单回路控制系统
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(一)、单容过程的数学模型 1、单容过程的定义：只有一个储蓄容量的过程。如下页图所示。
返回
2、参量关系分析
q1 q2
dV dt
A dh dt
讨论：(1)、静态时，q1=q2=dh/dt=0 ; (2)、当q1变化时h变化 q2变化。
经线性化处理，有
q2
h R2
其中，R2为阀门2的阻力，称为液阻或流阻。
控制系统的工程考虑
1、方案设计
是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意： (1)、合理选择被控量(被控参数)和操纵量(控制参数)
(2)、对象信息的获取和变送 (3)、执行器的选择 (4)、控制器的选择
2、工程设计
包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水 供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
3、工程安装 4、仪表调试 5、参数整定
一、单回路控制系统
定义：是指由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器连同 被控过程组成的、对一个被控参数进行控制的反馈控制系统。 单回路控制系统可实现：定值控制、程序控制、随动控制等
例：液位定值控制系统 其结构图如下：
执行阀 液位检测变送器
设定值 液位控制器
F(S)
X (S) Z(S)
WC (S)
WV (S) Wm (S )
W0(S) Y(S)
WC (S)—调节器的传递函数 WV (S)—调节阀的传递函数 W0 (S)—被控过程的传递函数 Wm (S)—测量变送器的传递函数
二、正作用、反作用
根据控制论可知：对于反馈控制系统，要使系统能够稳定 地工作，必须要构成负反馈。
H 2 (S ) Q1 ( s)
H 2 (S ) Q2 (s)
Q2 (S) Q1 ( s)
R2 A2R2s 1
1 A1R1s 1
A1R1 A2R2s2
R2 ( A1R1
A2R2 )s 1
2、三容过程的方框图
(三)、有自衡多容过程的数学模型（有相互影响） 作业：画出方框图，并推导出该系统的传递函数
(2).选间接参数 当选直接参数有困难时采用。 例：在化工生产中常用精馏塔将混合物分离为较纯组成的 产品或中间产品
控制目标（直接参数）： 纯度 或 浓度
xD f (TD，P)
浓度
温度
压力
由于压力P不仅与分离纯度有关，而且影响塔的工作效 率以及经济性，因而选择温度为间接参数。
气关式 + + +
对上例进行改动
其结构图如下：
f (t)
设定值
e 液 位 控 制 器 u 执 行 阀 q2 液 位 过 程 实 际 液 位
检测变送器
上例中： 执行器
液位过程 检测变送 则 调节器
气开式 + q2 h -
+ +
气关式 + -
返回
三、被控参数和控制参数的选择
（一）被控参数（被控变量）的选择
3、建立数学模型
q1
h R2
A
dh dt
Q1 (s)
H (s) R2
AsH s
H (S ) R2 Q1(s) AR2s 1
(二)、有自衡多容过程的数学模型（无相互影响）
1、多容过程是工业生产中常见的，如下图。
H1(S ) R1 Q1(s) AR1s 1
H 2 (S ) R2 Q2 (s) AR2s 1
第三章 单回路控制系统设计
§3-1 概述
1。数学模型的有关概念
数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出量变化的函数关 系数学表达式。
干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)； 外干扰---其余非控制的输入量。
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
设定值
e 液位控制器 u 执行阀
f (t) q1 液 位 过 程 实 际 液 位
检测变送器
从结构图我们可以看出：单回路控制系统是最简单、最 基本、最成熟的一种控制方式。
单回路控制系统根据被控量的类型可分为：温度单回路控 制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控制系统等。
单回路控制系统方框图的一般形式如下：
二、无自衡过程的数学模型
无自衡过程的概念：如下图。
(一)、单容过程的数学模型
返回
1、参量关系分析
q1
q2
A dh dt
而在无自衡过程，因△q2=0，故
A dh dt
q1
2、传递函数
H (s) 1
Q1(s) T0s
§3-3 单回路控制系统设计
单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简单，但应用较广；过程控 制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。
1、选择的意义 是控制系统设计的一个重要内容。 恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、节能、改 善劳动条件保护环境卫生等具有决定性意义。 若选择不当，则无论组成什么样的控制系统，选择多么先进 的过程检测控制仪表，都不能达到预期的控制效果。
2、选择的方法 (1) 选直接参数
即能直接发映生产过程产品质量和产量，以及安全运行的 参数。(如锅来自百度文库的水位、蒸汽的温度等。)
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。
3。单输入-单输出过程的常见模型
(1)、线性时间连续模型 (2)、线性时间离散模型
§3-2 机理分析法建模
一。有自衡过程的数学模型
有自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏 ，无须外加 任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的 性质，称为平衡能力。
正作用：输出信号随输入信号的增大而增大；（放大倍数为正） 反作用：输出信号随输入信号的增大而减小；（放大倍数为负） 调节器的正作用：输出信号u随着被控量y的增大而增大； 调节器的反作用：输出信号u随着被控量y的增大而减小；
执行器 液位过程 检测变送 则 调节器
气开式 + q1 h +
+ -
特点
最简单、最基本；应用最广泛、最成熟。是各 种复杂控制系统设计和参数整定的基础。适用于被 控对象滞后时间较小，负载和干扰不大，控制质量 要求不很高的场合。
过程控制系统设计的要求
1、安全性 2、稳定性 3、经济性
过程控制系统的设计步骤
1、建立被控过程的数学模型 2、选择控制方案 3、选择控制设备型号规格 4、实验（与仿真）
返回
2、参量关系分析
q1 q2
dV dt
A dh dt
讨论：(1)、静态时，q1=q2=dh/dt=0 ; (2)、当q1变化时h变化 q2变化。
经线性化处理，有
q2
h R2
其中，R2为阀门2的阻力，称为液阻或流阻。
控制系统的工程考虑
1、方案设计
是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意： (1)、合理选择被控量(被控参数)和操纵量(控制参数)
(2)、对象信息的获取和变送 (3)、执行器的选择 (4)、控制器的选择
2、工程设计
包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水 供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
3、工程安装 4、仪表调试 5、参数整定
一、单回路控制系统
定义：是指由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器连同 被控过程组成的、对一个被控参数进行控制的反馈控制系统。 单回路控制系统可实现：定值控制、程序控制、随动控制等
例：液位定值控制系统 其结构图如下：
执行阀 液位检测变送器
设定值 液位控制器
F(S)
X (S) Z(S)
WC (S)
WV (S) Wm (S )
W0(S) Y(S)
WC (S)—调节器的传递函数 WV (S)—调节阀的传递函数 W0 (S)—被控过程的传递函数 Wm (S)—测量变送器的传递函数
二、正作用、反作用
根据控制论可知：对于反馈控制系统，要使系统能够稳定 地工作，必须要构成负反馈。
H 2 (S ) Q1 ( s)
H 2 (S ) Q2 (s)
Q2 (S) Q1 ( s)
R2 A2R2s 1
1 A1R1s 1
A1R1 A2R2s2
R2 ( A1R1
A2R2 )s 1
2、三容过程的方框图
(三)、有自衡多容过程的数学模型（有相互影响） 作业：画出方框图，并推导出该系统的传递函数
(2).选间接参数 当选直接参数有困难时采用。 例：在化工生产中常用精馏塔将混合物分离为较纯组成的 产品或中间产品
控制目标（直接参数）： 纯度 或 浓度
xD f (TD，P)
浓度
温度
压力
由于压力P不仅与分离纯度有关，而且影响塔的工作效 率以及经济性，因而选择温度为间接参数。
气关式 + + +
对上例进行改动
其结构图如下：
f (t)
设定值
e 液 位 控 制 器 u 执 行 阀 q2 液 位 过 程 实 际 液 位
检测变送器
上例中： 执行器
液位过程 检测变送 则 调节器
气开式 + q2 h -
+ +
气关式 + -
返回
三、被控参数和控制参数的选择
（一）被控参数（被控变量）的选择
3、建立数学模型
q1
h R2
A
dh dt
Q1 (s)
H (s) R2
AsH s
H (S ) R2 Q1(s) AR2s 1
(二)、有自衡多容过程的数学模型（无相互影响）
1、多容过程是工业生产中常见的，如下图。
H1(S ) R1 Q1(s) AR1s 1
H 2 (S ) R2 Q2 (s) AR2s 1
第三章 单回路控制系统设计
§3-1 概述
1。数学模型的有关概念
数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出量变化的函数关 系数学表达式。
干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)； 外干扰---其余非控制的输入量。
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
设定值
e 液位控制器 u 执行阀
f (t) q1 液 位 过 程 实 际 液 位
检测变送器
从结构图我们可以看出：单回路控制系统是最简单、最 基本、最成熟的一种控制方式。
单回路控制系统根据被控量的类型可分为：温度单回路控 制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控制系统等。
单回路控制系统方框图的一般形式如下：
二、无自衡过程的数学模型
无自衡过程的概念：如下图。
(一)、单容过程的数学模型
返回
1、参量关系分析
q1
q2
A dh dt
而在无自衡过程，因△q2=0，故
A dh dt
q1
2、传递函数
H (s) 1
Q1(s) T0s
§3-3 单回路控制系统设计
单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简单，但应用较广；过程控 制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。
1、选择的意义 是控制系统设计的一个重要内容。 恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、节能、改 善劳动条件保护环境卫生等具有决定性意义。 若选择不当，则无论组成什么样的控制系统，选择多么先进 的过程检测控制仪表，都不能达到预期的控制效果。
2、选择的方法 (1) 选直接参数
即能直接发映生产过程产品质量和产量，以及安全运行的 参数。(如锅来自百度文库的水位、蒸汽的温度等。)
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。
3。单输入-单输出过程的常见模型
(1)、线性时间连续模型 (2)、线性时间离散模型
§3-2 机理分析法建模
一。有自衡过程的数学模型
有自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏 ，无须外加 任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的 性质，称为平衡能力。
正作用：输出信号随输入信号的增大而增大；（放大倍数为正） 反作用：输出信号随输入信号的增大而减小；（放大倍数为负） 调节器的正作用：输出信号u随着被控量y的增大而增大； 调节器的反作用：输出信号u随着被控量y的增大而减小；
执行器 液位过程 检测变送 则 调节器
气开式 + q1 h +
+ -
特点
最简单、最基本；应用最广泛、最成熟。是各 种复杂控制系统设计和参数整定的基础。适用于被 控对象滞后时间较小，负载和干扰不大，控制质量 要求不很高的场合。
过程控制系统设计的要求
1、安全性 2、稳定性 3、经济性
过程控制系统的设计步骤
1、建立被控过程的数学模型 2、选择控制方案 3、选择控制设备型号规格 4、实验（与仿真）