，间接指 标与直接指标之间必须是一一对应的函数关系 (如锌精
矿沸腾炉的炉温控制，炉温是反映焙砂质量的一个间
刘接玉指长标)。
5
二、操纵量的选择
操纵量是克服扰动影响、使系统重新恢复平 稳运行的积极因素，应该遵循快速、有效地克服 干扰的原则去选择操纵量。
那如何选(从对象特性对控制质量的影响 入手，完成下表)
控制通道 扰动通道
刘玉长
放大系数
时间常数
滞后时间
6
操纵量的选择原则
(1)控制通道对象放大系数适当地大些，时间常 数适中，纯滞后越小越好；
(2)扰动通道对象的放大系数应尽可能小，时间 常数应尽可能大；
(3)扰动作用点应尽量靠近控制阀或远离检测元 件，增大扰动通道的容量滞后，可减少对被 控量的影响；
刘玉长 气动薄膜直通单座阀 ZAZN型电动双座阀
10
一、控制阀的流量特性选择
(一)选择原则
系统稳定运行准则。使在生产负荷变动情
况下，已整定的控制器的参数值不需改变，而控 制系统仍能保持预定的品质指标。
系统稳定运行维持方法。 通过选择适当的
控制阀特性来保证【原因：对象特性通常随负荷
(工作点)而变，除控制器外系统中无其它可变部 分】。