第七章-简单控制系统-1

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1、第七章第七章-简单控制系统简单控制系统湖北民族学院湖北民族学院化工仪表及自动化化工仪表及自动化 电子课件电子课件-7化学与环境工程学院化学与环境工程学院化工与制药教研室化工与制药教研室Contents:简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成 1 简单控制系统的设计简单控制系统的设计 2 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定 3七七 简单控制系统简单控制系统第七章第七章 简单控制系统简单控制系统基本要求：基本要求： 1.了解简单控制系统的了解简单控制系统的结构、组成及作用结构、组成及作用； 2.掌握简单控制系统中掌握简单控制系统中被控变量、操纵变量选被控变量、操纵变量选择的一般原则

2、择的一般原则； 3.了解各种了解各种基本控制规律的特点基本控制规律的特点及及应用应用场合；场合； 4.掌握掌握控制器正、反作用控制器正、反作用确定的方法；确定的方法； 5.掌握掌握控制器参数工程整定控制器参数工程整定的方法。的方法。7.1 简单控制系统的结构及组成简单控制系统的结构及组成 通常是指由通常是指由一个一个被控对象、被控对象、一个一个检测元件及传感器（或检测元件及传感器（或变送器）、变送器）、一个一个控制器和控制器和一个一个执行器所构成的单闭环控制系执行器所构成的单闭环控制系统，也称为单回路控制系统。统，也称为单回路控制系统。一、定义一、定义二、简单控制系统的典型方块图：二、简单控制

3、系统的典型方块图：三、控制系统图的表达三、控制系统图的表达液位控制系统液位控制系统温度控制系统温度控制系统根据自控设计规范，省略了测量变送环节。根据自控设计规范，省略了测量变送环节。7.2 简单控制系统的设计简单控制系统的设计1、选择、选择“关键变量关键变量”作被控变量作被控变量 所谓所谓“关键变量关键变量”是指对产品的产量、质量以及安全是指对产品的产量、质量以及安全具有决定性作用，而人工操作又难以满足要求或者虽然人具有决定性作用，而人工操作又难以满足要求或者虽然人工操作可以满足要求但操作是紧张而频繁的。工操作可以满足要求但操作是紧张而频繁的。一、被控变量的选择一、被控变量的选择1) 直接指标

4、控制：直接指标控制：被控制的被控制的指标本身指标本身就是需要控制的就是需要控制的工艺指工艺指标（标（如温度、压力、流量、成分等）。如温度、压力、流量、成分等）。2) 间接指标控制：间接指标控制：以以产品质量产品质量为控制指标，但质量信号无法为控制指标，但质量信号无法检测，或检测到的信号微弱或滞后很大，这时就需要检测，或检测到的信号微弱或滞后很大，这时就需要 选取选取与其有单值关系而反应又快与其有单值关系而反应又快的的另一变量另一变量进行控制，称进行控制，称为间接指标控制。为间接指标控制。2、直接指标控制与间接指标控制、直接指标控制与间接指标控制其选择关系到系统能否达到预期控制效果，一般原则是：

5、其选择关系到系统能否达到预期控制效果，一般原则是：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操工艺操作状态作状态的重要变量；的重要变量；（2）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁需要频繁加以控制加以控制的变量；的变量；（3）被控变量变尽可能选择工艺生产过程的）被控变量变尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号。或其测量或传送滞后很大时，当无法获得直接控制指标信号。或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；可选择与直接控

6、制指标有单值对应关系的间接控制指标；（4）被控变量应是）被控变量应是能测量的能测量的，并具，并具有较大灵敏度有较大灵敏度的变量；的变量；（5）被控变量应是）被控变量应是独立可控独立可控的；的；（6）应考虑）应考虑工艺的合理性与经济性工艺的合理性与经济性。3、被控变量选择的原则、被控变量选择的原则二、二、 操纵变量的选择操纵变量的选择2、操纵变量选择的原则、操纵变量选择的原则（1）操纵变量应是工艺上）操纵变量应是工艺上允许加以控制允许加以控制的可控变量；的可控变量；（2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的比较灵敏的变量变量，即控制通道的，即控制通道的

7、放大系数要大放大系数要大一些，一些，时间常数要小时间常数要小一些，一些，纯滞纯滞后时间要尽量小后时间要尽量小；（3）操纵变量的选择还应考虑）操纵变量的选择还应考虑工艺工艺的合理性和生产经济性。的合理性和生产经济性。1、定义：、定义： 用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为量称为操纵变量操纵变量。 最常见的操纵变量时最常见的操纵变量时介质的流量介质的流量。3、控制通道特性和干扰通道特性、控制通道特性和干扰通道特性操纵变量和被控变量操纵变量和被控变量之间的关系构成了被控对象之间的关系构成了被控对象控制通道特性。控制通道特性。干扰和被控变量

8、干扰和被控变量之间的关系构成了被控对象的之间的关系构成了被控对象的干扰通道特性干扰通道特性。干扰干扰起起破坏破坏作用，作用，而而操纵变量操纵变量起起校正校正作用，作用，二者是一对二者是一对互相矛盾互相矛盾的变的变量。量。4、对象特性对选择操纵变量的影响、对象特性对选择操纵变量的影响（1） 放大系数放大系数 K0（静态特性）（静态特性） K0 的大小表征了的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度操纵变量对被控变量的影响程度：K0 大，影响越显著，控制作用更有效；大，影响越显著，控制作用更有效；但但 K0 过大，会引起系统不稳定。过大，会引起系统不稳定。（2）动态特性的影响：）动态特性的影响：.

9、控制通道时间常数控制通道时间常数 T 的影响：的影响： T不宜过大，否则会使操纵变量的校正作用迟缓，超不宜过大，否则会使操纵变量的校正作用迟缓，超调量大，过渡时间长，故要求调量大，过渡时间长，故要求 T 小一些小一些，使之，使之反应灵敏，反应灵敏，控制及时。控制及时。 . 控制通道纯滞后的影响：控制通道纯滞后的影响： 控制器接收到正偏差信号时，纯滞后使超调量增加。控制器接收到正偏差信号时，纯滞后使超调量增加。 控制器接收到负偏差信号时控制器接收到负偏差信号时, 可使过渡过程的振荡加剧，可使过渡过程的振荡加剧，稳定性变差。故应使稳定性变差。故应使0 尽量小尽量小。. 干扰通道时间常数干扰通道时间

10、常数 Tf 的影响：的影响： Tf 越大，表示干扰对被控变量的影响越缓慢。应设法使越大，表示干扰对被控变量的影响越缓慢。应设法使干扰到被控变量的通道长一些，干扰到被控变量的通道长一些，Tf 大一些大一些。. 干扰通道纯滞后干扰通道纯滞后 f 的影响的影响 干扰通道纯滞后只是将干扰的作用推迟了干扰通道纯滞后只是将干扰的作用推迟了f ，控制作用，控制作用亦亦推迟了推迟了f ，对控制质量没有影响，对控制质量没有影响。 0（2） 动态特性的影响动态特性的影响-续：续：三、测量元件特性的影响三、测量元件特性的影响 对测温元件来讲，存在对测温元件来讲，存在热阻和热容热阻和热容，它本身具有一定，它本身具有一

11、定的的时间常数时间常数， 当时间常数较大时，控制器接收到的将是当时间常数较大时，控制器接收到的将是一个一个失真失真的信号，不能发挥正确的校正作用，质量无法达的信号，不能发挥正确的校正作用，质量无法达标。标。1、测量元件时间常数、测量元件时间常数 Tm 的影响：的影响：减小时间常数的方法：减小时间常数的方法： 选用选用惰性小惰性小的快速测量元件，例如用快速势电偶代替普的快速测量元件，例如用快速势电偶代替普通热电偶或温包（当通热电偶或温包（当 Tm 小于对象时间常数小于对象时间常数 1/10 时，对时，对质量影响不大）；质量影响不大）； 必要时引入必要时引入微分微分作用，利用过超前作用来补偿测量元