过程控制重点

1、.最大动态偏差、超调量y1y1第一章绪论1. 1.过程控制(英文：Process Control )通常是指连续生产过程的自动控制,是自动化技术最重 要的组成部分之一1.1- 1.过程控制是生产过程自动化的简称,泛指 石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工 业生产中的连续的或按一定周期程序进行的生产 过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。1. 1-2.连续生产过程的特征是：生产过程中的各 种流体，在连续(或间歇)的流动过程中进行着物 理化学反应、物质能量的转换或传递。1. 1-3.从控制的角度，通常将工业生产过程分为 三类，即：连续型、离散型和混合型。过程控制主 要是针对连续生产过程

2、采用的控制方法。1.1-4.过程控制的主要任务是对生产过程中的有 关参数进行控制一一“工业四大参数”是：温度、 压力、流量、物(液)位的自动控制,使其保持恒 _ 定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全 的前提下，使连续生产过程自动地进行下去。1. 1-5.过程控制系统的定义：为实现对某个工艺 参数的自动控制，由相互联系、制约的一些仪表、 装置及工艺对象、设备构成的一个整体1. 1-6 .在讨论控制系统工作原理时，为清楚地表 示自动控制系统各组成部分的作用及相互关系，一 般用原理框图来表示控制系统。1. 1-7.过程控制系统的主要任务是：对生产过程 中的重要参数(温度、压力、流量、物位、成

3、分、 湿度等)进行控制，使其保持恒定或按一定规律变 化。1.1- 8.过程控制的特点：.控制对象一一被控过程复杂、控制要求多样.控制方案丰富多彩.控制过程大多数属于慢过程与参数控制.定值控制是过程控制的主要形式.过程控制系统由规范化的、系列化的检测与控 制仪表或自动化装置组成1) 3-2.系统阶跃响应的单项性能指标2) ).衰减比、衰减率y1B1垠:减比：n ()；n取整数，习惯上常 y3B2表示为n:1,例如4:1、10:1衰减率：'y3 1 -y3- 1 1最大动态偏差： y1超调量：100%y().残余偏差：系统设定值r与稳态值y()的差值，即 e( ) r y().调节时间、峰

4、值时间、振荡频率调节时间：tS峰值时间：I。 p振荡频率：1. 3-3 .系统阶跃响应的综合性能指标.偏差积分 IE (Integral of Error ).绝对偏差积分 IAE(Integral Absolute value of Error).平方偏差积分ISE ( Integral of SquaredError ).时间与绝对偏差乘积积分ITAE(Integral ofTime multiplied by the Absolute value of Error)1 . 3-4-1 .某换热器的温度控制系统，给定值为200 C。在阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所 示。试求最大偏差、余

5、差、衰减比、振荡周期和过 渡时间。解：最大偏差：A = 230-200 = 30 C；余差： C= 205-200 = 5 C;衰减比：n = y1: y3 = 25:5 = 5:11. 3-4-2 .某被控过程工艺设定温度为900 C,要求控制过程中温度偏离设定值不得超过80 C o现设计的定值温度控制系统，在最大阶跃干扰作用下的 过渡过程曲线如下图，试求最大动态偏差、衰减比、 振荡周期，该系统能否满足工艺要求？解：最大动态偏差：A 950 900 50u yi950 908 42无支减上匕：n - -4.2 y3 918 90810振荡周期：T 45 5 40min余差：C 908 900

6、 8 c50 <80!能满足工艺要求。950P310.900解:最大动态偏差:950900衰减比：ny1950900丫3910 900振荡周期：T 459 36 min过渡过程时间：47min1 . 3-4-4 .某化学反应器工艺规定的操作温度为(800+ 10) ,考虑安全因素，要求控制过程中 温度最高值不得超过 850 C o现设计的定值温度控 制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如 下图，试求最大动态偏差、余差、衰减比、过渡时 间(±2%)和振荡周期，该系统能否满足工艺要 求？50笆51050<80!能满足工艺要求。1 . 3-4-3 .某化学反应器工艺规定的

7、操作温度为 (900+ 10) ,考虑安全因素，要求控制过程中flnr解:.ttU5最大动态偏差:余差：C衰减比:nA8058458008005 c45 cy1丫3845805815 805生4:110温度偏离设定彳I不得超过 80 C。现设计的定值温度 控制系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线 如下图，试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期，过渡过程时间：25min振荡周期：T 20 7 13min5<10!能满足工艺要求。该系统能否满足工艺要求?1 . 3-4-5 .某发酵过程工艺规定的操作温度为(40±2） C,考虑发酵效果，要求控制过程中温度偏离给定值最大不得超过 6C

8、O现设计的定值温度控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下 图，试求最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（土2%）和振荡周期，该系统能否满足工艺要求？解：最大动态偏差：A 45 40 5 c余差：C 4140 1cy45414衰减比：n114541-4:1y342411过渡过程时间：23min振荡周期：T 18513min5<6!能满足工艺要求。补充思考题与实用题1 .（王：1-2）什么过程控制系统 ？典型过程控制 系统有哪几部分组成？参考答案：过程控制（Process Control ）是生产过程自动 化的简称。泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、 纺织、建材、核能等工业生产中连续的或按

9、一定周 期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的 重要组成部分。过程控制系统来说，它包括检测元件及变送器、控 制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的 被（受）控对象2 .（王：1-4）说明过程控制系统的分类方法，通 常过程控制系统可以分哪几类？（厉：P1-7）根据设定值的形式，闭环控制系统可 以分哪几类？参考答案：过程控制系统的分类方法很多，通常使用的“大” 类分类方法有两种：按设定值的形式不同划分，按系统结构的特点 分类。根据设定值的形式，闭环控制系统可以分三类：定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。按系统结构的特点分类：开环系统、反馈控制系统、前馈控制系 统、前馈一一反馈复合

10、控制系统。第五章被控过程的数学模型5. 0.引言1 .控制系统的控制过程品质主要取决于系统的结构和系统中各组成环节的特性2 .前几章的讨论中，我们已知变送器和执行器的 特性是比例关系、控制器的特性由控制规律决定。本章讨论被控对象的特性5. 1.被控过程数学模型的作用与要求1 .在经典控制理论中，被控对象的特性一般用单 _ 输入、单输出的数学模型描述。最常用的是传递函数。2 .传递函数是指用拉氏变换式表示的对象特性。5. 2.建立被控过程数学模型的基本方法1 .求对象的数学模型有两条途径：机理法、测试（实验）法2 .机理法：根据生产过程的内部机理，列写出有 关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。

11、3 .测试法：通过实验测试，来识别对象的数学模 型。由于影响生产过程的因素较多，单纯用机理法建模 较困难，一般用机理法的分析结论，指导测试结果 的辨识。5. 3.机理法建模5. 3-1 .机理法建模的基本原理5. 3-2 .单容过程建模1 .当对象的输入输出可以用一阶微分方程式来描 述时，称为单容过程或一阶特性对象。大部分工业对象可以用一阶特性描述。2 .单容过程是指只有一个储蓄容量的被控过程。3 .单容贮液箱液位过程I从水槽的物料平衡关系考虑, 的方程式。找出表征h与Q关系写成标准形式进行拉氏变换传递函数为:H(s)1(s)5.（潘例4-2）单容热力过程理论建模：加热装置采用电能加热，给容器

12、输入电能加热的热流量qi,容器的热容为C ，容器中液体的比热容为 CD,流 p量为q的液体以Ti的入口温度流入，以 Tc的出口温度流出（Tc同时也是容器中液体的温度）设容器所在的环境温度为To。试求：Tc与qi之间的关系；Z与To之间的关系。解：（1）该过程输入总的热流量为：电能加热的热流量qi和流入容器液体所携带的热流量q cp Ti 该过程输出总的热流量为：流出液体所携带的热流量q cD pTc、容器向四周环境散发的热量（容RsRs器散热表面积为A、保温材料的传热系数为K r）阶跃响应:1(1 et/T)对象的特性参数K、T反映了对象的物理本质。容量系数（液容）A反映对象存储能量的能力；

13、如水槽面积A,它影响时间常数 T的大小。阻力系数（液阻）R反映对象对物料或能量传 递的阻力；如阀门阻力系数 R,它影响放大系数I 的大小。4.被控过程的自衡特性与单容贮液箱液位过程II从一阶惯性特性曲线可以看出，对象在扰动作用 下，其平衡状态被破坏后，在没有人工干预或调节 器干预（外部干预）下，能自动达到新的平衡状态, 这种特性称为 自衡特性用自衡率p表征对象自衡能力的大小h( ) K并不是所有被控过程都具有自衡特性。同样的单 容水槽如果出水用泵抽出，则成为无自衡特性。Q2 0； 3 K 1(s)T s A sKr A (TcTo)根据能量平衡关系：单位时间进入容器的热流 量与单位时间进出容器

14、的热流量之差等于容器内 热量存储量的变化率，可得qi q cp Ti q cp T KrA (Tc写成增量式:qi q cpTiq cpTcKr A设置、令：KP令：Kr整理:整理、消除中间变量:cP为液体的热量系数To)(TcCjdtKP Tc qi KP TiTcdTcC c dtTo)Tod TC - dt若环境温度不变、流入容器的液体温度恒定，则W(s)H2(s)i(s)2_T1T2 s(T1T2) s 1(T1 s 1)(T2 sd TcC C dtKpTcqiTcpd TccdtC Rd-CKpTcTcqiTiAR； T2A2R3； K K 1 R3dtC RKP R 1KP Rd

15、 Tcdt进行拉普拉斯变换(CKP R 1s 1)TcTcTcTcRqiRKP R 1qi当输入量是阶跃增量 a 1时，被控变量 h2的 反应（飞升）曲线呈 S型。为简化数学模型，可以 用带滞后的单容过程来近似。3.容量滞后与纯滞后容量滞后：在S形曲线的拐点上作一切线，若将 它与时间轴的交点近似为反应曲线的起点，则曲线 可表达为带滞后的一阶特性：KP R 1切线在时间轴上截出的时间段c为容量滞后。Qi（s）C被控过程的容量系数 c（T。）越大，C越大；容量G(s)TcR/(KPR 1)个数越多（阶数n越多），也会使C增大；阶跃响CQi(s)R/(KP R 1) C s 1 若容器绝热，流体流量

16、q、输入热流量qj恒定,应曲线上升越慢。纯滞后由信号或能量的传输时间造成的滞后现象，是纯粹的滞后O oTcKP R/(KP R 1)Ti(s)R/(Kp R 1) C s有些对象容量滞后与纯滞后同时存在，很难严格 区分。常把两者合起来，统称为滞后时间5. 3-3.多容过程建模1 .有一个以上贮蓄容量的过程称为多容过程。2 .多容液位过程由两个一阶惯性环节串联起来,操纵变量是A1L1 ,被控变量是第二个水槽的水位 h2。5. 4.测试法建模根据工业过程中某因果变量的实测数据，进行数学处理后得到的数学模型。测定对象特性的实验方法主要有三种：时域法一一输入阶跃或方波信号，测对象的飞升曲线或方波响应曲

17、线。频域法一一输入正弦波或近似正弦波，测对象的频率特性。统计相关法一一输入随机噪音信号，测对象参数的变化。5. 4-1 .阶跃响应曲线法建模1 .在被控过程处于开环、稳态时，将选定的输入量做一阶跃变化（如将阀门开大），测试记录输出量的变化数据，所得到的记录曲线就是被控过程的阶跃响应曲线。2.有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰动，那么施加脉宽为 t的方波脉冲，得到的响应 曲线称为“方波响应”。3.由阶跃响应曲线确定被控过程传递函数 大多数工业对象的特性可以用具有纯滞后的一阶 或二阶惯性环节来近似描述：G(s) W(s) -e sT s 1-KsG(s) W(s) e(Ti s 1)(T2

18、s 1)(i) K-y(- ；X0T、求取的作图法：s曲线的拐点做切线T、求取的计算法：解:QiQ2Q3Q2dhQ2R2Q3Q3* . ._ _ _* , _ _ _ _ ,y (t1)0.39、y (t2)0.632;T2( t23) ,QiR2R3 /(R2aUdtR3R2R3)1)h (AR3R2R3)R2R35. 4-2 .测定动态特性的频域法1 .在对象的输入端加特定频率的正弦信号,同时 记录输入和输出的稳定波形(幅度与相位)。在选定范围的各个频率点上重复上述测试,便可测得该 对象的频率特性。八 R2R3dAs 1R2R3AR s 1H (s)Qi(s)R2R3R2R32 .画出Ny

19、quist图或Bode图，进而获得过程的传 递函数AR习题与补充题1 .(王5-9)下图液位过程，输入量为Q1 ,流出量为Q2、Q3,液彳红h为被控参数，水箱截面为a,并设R2、R3为线性液阻。列写液位过程的微分方程组；画出液位过程的框图；求出传递函数H (s)/ Q1(s),并写出放大倍数 K和时间常数T2 .(王5-10)下图液位过程，输入量为 Qi ,液位h2为被控参数，列写液位过程的微分方程组；求出传递函数 H2(s)/Qi(s)。(厉：例题2-5)下图液位过程，Q1的变化量为输入量，液位 卜2的变化量为被控参数，列写液位过程的微分方程组；求出传递函数的表达式H2(s)/Qi (s)o

20、CiAi画出液位阶跃响应曲线用一阶惯性环节加滞后近似描述该过程的动态特性，确定(s)K、T、C1dhiq2dth1qiq2K型0.2100;60s; T 300 60 240 sC2dh2q3h2 r2dth2q2q3第六章简单控制系统的设计与参数整定6. 1.简单控制系统的结构与组成1 .指由一个测量变送器、一个控制器、一个控制 阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。R3H2(s)Q1(s)R3C1R2c2R s2 (C1R2 C2R3 C1R3)3.(王：习题5-15,完善课题)某单容液位过程，如下图。贮罐中液位高度 h为被控参数，流入贮罐的体积流量为q1,过程的输入量可通过阀门 1的开则量

21、雌器2.控制系统工艺流程图4.过程控制系统施工图怆越大，控制作用越强，稳态误差越小;6. 2.简单控制系统的设计6. 2-1 .过程控制系统方案设计的基本要求、主要 内容与设计步骤1 .过程控制系统方案设计的基本要求：生产过程 对过程控制系统的要求可简要归纳为安全畦二稳定 性和经济性三个方面。2 .过程控制系统设计的主要内容：过程控制系统 设计包括控制系统方案设计、工程设计、工程安装 和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。其 中控制方案设计是控制系统设计的核心。3 .过程控制系统设计的步骤掌握生产工艺对控制系统的技术要求建立被控过程的数学模型确定控制方案：一一包括控制方式和系统组成结 构的

22、确定，是过程控制系统设计的关键步骤。控制设备选型实验（或仿真）验证6. 2-2 .被控参数与控制变量的选择1 .被控变量：生产过程中希望借助自动控制保持 恒定值（或按一定规律变化）的变量；合理选择被 控变量，关系到生产工艺能否达到稳定操作、保证 质量、保证安全等目的。2 .当不能用直接工艺参数作为被控变量时,应选 择与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参故应选放大系数大的变量作为控制变量。干扰通道的惯性因子 （Tf s+1）使干扰作用的影响缓慢。T越大，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于控制。干扰进入系统的位置离被控变量检测点越远，则Tf越大,控制时最大偏差越小。6. 2-3 .检测环节、

23、执行器及调节器正负作用选择1 .执行器的选择调节阀工作区间的选择：正常工况下，调节阀的开度应在 竺览二型区间。据此原则计算、确定控制阀的口径尺寸。调节阀的流量特性选择：按补偿对象特性的原则选取。调节阀的气开、气关作用方式选择：按控制信号中断时，保证生产设备安全的原则确定。2.调节器正反作用的选择负反馈控制系统的控制作用对被控变量的影响应与干扰 作用对被控变量的影响相反，才能使被控变量值回复到给定 值。为了保证负反馈，必须正确选择调节器的正反作用。楚作为被控变量。3.控制变量选择：也有以转速、电压等作为操纵变量的。过程（通道）：广义对象GO（s）变送器都是正作用气开阀是正作用，气关阀是反作用Ko

24、To S 1调节器为比例调节器:被控对象有的正作用，有的反作用为了说明选择方法，先定义作用方向:当某个环节的输入增加时，其输出也增加，称该环节为“正 把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量作用”；反之，称为“反作用”。称为控制变量或操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流量,按此定义：控制器作用方向以测量输入与输出的关系定义:正作用：测量值-给定值一一增大、输出增大反作用：给定值-测量值一一增大、输出增大调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈；简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。6.4.调节器参数的工程整定方法调节规律整定参数P (%；3TaP*P10 8s THD1M

25、mU.5D 1E0J2ST6.调节规律在控制系统设计或安装完毕后，被控对象、测量变送器和执行器这三部分的特性就完全确定了，不能任意改变。只能通过控制器参数的工程整定，来调整控制系统的稳定性和控制整定叁数PID质量4.工程整定法是在已经投运的实际控制系统中,通过试卷.4-2 .衰减曲线法或探索，来确定控制器的最佳参数这种方法是工艺技术人员衰减曲线法属于闭环整定方法，需寻找最佳衰遁握!"在现场经常使用的。态。6. 4-1 .稳定边界法（临界比例度法）2.整定过程、步骤:1 .属于闭环整定方法，根据纯比例控制系统所得的临界振置调节器T1,Td =0,比例度P或较大值,4.稳定边界方法在下面

26、两种情况下不宜采用：2 .控制器参数的整定，就是按照已定的控制方案， 求取使 tt）控制通道的时间常数很大、临界比例度过小时，调节阀控制质量最好的控制器参数值。具体来说，就是确定最合适的小 方易游移于全开或全关位置，即接近处于位式控制状态， 对生 控制器的比例度 P或 、积分时间 T和微分时间Td。产工艺不利或不容许。例如，一个用燃料油加热的炉子，如果3 .控制器参数整定的方法很多，主要有两（三？）大类，阀门发生全关状态就要熄火。一类是理论计算的方法，另一类是工程整定法（和自整定法！工艺上的约束条件严格时，等幅振荡将影响生产的安全。遨试验数据：临界比例度Pm工k L和振荡周期金工标黄统投入运行

27、。按经验公式计算从而求出调节器的整定参数O在稳定状态下,改变阶跃给定值（通常以5%左右为宜），4 .整定过程、步骤：（1）置调节器T1, 丁口=演辞声节过程曲线。例度P或适当改变比例度,较大值，将系统投入运行。（2）逐渐减小线为止。重复上述实验，到出现满意的衰减曲P或，加干扰观察，直到出现等幅减振荡为止。记录此时的临界比例度Pm _X K ）和振荡周期Tm （ TK Io5 .稳定边界法整定参数计算表（4） n 41时，记下此时的比例度PS （ S ）及周期PT|应为依据，通过经验公式求取调节器的最佳参数整定值。n 101时，记下此时的比例度 PS（ S）及上升时间Tr2.方法：不加控制作用，

28、作控制通道特性曲线。(Tp)按表（n 4:1）或按表（n 10:1）计算、求得各种Go(s)KoeTo s 11/seTo s 1找出广义对象的特性参数调节规律时的整定参数。衰臧率4 T一4-整定参数 调节规律 6. 4-3 I响应曲线法1.响应曲线法尾于之整定方法。以被控对象控制通道的、整定参数 调节规律、3.根据实验所得响应曲线,把广义对象当作有纯滞后的一阶惯住环节:DJFGo(s)soKoeTo s 1（食就比Q 90I整定参数迎节期、JP (%)4pPPl11产，P!D户，i.irt0.4嚣Ko、To、0y /( y max y min )6. 4-5.几种整定方法的比较整定方法反应曲

29、线法稳定边界法衰减曲线法经验法KoX /( XmaxXmin )Po1Ko4.响应曲线法整定参数的公式调节规律PIPID6. 4-4.经验法优点方法简单系统较尢系统闭环 会出系统闭环，安全系统闭环，不需计算综合习题、实用题1.简单控制系统由哪几部分组成？简单过程控制系统的结构与组成：指由一个测量变送器、一个控制器、一个执行器（控制阀）和一个对象（四个基本环节）所勾成的单闭环拦制系统。2.为什么希望控削通道放大系数K0要大、时间常数To7R纯滞用可向0陇小越好？而干扰通道的放大系数33可期小，时间常数一;尽可能大?Kf尽2 丁°控制通道敬武帝却Ko大，操纵变量的变化对被控变量的响就太、

30、控制作用对扰动科补偿力强、命差也小；但在制大，会使系瑞勺稳定性下降Ko太即下,时间常数 To小，被控变量变化快;但时呼犍7T0父豉太才滞后时间-0的存在，；0.85 7变化，造成被控萼量的最大1 P 7b_干扰通道:为控邮上都存在一定困难更得控制作用J七是落后于被控变量的扁差典F控制港放大系数Kf大，对控制作用不利，因此尽可能小；时间6-某控制系统用临界比例度法确定调节器的参数，测得常数Tf大，扰动作用比较平缓，被控变量变化平稳。K 50%, Tk 3min。试确定采用pi作用和pid作用时的控制器参数。3 .对某过程控制系统的对象采用衰减曲线法试验时测得Ps 30%, Tr 5s。试用衰减曲

31、线法按衰减n 10:1确定pid调节器的参数。解：查表6-3 :计算PID参数P 0.8PS 0.8 30% 24%；TI1.2Tr 1.2 5 6s；TD0.4Tr 0.4 5 2s4 .对某过程控制系统的对象采用衰减曲线法试验时测得解：比查表：计算PI参数2.2 k 2.2 50% 110%;TI 0.85TK 0.85 3 2.55min计算PID参数1.7 K 1.7 50% 85%;TI 0.5Tk 0.5 3 1.5min；Td 0.125TK 0.125 3 0.375min7.某控制系统用临界比例度法确定调节器的参数，测得PS50%, TS 10s。试用衰减曲线法按衰减比K25

32、%, Tk5min 。试确定采用pi作用和pid作n 4:1确定pid调节器的参数用时的控制器参数。解:解:查表6-3 :计算PID参数P 0.8Ps 0.8 50% 40%;TI0.3TS 0.3 10 3s;Td0.1TS0.1 10 1s5.某控制系统用n 4:1衰减曲线法确定调节器的参数, 测得S 50%, TS 5min o试确定采用pi作用 pid作用时的控制器参数。解：查表：计算pi参数2.2 K 2.2 25% 55%;TI0.85TK 0.85 5 4.25min计算PID参数1.7 K 1.7 25% 42.5%;*0.5Tk0.5 5 2.5min；Td 0.125TK0

33、.125 5 0.625min8.某控制系统采用DDZn型控制器，用临界比例度法确定调节器的参数；测得:k 30%, Tk3min 。试确定采用pi作用和pid作用时的控制器参数。解：查表：计算pi参数查表：计算PI参数1.2 S 1.2 50% 60%; TI0.5TS0.5 5 2.5 min计算PID参数0.8 s 0.8 50% 40%; TI 0.3TS 0.3 5 1.5min ； Td 0.1TS 0.1 5 0.5min2.2 K 2.2 30% 66%;TI0.85TK0.85 3 2.55min计算PID参数1.7 K 1.7 30% 51%;Ti 0.5Tk 0.5 3

34、1.5min；TD0.125TK0.125 3 0.375min9.某控制系统用临界比例度法确定调节器的参数，测得1.2 S 1.2 40% 48%;TI0.5TS0.5 6 3min计算PID参数0.8 s 0.8 40% 32%;Ti0.3Ts0.3 6 1.8min；Td0. 1Ts 0.1 6 0.6min11.某控制系统用n 10:1衰减曲线法确定调节器的参k 20%, Tk 4min。试确定采用P作用、PI数作脚懵S 50%, Tr 2 min。试确定采用pi作用和和PID作用时的控制器参数。解：PID作用时的控制器参数。解：查表:查表：计算PI参数P作用时的参数2 K 40%计算

35、PI参数2.2 K 2.2 20% 44%;TI0.85TK0.85 4 3.4 min计算PID参数1.2 s 1.2 50% 60%;TI2Tr2 2 4 min计算PID参数0.8 S 0.8 50% 40%；Ti 1.2Tr 1.2 2 2.4min;Td 0.4Tr0.4 2 0.8min1.当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用简单1.7 K 1.7 20% 34%TI 0.5TK 0.5 4 2 min ；Td 0.125TK 0.125 4 0.5min控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求，这时可考虑采用串级控制系统。2.前馈控制的原理是：当系统出现扰动时，立即

36、将其测量10.某控制系统用 n 4:1衰减曲线法确定调节器的参出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小改变控制变量，以数，测得S 40%, TS 6min。试确定采用p作用、抵消扰动对被控参数的影响。PI作用和PID作用时的控制器参数。3.大滞后过程控制系统： 在工业生产中，控制通道往往不解：同程度地存在着纯滞后。一般将纯滞后时间0与时间常数T查表：计算P作用参数之比大于0.3 ( 0 / T >0.3)的过程称之为大滞后过程。S 40%计算PI参数4.比值控制系统：生产过程中，经常需要几种物料的流量 保持一定的比例关系。例如，在锅炉的燃烧系统中，要保持燃 料和空气量的一定比例，以保证燃烧

37、的经济性。5.均匀控制系统5.适用于非线性过程6 .分程控制系统：在分程控制系统中，一个控制器的输出7. 1-5 .串级控制系统的主要特点有：信号被分割成几个行程段，每一段行程各控制一个调节阀，战对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；取名为分程控制系统。2.能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力;7 . 1.串级控制系统3.对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应7. 1-1 .串级控制系统基本结构及工作过程1 .结构特点：能力。7. 1-5 .主、副调节器调节规律的选择系统有两个闭合回路，形成内外环。主变量是工艺要求 控制的变量， 量。主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出

38、作为副调 节器的给定值。7. 1-2 .串级控制系统特点1 .主环控制通道时间常数缩短，改善了系统的动态性能。2 .副回路的引入，提高了系统的工作频率，也改善了系 统的动态性能。3 .串级系统特点总结：1 .主调调节器调节规律：定值控制；副调调节器调节规律：副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助煽动控制对进入副回路的干扰有很强的克服能力；改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；合！）记为对进入主回路的干扰控制效果也有改善；对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力7. 1-3 .串级控制系统的设计与参数整定7. 1-4 .串级控制系统的适用范围2 .主被控参数要无静差-调节器调节规律为P

39、I,PID调节;3 .副被控参数允许有静差一调节器调节规律：P,不引入PI;为保稳定，P选大时，可引入积分；不引入微分。7. 1-6 .串级控制系统的参数整定1.逐步逼近整定法主开环、副闭环，整定副调的参数副回路等效成一个环节，闭合主回路，整定主调节器参数观察过渡过程曲线，满足要求，所求调节器参数即为否则，再整定副调节器参数，（此时副回路、主回路都已闭反复进行，满意为止该方法适用于主、副过程时间常数相差不大，主、副回路动态联系密切，需反复进行，费时较多2.两步整定法1 .适用于容量滞后较大的过程：选容量滞后较小的辅助变主、副闭合，主调为比例，比例度为百分之一百，先用 4量，减小时常，提高频率比

40、1衰减曲线法整定副调节器的参数，求得比例度和操作周2 .适用于纯滞后较大的过程：（图6-9,）工艺要求期过滤前的压力稳定在 250Pa;特点：距离长，纯滞后时间长。仿 等效副回路，整定主调参数，求得主回路在 4比1衰减比丝胶液压力与压力串级控制下的比例度和操作周期；根据两种情况下的比例度和操作周3 .适用于干扰变化剧烈、幅度大的过程：期，按经验公式求出主、副调节器的积分时间和微分时间，然4.适用于参数互相关联的过程:后再按先副后主、先比例后积分再微分的次序投入运行，观察曲线，适当调整，满意为止。3. 一步整定法思路：先根据副过程特性或经验确定副调节器的参数，然后一步完成主调节器的参数的整定。理

41、论依据：主、副调节器的放大系数在0 Kc1 Kc2 0.5的条件下，主、副过程特性副参数类型副调节器比例度% (%)副i温度20-60压力30 70流量408。液位20-807. 1-7 .串级控制系统的方案设计一定时，Kc1 Kc2为一常数cC4(1)主、副调节器均置比例控制， 根据约束条件或经验确定Kc2 等效副回路，按衰减曲线法整定主调节器参数； 观察曲线，在约束条件下，适当调整主、 数，满意为止。7. 1-6* .串级控制系统的参数整定1 .串级控制系统的参数整定有逐步逼近法、一步整定法2 .逐步逼近法：断开主回路，整定副回路、取得参数整定好的副回路作为主回路的一个环节，整定主回路、取

42、得参数主回路、副回路闭环，再次整定副回路、取得参数重新整定主回路、取得参数依次整定副回路、主回路。并循环进行，逐步接近主、副回路最佳控制状态。1 .副回路设计中，最重要的是选择副回路的被控参数(串级系统的副参数)。副参数的选择一般应遵循下面几个原则：主、副变量有对应关系副参数的选择必须使副回路包含变化剧烈的主要干扰,副调节器的参并尽可能多包含一些干扰副参数的选择应考虑主、副回路中控制过程的时间常数的匹配,以防“共振”的发生两步整定法和一, »一 应注意工艺上的合理性和经济性2.主、副调节器调节规律的选择：主调节器通常选用PI调节，或迫调节。控制副参数是为了提高主参数的控制质量, 对副

43、参数的要求一般不严格，允许有静差。因此，副调节器一 般选p调节就可以了。3.主、副调节器正、反作用方式的确定对串级控制系统来说，主、副调节器正、反作用方式的选 择原则依然是使系统构成负反馈。选择时的顺序是：根据工艺安全或节能要求确定调节阀的正、反作用；3.两步整定法：系统处于串级工作状态,第一步按单回路按照副回路构成负反馈的原则确定副调节器的正、反作方法整定副调节器参数；第二步把已经整定好的副回路视为一 用;个环节，仍按单回路对主调节器进行参数整定。依据主回路构成负反馈的原则，确定主调节器的正、反4. 一步整定法：所谓一步整定法，就是根据经验，先将副 作用。调节器参数一次调好,不再变动然后按一

44、般单回路控制系统7.1-8.某串级控制系统采用两步法整定控制器参数,测得的整定方法直接整定主调节器参数。4: 1衰减法的过程参数:1S 8%, T1s 100s; 2S 40%,若已知主控制器选用 PID控制规律，副控制器选用T2s 1ds；静态前馈控制系统：所谓静态前馈控制，是前馈控制器小的处偿控制规律，只考虑静态增益补偿，不考虑速度补偿。P控制规律。试求主、副控制器的参数。Y(s)F(s)Gf(s) Gb(s) Go(s)0解:0.8 is0.88%6.4%Gb(s)Gf(s)Go(s)Tii0.3K0.310030s2.静态前馈系统结构简单、易于实现，前馈控制器就是一T1D0.1T1S0

45、.110010s个比例放大器。但控制过程中，动态偏差依然存在。2S 40%7. 2.前馈控制系统3 .动态前馈控制系统：完全按照补偿控制规律制作控制器。4 .理论上，动态前馈控制能在每个时刻都完全补偿扰动对被控参数的影响。但补偿控制规律比较复杂，常常无法获得精 确表达式，也难以精确实现。7.2-1.前馈控制的工作原理及其特点5.前馈一反馈复合控制系统:为了克服前馈控制的局限性,1.反馈控制的特点与不足： 不论是什么干扰,只要弓罐施贵控制和反馈控制结合起来,组成前馈一反馈复合控制系调参数的变化，调节器均可根据偏差进行调节。但必须被弱参数变化后才进行调节，调节速度难以进一步提高。7. 2-3 .前

46、馈控制的特点及局限性2.前馈控制的特点:1.前馈控制的特点前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的,称珈环控制；比反馈控制及时；补偿器为专用“扰动补偿”。如果补偿精确，被调变量不会变化,变性”控制。是事先调节，速度快。补偿器难以精确得到，即使得到有时物理上也难以实现能实现“农.前馈控制的局限性：无法实现对干扰的完全补偿只能抑制可测干扰;前馈控制是开环控制，控制作用几乎与干扰同步产生，不能对每个干扰实现补偿;前馈控制器的控制规律不是PID控制，是由对象特性决7. 2-3 .前馈反馈复合控制定的。前馈控制只对特定的干扰有控制作用，对其它干扰无效。7.2-2.前馈控制系统的结构应。统，提早估计出对象

47、在扰动作用下的7. 3-2 .大滞后过程的 Simth预，补偿控制是按照对象特性，设计一个HIS：mth预估模型加入到反怪控制系动态响应,使控制器提前动作，从而降低超调量史密,并加速调节过程:被控量提前反馈-调节器提前动作一减少超调、加速调节过程。7. 3-3 .史密斯预估控制器.n)系统的闭环传递函数:7. 3.大滞后过程控制系统1 .在工业生产中，控制通道往往不同程度地存在着纯滞后。一般将纯滞后时间0与时间常数T之比大于0.3的过程称N为大滞后过程:过程.Y(s)o/T 0.3称为一般纯滞后；0/T 0.3称之为大滞后一X(s)Gc(s)Go(s)e1 Gc (s)Go(s)e0s0S史密

48、斯预估控制器补偿控制原理2 .大滞后过程是公认较难控制的过程。其难于控制的主要原因是纯滞后的增加导致开环相频特性相角滞后增大,使闭环系统的稳定性下降。为了保证稳定裕度，不得不减小调节器的放大系数，造成控制质量的下降。3.最早的大滞后过程控制方案是采样控制。'7. 3-1 .大滞后过程的采样控制777T Go(s)e 0sGsmith (s)U (s)1 .所谓采样控制，是一种定周期的断续 PID控制方式，即期望：控制器按采样周期 T进行采样控制。在两次采样之间，保持该Y (s)、0s-控制信号不变，直到下一个采样控制信号信号到来。保持的时;777Go(s)eGsmith (s) Go(s)U (s)间T必须大于纯滞后时间0这样重复动作，一步一步地校于