简单控制系统

1、简单控制系统简单控制系统 内容提要内容提要n简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成n自动控制的目的及被控变量的选择自动控制的目的及被控变量的选择n控制变量的选择控制变量的选择n控制器控制规律的选择及参数整定控制器控制规律的选择及参数整定n控制规律的选择控制规律的选择n控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定内容提要内容提要n控制系统的投运及参数整定控制系统的投运及参数整定n控制系统的投运控制系统的投运n控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成 通常是指由一个测量元件、变送器、一个通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、

2、一个控制阀和一个对象所构成的单回路控制系统。控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单回路控制系统。 液位控制系统 温度控制系统第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成 简单控制系统具有结构简单，所需要的自动化装置数量少、投运及操作维护方便等优点，一般都可以满足控制质量的要求。因此，简单控制系统在工业生产过程中得到了广泛的应用。第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成简单控制系统的方块图 简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。 第三节第三节 操纵变量的选择操纵变量的选择 在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响

3、，实现控制作用的变量称为。 最常见的操纵变量是介质的流量。操作变量操作变量系统的干扰系统的干扰通过工艺分析通过工艺分析确定确定第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定n 一、控制规律的选择一、控制规律的选择n目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律: :比比例控制规律例控制规律P P、比例积分控制规律、比例积分控制规律PIPI和比例积分微和比例积分微分控制规律分控制规律PIDPID。第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定特点特点适用于适用于比例控比例控制器制器控制器的输出与偏差成比例,

4、阀门位置与偏差之间有一一对应关系。当负荷变化时,比例控制器克服干扰能力强,过渡过程时间短。纯比例控制器在过渡过程终了时存在余差。 调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。 比例积比例积分控制分控制器器积分作用使控制器输出与偏差的积分成比例, 过渡过程结束时无余差。但使稳定性降低。 调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。 比例积比例积分微分分微分控制器控制器微分作用使控制器的输出与偏差变化速度成比例。它对克服容量滞后有显著效果。在比例的基础上加上微分作用能提高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。 容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统 第四节

5、第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定1.1.临界比例度法临界比例度法n 二、控制器参数的工程整定二、控制器参数的工程整定 按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制器参数值。即确定最合适的控制器比例度、积分时间TI和微分时间TD。 理论计算的方法和工程整定法。 先通过试验得到临界比例度k和临界周期Tk，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。 第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定图12-10 临界振荡过程控制作用控制作用比例度比例度/%/%积分时间积分时间TI/min微分时间微分时间TD/min比例比例比例比例+ +

6、积分积分比例比例+ +微分微分比例比例+ +积分积分+ +微分微分22k2.22.2k1.8k1.7k0.850.85T Tk k0.50.5T Tk k0.10.1T Tk k0.1250.125T Tk k表 12-2临界比例度法参数计算公式表 比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。 41和101衰减振荡过程控制作用控制作用/%/%TI/minTD/min比例比例s s比例比例+ +积分积分1.21.2s s 0.50.5TS S比例比例+ +积分积分+ +微

7、分微分0.80.8s s 0.30.3TS S0.10.1TS S控制作用控制作用/%/%TI/minTD/min比例比例s s 比例比例+ +积分积分1.21.2s s 2 2T升升比例比例+ +积分积分+ +微分微分0.80.8s s 1.21.2T升升0.40.4T升升表12-341衰减曲线法控制器参数计算表表12-4101衰减曲线法控制器参数计算表第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用、TI、TD对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，

8、对比例度、积分时间TI和微分时间TD逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。 第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定控制变量控制变量特特 点点/%/%TI/minTD/min流量流量对象时间常数小，参数有波动， 要大；TI要短；不用微分401000.3 1温度温度对象容量滞后较大，即参数受干扰候变化迟缓；应小；TI要长；一般需加微分20 603 100.5 3压力压力对象的容量滞后一般，不算大，一般不加微分30 700.4 3液位液位对象时间常数范围较大。要求不高时，可在一定范围内选取，一般不用微分20 80表12-5 各类控制系统中控制器参数经验数据表第四节

9、第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定 三种振荡曲线比较比例度过大、积分时间过大时两种曲线比较比例度过小、积分时间过小或微分时间过大，产生的周期性激烈振荡。 如果比例度过大或积分时间过大，过渡过程变化缓慢的情形。第四节第四节 控制器控制规律的原则及参数整定控制器控制规律的原则及参数整定 对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，对于同一个系统，不同的人采用经验凑试法整定，可能得出不同的参数值。可能得出不同的参数值。 在一个自动控制系统投运时，控制器的参数必须在一个自动控制系统投运时，控制器

10、的参数必须整定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进整定，才能获得满意的控制质量。同时，在生产进行的过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很行的过程中，如果工艺操作条件改变，或负荷有很大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器大变化，被控对象的特性就要改变，因此，控制器的参数必须重新整定。的参数必须重新整定。 第五节第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题控制系统的投运及操作中的常见问题n 一、控制系统的投运一、控制系统的投运 对于工艺人员与仪表人员来说 对于仪表人员来说第五节第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题控制系统的投运及操作中的常见问题 投运前要在现场校验仪表一次, 确认正常后

11、可考虑投运。 对于,除了要观察测量指示是否正常外,还特别要对控制器控制点进行复校。 第五节第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题控制系统的投运及操作中的常见问题 控制好控制器的正、反作用，是确保整个自动控制系统成为负反馈闭环系统的重要一环。正作用？正作用？反作用？反作用？ 控制器正、反作用开关示意图第五节第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题控制系统的投运及操作中的常见问题举例加热炉出口温度控制系统 加热炉出口温度控制 为了在控制阀气源突然断气时,炉温不继续升高,采用了气开阀 (停气时关闭) ,是“正”方向。炉温是随燃料的增多而升高的,以炉子也是“正”方向作用的。变送器是随炉温升高,输出增

12、大,也是“正”方向。所以控制器必须为“反方向”,才能当炉温升高时,使阀门关小,炉温下降。 第五节第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题控制系统的投运及操作中的常见问题举例液位控制系统 液位控制 控制阀采用了气开阀,在一旦停止供气时,阀门自动关闭,以免物料全部流走,故控制阀是“正”方向。当控制阀打开时,液位是下降的,所以对象的作用方向是“反”的。变送器为“正”方向。这时控制器的作用方向必须为“正”才行。 第五节第五节 控制系统的投运及操作中的常见问题控制系统的投运及操作中的常见问题 通过手动遥控控制阀,使工况趋于稳定以后,控制器就可以由手动切换到自动,实现自动操作。第五节第五节 控制系统的投运

13、及操作中的常见问题控制系统的投运及操作中的常见问题 不管采用哪种方法进行整定,所得到的自动控制系统,在正常工况下,由于经常受到各种扰动,被控变量不可能总是稳定在一个数值上长期不变。 如果出现记录曲线是一条直线或一个圆,就要检查一下测量记录仪表有否故障,灵敏度是否足够等。 例题分析例题分析图是锅炉的压力和液位控制系统的示意图,试确定系统中控制阀的气开、气关型式及控制器的正反作用。 锅炉控制在液位控制系统中,如果从安全角度出发,主要是要保证锅炉水位不能太低,则控制阀应选择气关型,以便当气源中断时,能保证继续供水,防止锅炉烧坏。如果要保证蒸汽的质量,汽中不能带液,那么就要选择气开阀,以便气源中断时,不再供水,以免水位太高。 例题分析例题分析 本