最新化工仪表及其自动化控制第七章简单控制系统
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合下，将会有效地改善担制质量。 缺点：有可能会使系统产生振荡，严重时使系统失控而发生
事故。
比例积分微分控制 比例积分微分控制综合了比例、积分、微分控制规律的优点。
适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。
16
—化工仪表以自动化—
控制器正、反作用的选择
何谓“正”、“反”作用？ 所谓作用方向，就是指输入变化后，输出的变化方向。
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。
10
对象动态性质对控制质量的影响
—化工仪表以自动化—
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
化工仪表及其自动化控制 第七章简单控制系统
第一节 概述
—化工仪表以自动化—
概述
选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号
选择调节阀 选择控制规律
系统投运 参数整定
四个基本环节：
➢ 测量变送环节 ➢ 控制器 ➢ 执行器 ➢ 被控对象
干扰
设定值
＋
偏差
－
控制器
执行器
被控对象
测量变送环节
被控变量
2
—化工仪表以自动化— 3
在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑 工艺的合理性与生产的经济性。一般说来不宜选择生产负荷 作为控制变量，因为生产负荷直接关系到产品的产量，是不 宜经常波动的。
13
—化工仪表以自动化—
根据稳态性质选择操纵变量
被控变量：物料出口温度
待选的操纵变量：
热物料温度 热物料的流量 液氨的流量 气氨的回气压力
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
在选择操纵变量构成控制回路时，应尽量避免控制 通道纯滞后τ0的存在，无法避免时应使之尽可能小。
11
—化工仪表以自动化—
干扰通道时间常数 Tf Tf越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于 改善控制质量
—化工仪表以自动化— 4
—化工仪表以自动化— 5
—化工仪表以自动化— 6
—化工仪表以自动化— 7
—化工仪表以自动化— 8
对象特性对控制质量的影响
—化工仪表以自动化—
干扰变量 控制变量
被控对象 干扰通道 控制通道
被控变量
干扰作用与控制作用之间的关系
控制质量 系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、 余差、过渡时间、振荡周期
k 2压 温 力 度 变 变 化 化 的 的 百 百 分 分 数 数 ＝ 2 7 1 5 2 - - 2 0 4 1 5 0 0 4 0 0 0 - 0 1 .6
14
ห้องสมุดไป่ตู้
概述 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号
选择调节阀 选择控制规律
系统投运 参数整定
第四节 控制器控制规律的选—化择工仪表以自动化—
17
—化工仪表以自动化—
控制器正 反作用选择的步骤
1、判断被控对象的正反作用方向，由工艺机理确定 ； 2、判断执行器的正反作用方向，由工艺安全条件选定，其 选择原则是：控制信号中断时，应保证设备和操作人员的 安全； 3、确定广义对象的正反作用方向，一般测量变送环节为正 作用方向，根据被控对象和执行器的作用方向，确定广义 对象的正反作用方向； 4、确定控制器的正反作用方向，广义对象正作用方向，则 控制器应选择为反作用，反之亦然。
干扰通道滞后时间τf 干扰通道的纯滞后τf不会影响 控制质量
无纯滞后 有纯滞后
干扰通道纯滞后τf的影响
12
操纵变量的选择原则
—化工仪表以自动化—
操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。
操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 为此，应通过合理选择操纵变量，使控制通道的放大倍数适 当大、时间常数适当小(但不宜过小，否则易引起振荡)、纯 滞后时间尽量小。为使其他干扰对被控变量的影响尽可能小， 应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可能大。
量存在余差的场合。
15
—化工仪表以自动化—
比例积分控制 优点：系统在过渡过程结束时无余差 缺点：系统的超调量、振荡周期都会相应增大，过渡时间也
会相应增加。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺不允许被控
变量存在余差的场合。
比例微分控制 优点：利用微分超前的作用，在被控对象具有较大滞后的场
常用的几种控制规律
位式控制 适用于对控制质量要求不高，被控对象是单容量的、且容
量较大、滞后较小、负荷变化不大也不太激烈，工艺允许被 控变量波动范围较宽的场合。
比例控制 优点：比例控制克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。 缺点：在过渡过程终了时存在余差 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺允许被控变
对象特性 系统的输入输出关系 分为对象静态性质和对象动态性质 考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操 纵变量
9
对象稳态性质对控制质量的影响
—化工仪表以自动化—
放大系数 绝对放大系数
Y
X
相对放大系数
Y/(YMAXYMIN)
X/(XMAX控制通道的稳态特性由控制通道放X大MI系N)数K0表征 从控制有效性考虑，K0应适当的大一些
当输入增加时，输出也增加，则称该环节为“正作用”方 向；反之，当环节的输人增加时，输出减小，则称该环节 为“反作用”方向。
控制器正 反作用选择的基本原则
保证整个控制系统形成负反馈。 在控制系统中，控制器、被控对象、测量元件及执行器 都有各自的作用方向，一般被控对象、测量元件及执行器 的作用方向是固定的，因此为了使系统构成负反馈，应对 控制器的正反作用进行调整。
干扰
设定值
＋
偏差
－
控制器
执行器
被控对象
被控变量
测量变送环节
广义对象
18
控制器正 反作用选择的实例
—化工仪表以自动化—
TC 燃料气
PT
FT
气氨
热物料
TT 冷物料
薄
液
板
氨 储
冷
罐
却
器
液氨
气氨 LC
液氨
氨直冷式薄板冷却系统示意图
热物料流量F对冷物料出口温度T的放大系数为：
k 1流 温 量 度 变 变 化 化 的 的 百 百 分 分 数 数 ＝ 1 3 2 0 - - 0 1 0 1 0 5 0 0 - 0 00 .3
气氨回气压力P对冷却器物料出口温度T的放大系数为：
事故。
比例积分微分控制 比例积分微分控制综合了比例、积分、微分控制规律的优点。
适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。
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—化工仪表以自动化—
控制器正、反作用的选择
何谓“正”、“反”作用？ 所谓作用方向，就是指输入变化后，输出的变化方向。
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。
10
对象动态性质对控制质量的影响
—化工仪表以自动化—
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
化工仪表及其自动化控制 第七章简单控制系统
第一节 概述
—化工仪表以自动化—
概述
选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号
选择调节阀 选择控制规律
系统投运 参数整定
四个基本环节：
➢ 测量变送环节 ➢ 控制器 ➢ 执行器 ➢ 被控对象
干扰
设定值
＋
偏差
－
控制器
执行器
被控对象
测量变送环节
被控变量
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—化工仪表以自动化— 3
在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑 工艺的合理性与生产的经济性。一般说来不宜选择生产负荷 作为控制变量，因为生产负荷直接关系到产品的产量，是不 宜经常波动的。
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—化工仪表以自动化—
根据稳态性质选择操纵变量
被控变量：物料出口温度
待选的操纵变量：
热物料温度 热物料的流量 液氨的流量 气氨的回气压力
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
在选择操纵变量构成控制回路时，应尽量避免控制 通道纯滞后τ0的存在，无法避免时应使之尽可能小。
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—化工仪表以自动化—
干扰通道时间常数 Tf Tf越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于 改善控制质量
—化工仪表以自动化— 4
—化工仪表以自动化— 5
—化工仪表以自动化— 6
—化工仪表以自动化— 7
—化工仪表以自动化— 8
对象特性对控制质量的影响
—化工仪表以自动化—
干扰变量 控制变量
被控对象 干扰通道 控制通道
被控变量
干扰作用与控制作用之间的关系
控制质量 系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、 余差、过渡时间、振荡周期
k 2压 温 力 度 变 变 化 化 的 的 百 百 分 分 数 数 ＝ 2 7 1 5 2 - - 2 0 4 1 5 0 0 4 0 0 0 - 0 1 .6
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ห้องสมุดไป่ตู้
概述 选择被控变量 选择操纵变量 处理测量信号
选择调节阀 选择控制规律
系统投运 参数整定
第四节 控制器控制规律的选—化择工仪表以自动化—
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—化工仪表以自动化—
控制器正 反作用选择的步骤
1、判断被控对象的正反作用方向，由工艺机理确定 ； 2、判断执行器的正反作用方向，由工艺安全条件选定，其 选择原则是：控制信号中断时，应保证设备和操作人员的 安全； 3、确定广义对象的正反作用方向，一般测量变送环节为正 作用方向，根据被控对象和执行器的作用方向，确定广义 对象的正反作用方向； 4、确定控制器的正反作用方向，广义对象正作用方向，则 控制器应选择为反作用，反之亦然。
干扰通道滞后时间τf 干扰通道的纯滞后τf不会影响 控制质量
无纯滞后 有纯滞后
干扰通道纯滞后τf的影响
12
操纵变量的选择原则
—化工仪表以自动化—
操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。
操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 为此，应通过合理选择操纵变量，使控制通道的放大倍数适 当大、时间常数适当小(但不宜过小，否则易引起振荡)、纯 滞后时间尽量小。为使其他干扰对被控变量的影响尽可能小， 应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可能大。
量存在余差的场合。
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—化工仪表以自动化—
比例积分控制 优点：系统在过渡过程结束时无余差 缺点：系统的超调量、振荡周期都会相应增大，过渡时间也
会相应增加。 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺不允许被控
变量存在余差的场合。
比例微分控制 优点：利用微分超前的作用，在被控对象具有较大滞后的场
常用的几种控制规律
位式控制 适用于对控制质量要求不高，被控对象是单容量的、且容
量较大、滞后较小、负荷变化不大也不太激烈，工艺允许被 控变量波动范围较宽的场合。
比例控制 优点：比例控制克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。 缺点：在过渡过程终了时存在余差 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺允许被控变
对象特性 系统的输入输出关系 分为对象静态性质和对象动态性质 考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操 纵变量
9
对象稳态性质对控制质量的影响
—化工仪表以自动化—
放大系数 绝对放大系数
Y
X
相对放大系数
Y/(YMAXYMIN)
X/(XMAX控制通道的稳态特性由控制通道放X大MI系N)数K0表征 从控制有效性考虑，K0应适当的大一些
当输入增加时，输出也增加，则称该环节为“正作用”方 向；反之，当环节的输人增加时，输出减小，则称该环节 为“反作用”方向。
控制器正 反作用选择的基本原则
保证整个控制系统形成负反馈。 在控制系统中，控制器、被控对象、测量元件及执行器 都有各自的作用方向，一般被控对象、测量元件及执行器 的作用方向是固定的，因此为了使系统构成负反馈，应对 控制器的正反作用进行调整。
干扰
设定值
＋
偏差
－
控制器
执行器
被控对象
被控变量
测量变送环节
广义对象
18
控制器正 反作用选择的实例
—化工仪表以自动化—
TC 燃料气
PT
FT
气氨
热物料
TT 冷物料
薄
液
板
氨 储
冷
罐
却
器
液氨
气氨 LC
液氨
氨直冷式薄板冷却系统示意图
热物料流量F对冷物料出口温度T的放大系数为：
k 1流 温 量 度 变 变 化 化 的 的 百 百 分 分 数 数 ＝ 1 3 2 0 - - 0 1 0 1 0 5 0 0 - 0 00 .3
气氨回气压力P对冷却器物料出口温度T的放大系数为：