单回路控制系统

MV
控制通道
+
问题：（1）正作用与反作用控制器的定义？
（2）如何使控制回路成为“负反馈”系统 ?
控制器正反作用选择举例#1
Tsp
TC 22
u(t) Tm
蒸汽
考虑到控制系统在断电断气情 况下的安全性，蒸汽阀应为气 开阀，因此 u↑→ RV↑ 假设控制器TC 22为正作用。 如果 T↑, 则
Tm Tm u RV T
Tm T 正作用 控制器 气关阀 u Fw
结论：TC 25须为反作用控制器
基于回路分析法
控制器正反作用选择举例#1
Tsp
TC 22
u(t) Tm
蒸汽
RV
步骤 1：画控制回路方块图，并标 注广义对象的正反作用
TT 22
T 热交换器 工艺介质 冷凝水
步骤 2：由广义对象正反作用决定 控制器正反作用以构成负反馈回路
RV
TT 22
T 热交换器 工艺介质 冷凝水
结论：为使控制回路成为“负反馈”系统，TC22 须 为 反作用控制器。
控制器正反作用选择举例#2
Tsp
TC 25 TT 25
u(t)
Tm
介质 入口 T
冷却水阀须为气关阀，因此 u↑→ （冷却水量）Fw↓
Fw 冷却剂 工艺介质入口 放热 反应器
T
Байду номын сангаас
假设TC 25为正作用控制器 ，如果 T↑，则
D (t)
广义对象
TC 22 为 反作用控 制器
Tsp + _
TC 22
u(t) 蒸汽阀
RV
T 换热器
TT 22
Tm
(+)
基于回路分析法
控制器正反作用选择举例#2
Tsp
TC 25 TT 25
u(t)
Tm
介质 入口 T
Fw 冷却剂 工艺介质入口 放热 反应器
TC 25 为反作用控 制器。为什么？
D (t)
p1 p2 f2 psp + _ pm PT 51 干扰 通道
PC 51
u(t) 控制阀
f1
控制通道
+
+
p(t)
被控过程
控制系统的方块图表达3
P2 f2
被控过程
p1 psp + _ pm PT 51 e(t) PC 51 u(t) 控制阀 f1
K v 2 f 2 p p2
F2 F1
p p(t)



选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。
选择方法：
（1）假设检验法。先假设控制器的作用方向，再检查控制 回路能否成为“负反馈”系统。 （2）回路判别法。先画出控制系统的方块图，并确定回路 广义对象的作用方向，再确定控制器的正反作用。
控制器正反作用的选择
被控过程
DVs 干扰通道 ysp + 控制器 _ ym(t) 传感变送器 u(t) 控制阀 + y(t)
#2 控制阀（气开阀）
控制阀的气开气关特性
1. 气开阀与气关阀
* 气开阀： pc↑→ f↑ (“有气则开”, “无气则关”) * 气关阀： pc↑→ f↓ (“有气则关”, “无气则开”) 无气源（ pc = 0）时，气开阀全关，气关阀全开。
2. 控制阀气开/气关特征的选择——安全性
* 若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀，如加热 炉瓦斯气调节阀；若无气源时，希望阀全开，则应选择气 关阀，如加热炉进风蝶阀。
PID反馈控制器
戴连奎 浙江大学控制系 2015/03/25
习题1-3讨论
psp
PC 51
pm u
PT 51
F2 Kv2 p
p2
假设变量之间满足 以下关系：
p1 Kv1 F1
dp A k1 F1 k2 F2 dt F1 Kv1 f1 p1 p
F2 Kv 2 f 2 p p2
40
50
60
仿真结果分析
比例带的概念

定义：比例带是
指使控制器输出 CO全范围变化所 对应的控制误差 的比例。
% CO
内容




控制阀的作用选择 反馈控制器的正反作用 过程控制系统的性能指标 了解 P, PI 与 PID控制器的功能 问题讨论
分析下列两控制阀的差别
pc
pc
....... .......
....... .......
弹簧
薄膜片
弹簧
薄膜片
阀杆 密封填料 阀芯
密封填料
推杆
阀芯
阀体
#1 控制阀（气关阀）
广义对象
Tsp + _ TC 25 u(t) 冷却剂 阀 FW 放热 反应器 T TT 25 Tm
(+)
过程控制系统的性能指标

ySP B B' y(∞)
余差：
e() ysp y()
衰减比：
n B

B
振荡周期：T t t 3 2
y0 t0 t1 t2 t3
调节时间（也称过渡 过程时间） ts

什么是最好的系统响应 ?
纯比例（Proportional）控制器
D (t) ysp + _ %TO 传感变送器 e(t) 控制器 u(t) %CO 控制阀 MV 被控过程 + + y(t)
ym(t)
u(t ) Kc e(t ) u0 ,
KC 被称为控制器增益。
e(t ) ysp (t ) ym (t )
控制阀气开气关特性
选择举例
Tsp
TC 22
u(t) Tm
蒸汽
TC 25
Tsp
TT 25
RV
u(t)
Tm
介质 入口 T
TT 22
Fw
T 热交换器
冷却剂 工艺介质入口
工艺介质 冷凝水
放热 反应器
例1
例2
控制器的“正反作用”
定义：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大 ，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制 器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。
P 控制回路的仿真结果
65
加热炉
64
工艺介质 Ti (t) 燃料油
Kc = 1
T(t)
63
Kc = 2
TO, %
TT 27
62
ym(t) u(t) CO, %
TC 27
TO, % ysp(t)
61
Kc = 4
60
59
Ti(t) 在10 min 时，从50 ℃ 阶跃增加至60 ℃ 。
0
10
20
30 min
对于上述贮气罐压力控制系统， 请指出其 CV、SP、MV、DVs， 画出该系统的方块图，并指出该 系统的控制目标
f1 g (u)
控制系统的方块图表达1
p1, p2, f2 干扰 通道
psp + _ pm
PC 51
u(t) 控制阀
F1 控制通道
+
+
p(t)
被控过程
PT 51
是否准确？
控制系统的方块图表达2
K v1 f1 p1 p
p
dp A k1 F1 k2 F2 dt
参考答案，DVs 讨论？
习题1-4 讨论
Qi h(t) A
LT 21
hsp hm (t)
LC 21
以该液位控制系统为例 ，当进料量 Qi 突然增 大时，详细说明该系统
如何运用反馈控制机制
来实现液位定值控制之 目的
u(t)
Qo