单回路控制系统PPT课件

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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
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。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。
执行器 液位过程 检测变送 则 调节器
气开式 + q1 h +
+
-
气关式 + + +
对上例进行改动
其结构图如下：
f (t)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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 + -
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
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。
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。(如锅炉的水位、蒸汽的温度等。)
(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
xDf(TD ， P)
(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
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
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1、参量关系分析
q1q2
Adh 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、建立数学模型
h
dh
q1 R2 A dt
Q1 ( s )
H (s) R2
AsH
s
H(S) R2 Q1(s) AR2s1
(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) AR1s1
H2(S) R2 Q2(s) AR2s1
§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。
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。
(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。
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2、参量关系分析
q1q2d dV tAdd ht
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。
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。
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；
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）
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
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。
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
单回路控制系统方框图的一般形式如下：
F(S)
X (S) Z(S)
WC (S)
WV (S) Wm (S )
W0(S) Y(S)
W C (S )— 调 节 器 的 传 递 函 数 W V (S )— 调 节 阀 的 传 递 函 数 W 0 (S )— 被 控 过 程 的 传 递 函 数 W m ( S ) — 测 量 变 送 器 的 传 递 函 数
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。
H Q 1 2 ( ( s S ) ) H Q 2 2 ( ( s S ) ) • Q Q 2 1 ( ( S s ) ) A 2 R R 2 2 s 1 • A 1 R 1 1 s 1 A 1 R 1 A 2 R 2 s 2 ( R A 1 2 R 1 A 2 R 2 ) s 1
2、三容过程的方框图