仪表自动化-第七章简单控制系统

正确使用微分器。正确使用微分器，合理引入微分特性 的超前作用，对克服测量滞后，改善控制质量是一种有效 的方法。。
Y(S)
Km Z(S)
U(S)
TmS+1
(TdS+1)
测量、变送装置与微分器连接示意图
概述
测量信号的处理
选择被控变量 选择控制变量 处理测量信号
选择调节阀 选择控制规律
滤波：克服随机干扰信号 (P.120)
常见的两种简单控制系统：
温度控制系统
载 热 体
换热器
冷流体
设定值
＋
偏差
－
控制器 (LC或TC)
执行器 （控制阀）
干扰
被控对象 （液位储槽或换热器
）
被控变量 （液位或温度）
测量、变送环节 （LT或TT）
广义对象
简单控制系统方块图
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
待选的控制变量：
热物料温度 热物料的流量 液氨的流量 气氨的回气压力
PT
FTLeabharlann Baidu
气氨
热物料
TT 冷物料
薄
液
板
氨 储
冷
罐
却
器
液氨
氨直冷式薄板冷却系统示意图
气氨 LC
液氨
热物料流量F对冷物料出口温度T的放大系数为：
k1

温度变化的百分数 ＝12-0 100 0 流量变化的百分数 30-10 50-0

0.3
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
7.3 对象特性对控制质量的影响及控制变 量的选择
控制变量与干扰变量
Q入
T入
X入
被 控
被控变量TD
对
象 QZ
F
TH
影响塔顶温度的各种输入示意图
原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控 变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后， 其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。
中位值滤波 算术平均滤波 递推平均滤波 加权递推平均滤波 一阶惯性滤波
输入
1 TS+1
输出
一阶惯性低通滤波环节
y(n) (1)x(n) y(n 1)
线性化处理
系统投运 参数整定
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
7.5 负荷变化对控制质量的影响及 调节阀的选择
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
控制变量的选择原则
控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。
控制变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 为此，应通过合理选择控制变量，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。
在选择控制变量时，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。
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
根据稳态性质选择控制变量
被控变量：物料出口温度
选择调节阀
选择控制规律
系统投运 参数整定
测量元件纯滞后时间的影响
一般是由于测量元件 安装位置引起的
τ0
ι1 +ι2
＝
V1
V2
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
克服测量滞后的几种方法
选择快速测量元件。
正确选择测量元件的安装位置。在自动控制系统中，以 温度测量元件和成分分析的取样装置所引起的测量滞后为最 大。通常测量单元件应选择在最具代表性，响应最灵敏、最 迅速的位置安装，应避免将其安装在死角或易挂料结焦的地 方。分析取样则应在温度比较稳定，离设备较近之处，尽量 减小纯滞后。
滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。 当无法获得直接指标信号，或其测量和变送环节滞后很大时， 可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。
灵敏度要高。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的 灵敏度。
成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国 内仪表产品现状。
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
被控变量选择的一般原则
要有代表性。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能 反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。
应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控 制系统的被控变量有关联（耦合)关系。
气氨回气压力P对冷却器物料出口温度T的放大系数为：
k2

温度变化的百分数 ＝ 12-0 100 0 压力变化的百分数 275-245 400-0
1.6
概述 选择被控变量 选择控制变量 处理测量信号
7.4 测量滞后对控制质量的影响及 测量信号的处理
测量滞后对控制质量的影响
测量元件时间常数的影响
负荷变化使得被控对象特性发生变化，对控制质量产生影响。
7.2 自动控制的目的及被控变量的选择 选择被控变量
明确 控制目的
使生产过程自动按照预定的目标进行，并使 工艺参数保持在预先规定的数值上（或按预 定规律变化）
分析 生产工艺
“关键”变量：对产品的产量、质量以及生 产过程的安全具有决定作用的变量
确定 被控变量
两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制
当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞 后很大时，可选取与直接质量指标有单值对应 关系而反应又快的变量做为间接控制指标。
概述 选择被控变量 选择控制变量 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
精馏塔系统的被控变量选择
p TH
TD
TD ℃ 冷却水
进料 Q入，X入，T入
回流F 塔顶产品
XD%
苯－二甲苯的T-x图
P MPa
QZ 蒸汽
塔底产品
精馏过程示意图
XD%
苯－二甲苯的P-x图
塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者之 间的关系为： XD= f (TD，P)，两个独立变量。
第7章 简单控制系统
简单控制系统的结构与组成 控制的目的、被控变量的选择 对象特性、控制变量的选择 测量滞后、测量信号处理 负荷变化、调节阀选择 控制规律的选择 控制系统的投运与参数整定
概述 选择被控变量 选择控制变量 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