过程装备控制技术及应用第二章之2单回路系统要点教学内容

1、过程装备控制技术及应用第二章之2单回路系统要点 要有代表性要有代表性。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能。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。反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。 应该独立可控应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控。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（耦合制系统的被控变量有关联（耦合) )关系。关系。 滞后要小滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。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，当无法获得直接指标

2、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。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。 灵敏度要高灵敏度要高。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。灵敏度。 成本要低成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国。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。内仪表产品现状。选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 Q入入T入入X入入QZFTH被控变量被控变量T

3、D影响塔顶温度的各种输入示意图影响塔顶温度的各种输入示意图被控对象被控对象原则上，原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变量变量影响显著影响显著而且而且可控性良好可控性良好的输入作为的输入作为控制变量控制变量后，后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量干扰变量。 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述控制通道控制通道干扰通道干扰通道干扰变量干扰变量控制变量控制变量被控变量被控变量干扰作

4、用与控制作用之间的关系干扰作用与控制作用之间的关系 被控对象被控对象控制质量控制质量 系统的过渡过程形式系统的过渡过程形式超调量、衰减比、超调量、衰减比、 余差、过渡时间、振荡周期余差、过渡时间、振荡周期对象特性对象特性 系统的输入输出关系系统的输入输出关系 分为对象静态性质和对象动态性质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，用以选择控考察对象特性对控制质量的影响，用以选择控 制变量制变量选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述放大系数放大系数 绝对放大系

5、数绝对放大系数 Y Y X X Y/(YY/(YMAXMAX-Y-YMINMIN) ) X/(XX/(XMAXMAX-X-XMINMIN) ) 相对放大系数相对放大系数 控制通道的稳态特性由控制通道放大系数控制通道的稳态特性由控制通道放大系数K K0 0表征表征从从控制有效性控制有效性考虑，考虑，K K0 0应适当的大一些应适当的大一些 干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数K Kf f表征表征希望希望K Kf f小一些，小一些，K Kf f越小干扰变量对被控变量的影响就越小越小干扰变量对被控变量的影响就越小 控制变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变控

6、制变量选择的原则一：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控制变量。控变量作为控制变量。 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述控制通道时间常数控制通道时间常数 T T0 0控制通道滞后时间控制通道滞后时间0 0 T T0 0小一点好，不能过大，小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长用迟缓，超调量增大，过渡时间增长 在选择控

7、制变量构成控制回路时，应尽量避免控制在选择控制变量构成控制回路时，应尽量避免控制通道纯滞后通道纯滞后0 0的存在，无法避免时应使之尽可能小。的存在，无法避免时应使之尽可能小。 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述干扰通道时间常数干扰通道时间常数 T Tf fT Tf f越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利越大越好，

8、干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于改善控制质量于改善控制质量 干扰通道纯滞后干扰通道纯滞后f f的影响的影响无纯滞后无纯滞后有纯滞后有纯滞后干扰通道滞后时间干扰通道滞后时间f f 干扰通道的纯滞后干扰通道的纯滞后f f不会影不会影响控制质量响控制质量 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 控制变量应是控制变量应是可控可控的，即工艺上允许调节的变量。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控制变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏灵敏。

9、为此，应通过合理选择控制变量，使控制通道的放大倍数适为此，应通过合理选择控制变量，使控制通道的放大倍数适当大、时间常数适当小当大、时间常数适当小( (但不宜过小，否则易引起振荡但不宜过小，否则易引起振荡) )、纯、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，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。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虑工艺的合理性与生产的经济

10、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。不宜经常波动的。物料平衡除外！物料平衡除外！应尽量使干扰作用点靠近调节阀处应尽量使干扰作用点靠近调节阀处被选择的控制变量应对装置中其它控制系统的影响和关联被选择的控制变量应对装置中其它控制系统的影响和关联较小较小 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 薄板冷却器薄板冷却器热物料冷物料TTFTLC液氨液氨PT气氨气氨液氨储罐氨直冷式薄

11、板冷却系统示意图氨直冷式薄板冷却系统示意图被控变量被控变量：物料出口温度：物料出口温度 待选的控制变量：待选的控制变量： 热物料温度热物料温度 热物料的流量热物料的流量液氨的流量液氨的流量气氨的回气压力气氨的回气压力 热物料流量热物料流量F F对冷物料出口温度对冷物料出口温度T T的放大系数为：的放大系数为： 11000k0.3温度变化的百分数流量变化的百分数12-030-10 50-0气氨回气压力气氨回气压力P P对冷却器物料出口温度对冷却器物料出口温度T T的放大系数为：的放大系数为： 21000k1.6温度变化的百分数压力变化的百分数12-0275-245 400-0乳化物乳化物高位槽高

12、位槽过滤器过滤器12WWW3蒸蒸汽汽空空气气产产品品GW(S)GQ(S)GP(S)T1T2GF(S)工艺要求工艺要求 在在保证产品含水率合格的前提下，保证产品含水率合格的前提下， 保证最大产量保证最大产量。 被控变量被控变量 产品含水率产品含水率 干燥温度干燥温度T T1 1 影响被控变量的主要输入变量影响被控变量的主要输入变量 乳化物流量乳化物流量f fw w 旁路空气流量旁路空气流量f fQ Q 加热蒸汽压力流量加热蒸汽压力流量f fp p 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概

13、述概述测量元件时间常数的影响测量元件时间常数的影响 测量元件纯滞后时间的影响测量元件纯滞后时间的影响 0 1 2 V1 V2 + 一般是由于测量元件一般是由于测量元件安装位置引起的安装位置引起的 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 选择快速测量元件选择快速测量元件。 正确选择测量元件的安装位置正确选择测量元件的安装位置。在自动控制系统中，以。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

14、量单元件应选择在最具代表性，响应最灵敏、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。减小纯滞后。 正确使用微分器。正确使用微分器。正确使用微分器，合理引入微分特性正确使用微分器，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。的方法。 (TdS+1)KmTmS+1Y(S)Z(S)U(S)测量、

15、变送装置与微分器连接示意图测量、变送装置与微分器连接示意图选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 滤波：滤波：克服克服随机干扰信号随机干扰信号 中位值滤波中位值滤波算术平均滤波算术平均滤波递推平均滤波递推平均滤波加权递推平均滤波加权递推平均滤波一阶惯性滤波一阶惯性滤波( )(1) ( )(1)y nx ny n 线性化处理线性化处理1TS+1输入输入输出输出一阶惯性低通滤波环节一阶惯性低通滤波环节选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀

16、选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 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。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。可以通过选择不同结构的调节阀，利用调节阀的流量特性来可以通过选择不同结构的调节阀，利用调节阀的流量特性来克服负荷变化带来的影响。克服负荷变化带来的影响。原理：利用调节阀的放大系数的变化来补偿控制对象放大系原理：利用调节阀的放大系数的变化来补偿控制对象放大系数的变化，使广义对象的放大系数基本保持不变或近似不变，数的变化，使广义对象的放大系数基本保持不变或近似不变，从而达到较好的控制效果从而达到较好的控制效果调节器执

17、行器对象传感器、变送器+SPxzeuqyf 调节规律调节规律 调节器产生控制信号的作用叫作调节作用。调节作调节器产生控制信号的作用叫作调节作用。调节作用所遵循的数学规律称为调节规律（又叫作调节器特性用所遵循的数学规律称为调节规律（又叫作调节器特性）。）。 调节器特性：输出信号与输入信号之间随时间变化调节器特性：输出信号与输入信号之间随时间变化的关系。的关系。UU输出。调节器送往调节阀的信号输出。调节器送往调节阀的信号ee偏差，数值上等于测量值减给定值偏差，数值上等于测量值减给定值调节规律：调节规律：非连续非连续位式位式连续连续PROPORTION/INTEGRAL/DERIVATIONPROP

18、ORTION/INTEGRAL/DERIVATION( )( ( )( )( ( )u tf z tx tf e t控制规律f（）z(t)x(t)e(t)u(t)( )( ( )( )( ( )u tf z tx tf e t( )( )z tu t( )( )z tu tmaxmine(t)0( ) e(t)0 uu tu当 打开当关闭x(t)z(t)e(t)p(t)+pmaxpmin罐压力变送器排放电磁阀任何正常工作的仪表都是根据输入变化之后输出才会有动作的。而所有的仪表都会有它的不灵敏区（程度不同而已）。在仪表的不灵敏区内，输入信号已经给出，但仪表的输出并不会立即变化。这种现象即我们在前

19、面提到的滞后现象。如果把仪表的不灵敏区人为扩大，即称为仪表的中间区。日本控制工程专家绪方胜彦是这样定义中间区的：开、关动作之前，误差信号的变化范围。1P110( )0 1 90P1100P90u t或x(t)z(t)e(t)u(t)+umaxuminu 显然，中间区的存在使得执行机构的动作周期加大，被控变量的变化范围更大，但设备动作的周期也更大。如果工艺允许，这样既延缓了设备的寿命，同样也可以满足工艺要求。这就是工业上经常采用具有双位调节规律控制被控对象的原因。uiq0qO O( )( ) au te tbiq0qO O puK e 0 puuK eKPu(t)e(t)z(t)+_x(t)e(

20、t)u(t) puKemaxminmaxmin*100%zzzuuumaxminmaxmin*100%uuzzzumaxminmaxmin*100%uuezzu1*100%pCK%1001pKminmaxxxe1minmaxUUUminmaxxx当时，即调节器的输出变化量为满量程。这就是比例度的物理意即调节器的输出变化量为满量程。这就是比例度的物理意义。义。注意：注意： 对于非线性刻度的仪表，例如流量用孔板测量而未用开对于非线性刻度的仪表，例如流量用孔板测量而未用开方器时，偏差的变化量方器时，偏差的变化量ee不能直接用流量的数值，而应该用不能直接用流量的数值，而应该用实际输入给调节器的信号。实

21、际输入给调节器的信号。也一样。也一样。的关系与PkeUkekUPP%1001minmaxminmaxxxUUkP成反比关系与ck%1001PK对于单元组合仪表而言：与输入、输出的关系：与输入、输出的关系：减小，使输出变化全范围时需要的输入变化区间就越小。减小，使输出变化全范围时需要的输入变化区间就越小。 50%100%200%PeKp231s11s( )Y s( )F s( )X s231( )( )( )312(1)(312)KpsY sX sF ssKpssKp 1( )X ss21( )312KpY ssKp s 02( )lim * ( )112sKpys Y sKp 1( )F ss

22、311( )(1)(312)sY sssKp s 01( )lim * ( )012sys Y sKp PP K, K余 差小或一对矛盾 要统筹兼顾稳定性高或1(t)dt iiueT积分积分u(t)e(t)z(t)+_x(t)uI(t)e(t)IAtTuI(t)e(t)IAtT1( ) ( )( )piu tKe te t dtT1( )(1) piG sKTseKppiKedtT( )e tA1( )() 1 () ()pipipiu tKeedtTKAAdtTAKAtTe(t)u(t)AuI=KPAt/TiuP=KPA(0)puK A( )2pu TK A特点：特点：1 1、慢慢来，调节速

23、度慢。所以不能单独使用。、慢慢来，调节速度慢。所以不能单独使用。2 2、稳定后能消除余差。、稳定后能消除余差。3 3、积分时间减小，积分速度增加，积分作用增强。、积分时间减小，积分速度增加，积分作用增强。积分时间表征积分作用的强弱。积分时间表征积分作用的强弱。520151015u(t)mine(t)102431min实际实际PIPI调节器的传递函数为：调节器的传递函数为： STKSTKSWIIIP1111在阶跃偏差信号作用下，利用拉普拉斯反变换可求得实际在阶跃偏差信号作用下，利用拉普拉斯反变换可求得实际PIPI调节器的输出随时间变化的表调节器的输出随时间变化的表达式为：达式为：IITKtIPe

24、KKy111实际实际PIPI调节器的阶跃响应特性中下图所示：调节器的阶跃响应特性中下图所示：yKP00ttKPKI由图可知，积分输出并非直线增长，而是按指数由图可知，积分输出并非直线增长，而是按指数（时间常数为（时间常数为K KI IT TI I）规律变化的。最终趋向于饱）规律变化的。最终趋向于饱和。其稳态值（即最大值）为和。其稳态值（即最大值）为K KP PK KI I。此值取决。此值取决于调节器的积分增益于调节器的积分增益K KI I或开环增益（稳态时的放或开环增益（稳态时的放大倍数）大倍数）K K。积分增益积分增益KIKI的意义是，在阶跃信号作用下，的意义是，在阶跃信号作用下，PIPI调

25、节器输出变化的最终值（假定偏差很小，调节器输出变化的最终值（假定偏差很小，输出值未达到调节器的输出限制值）与初始值（即比例输出值）之比：输出值未达到调节器的输出限制值）与初始值（即比例输出值）之比： 0yyKI开环增益开环增益K K和积分增益和积分增益KIKI的关系为：的关系为： IPKKyK当积分增益当积分增益KIKI无穷大时，可证明：无穷大时，可证明： IPTtKy1这时就相当于理想这时就相当于理想PIPI调节器的输出了。实际上，调节器的输出了。实际上，PIPI调节器的调节器的KIKI一般都比较大（数量级为一般都比较大（数量级为10102 210105 5），因此可以认为实际），因此可以认

26、为实际PIPI调节器的特性是接近于理想调节器的特性是接近于理想PIPI调节器特性的。调节器特性的。控制点偏差和调节精度控制点偏差和调节精度实际实际PIPI调节器的调节器的KIKI值比较大但仍是一个限值。因此当调节器的输出稳定在某一值时，测值比较大但仍是一个限值。因此当调节器的输出稳定在某一值时，测量值和给定值之间依然存在偏差（也就是说实际量值和给定值之间依然存在偏差（也就是说实际PIPI调节器不可能完全消除余差），这种偏调节器不可能完全消除余差），这种偏差通常称为控制点偏差。当调节器的输出变化为满度时，控制点的偏差达最大，其值为：差通常称为控制点偏差。当调节器的输出变化为满度时，控制点的偏差达

27、最大，其值为：IPKKyyminmaxmax控制点最大偏差的相对变化值即为调节器的调节精度（控制点最大偏差的相对变化值即为调节器的调节精度（），考虑到调节器输入信号和输），考虑到调节器输入信号和输出信号的变化范围是相等的，故有：出信号的变化范围是相等的，故有：%1001%100minmaxmaxIpKKxx调节精度是调节器的重要指标，它表征调节器消除余差的能力。调节精度是调节器的重要指标，它表征调节器消除余差的能力。KIKI越大，调节精度越越大，调节精度越高，消除余差的能力越强。高，消除余差的能力越强。1(1)IKpTs231s11s( )Y s( )F s( )X s2(1)(31)( )(

28、 )( )(31)2(1)(1)(31)2(1)iiiiiiKp TsTssY sX sF sTssKp TssTssKp Ts1( )X ss2(1)1( )(31)2(1)iiiKp TsY sTssKp Tss0( )lim * ( )1sys Y s 1( )F ss(31)1( )(1)(31)2(1)iiiTssY ssTssKp Tss0( )lim * ( )0sys Y s 积分作用的特点：消除余差，会降低系统稳定性；积分作用的特点：消除余差，会降低系统稳定性；注意事项：注意事项： 引入积分作用以后，能消除余差，但系统的稳定性必然会降低，所以在使用过引入积分作用以后，能消除余

29、差，但系统的稳定性必然会降低，所以在使用过程中应适当降低比例作用（增大比例度或降低比例增益）程中应适当降低比例作用（增大比例度或降低比例增益） 当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；负荷变化过于剧烈当对象滞后很大时，可能控制时间较长、最大偏差也较大；负荷变化过于剧烈时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加微分作用时，由于积分动作缓慢，使控制作用不及时，此时可增加微分作用( )ddde tuTdt微分微分u(t)e(t)z(t)+_x(t)e(t)u(t)TT+e(t)u(t)00+AtTdA( )( ) ( )pdde tu tKe tTdt( )(1) pdG sKT

30、 seKp( )pdde tK Tdte(t)Ae(t)0Atu(t)T+KpA(a)u(t)0+e(t)=Atu(t)=(Td+t)A(b)()()dpddTdudeuKeTKdtdt(1)( )( )( )1pdddKT sU sG sT sE sKd1:11(1)( )11 111 1 1(1)dddpdddTddKdpdddpdtpdKT sau tLT ssKTTKK aLTssKKK aLssK aKe令e(t)au(t)0.632KP(Kd-1)aKPaKdKPa(Kd-)KPad当t = 0+时 uKdKPa当t 时 uKpa当t = d时 uKPa0.368（Kd1）KPaK

31、p的测定：的测定：u( )/aKd的测定：的测定：u(0)/u( )Td的测定：测出的测定：测出d后乘以后乘以Kd实际比例微分控制器在幅度为实际比例微分控制器在幅度为A A的阶跃偏的阶跃偏差作用下的开环输出特性，见左图。差作用下的开环输出特性，见左图。阶跃偏差作用下实际比例微阶跃偏差作用下实际比例微分开环输出特性分开环输出特性0 ,(0 ),( )0.368(1),( )CDDCDCDCtuK K ATtTu TK A KK AKtuK A )exp() 1()(TtKAKAKtuDcc由：由：得：得： 微分增益微分增益K KD D是固定不变的，只与控制器的类型有关。是固定不变的，只与控制器的

32、类型有关。电动控制器的电动控制器的K KD D一般为一般为5 51010。如果。如果K KD D =1=1，则此时等同，则此时等同于纯比例控制。于纯比例控制。 K KD D 1 1，称为正微分。，称为正微分。K KD D 1 1的，称为的，称为反微分器，它的控制作用反而减弱。这种反微分作用运反微分器，它的控制作用反而减弱。这种反微分作用运用于噪音较大的系统中，会起到较好的滤波作用。用于噪音较大的系统中，会起到较好的滤波作用。)Ttexp() 1K(AKAK) t (uDcc阶跃偏差作用下实际比例微分阶跃偏差作用下实际比例微分开环输出特性开环输出特性微分作用的特点：微分作用的特点：对于有过渡滞后

33、的对象，采用对于有过渡滞后的对象，采用PDPD控制能明显改善过渡过程的品质；控制能明显改善过渡过程的品质； PDPD控制有超前作用控制有超前作用 T Td d ，微分作用加强，系统稳定性提高，表现为：，微分作用加强，系统稳定性提高，表现为： 衰减比增大；过渡过程最大偏差减少衰减比增大；过渡过程最大偏差减少e emaxmax ；过渡时间；过渡时间t tp p ； T Td d太大，微分作用太强，导致反应速度过快，引起系统振荡太大，微分作用太强，导致反应速度过快，引起系统振荡 引入微分作用以后，不能消除余差，但余差会有所减少引入微分作用以后，不能消除余差，但余差会有所减少 微分作用对纯滞后的对象不

34、起作用。微分作用对纯滞后的对象不起作用。微分作用适用于过渡滞后强的对象，如：温度对象微分作用适用于过渡滞后强的对象，如：温度对象(其他系统较少用其他系统较少用 )微分作用对高频噪声非常敏感，在流量控制系统总流量测量信号通常包微分作用对高频噪声非常敏感，在流量控制系统总流量测量信号通常包含脉冲干扰，象这类对象一般不加微分作用。含脉冲干扰，象这类对象一般不加微分作用。有些系统由于反应太快，可加有些系统由于反应太快，可加“反微分反微分”，以降低系统的灵敏度。，以降低系统的灵敏度。现场控制系统中用比例微分作用的不多，较常见的是比例积分微分三作现场控制系统中用比例微分作用的不多，较常见的是比例积分微分三

35、作用控制规律（通常称为用控制规律（通常称为PID控制）。控制）。 1( )()1( )(1)pdipdideu tKeedtTTdtG sKT sTs11( )11dipdiidT sTsG sKT sK TsK1( )(1)pdiG sKT sTs11( )11dipdiidT sTsG sKT sK TsKuPuDuPIDe(t)e(t)uPuDuPIDuIuI三种规律的概括：三种规律的概括：比例作用的输出与偏差成正比，依比例作用的输出与偏差成正比，依“偏差的大小偏差的大小”来动作。来动作。积分作用的输出的变化速度与偏差成正比，依积分作用的输出的变化速度与偏差成正比，依“偏差是否存在偏差是

36、否存在”来动作。来动作。微分作用的输出与偏差的变化速度成正比，依微分作用的输出与偏差的变化速度成正比，依“偏差变化速度偏差变化速度”来动作。来动作。工人师傅的顺口溜工人师傅的顺口溜比例：比例： 积分：积分： 微分：微分：比例调节器比例调节器 重定调节器重定调节器 说起微分器说起微分器象个放大器象个放大器 累积有本事累积有本事 一点不神秘一点不神秘一个偏差来一个偏差来 只要偏差在只要偏差在 阶跃输入来阶跃输入来放大送出去放大送出去 累积不停止累积不停止 输出跳上去输出跳上去放大是多少放大是多少 累积快与慢累积快与慢 下降快与慢下降快与慢旋钮看仔细旋钮看仔细 旋钮看仔细旋钮看仔细 旋钮看仔细旋钮看

37、仔细比例度旋大比例度旋大 积分时间长积分时间长 微分时间长微分时间长放大倍数低放大倍数低 累积速度低累积速度低 下降就慢些下降就慢些选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 位式控制位式控制 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。控变量波动范围较宽的场合。 比例控制比例控制 优点：比例控制克

38、服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。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、工艺允许被控适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺允许被控变量存在余差的场合。变量存在余差的场合。 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 比例微分控制比例微分控制 优点：利用微分超前的作用，在被控对象具有较大滞后的优点：利用微分超前的作用，在被控对象具有较大滞后的场合下，将会有效地改善

39、担制质量。场合下，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。生事故。 比例积分微分控制比例积分微分控制 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。点。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。 比例积分控制比例积分控制 优点：系统在过渡过程结束时无余差优点：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，过渡时间缺点：系统的超调量、振荡周期都会相应增大，过渡时间也

40、会相应增加。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。控变量存在余差的场合。 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 保证整个控制系统形成负反馈。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

41、定的，因此为了使系统构成负反馈，应对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。控制器的正反作用进行调整。 所谓作用方向，就是指输入变化后，输出的变化方向。所谓作用方向，就是指输入变化后，输出的变化方向。当输入增加时，输出也增加，则称该环节为当输入增加时，输出也增加，则称该环节为“正作用正作用”方方向；反之，当环节的输人增加时，输出减小，则称该环节向；反之，当环节的输人增加时，输出减小，则称该环节为为“反作用反作用”方向。方向。何谓何谓“正正”、“反反”作用？作用？控制器正控制器正 反作用选择的基本原则反作用选择的基本原则选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择

42、控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述控制器正控制器正 反作用选择的步骤反作用选择的步骤1 1、判断被控对象的正反作用方向，由工艺机理确定、判断被控对象的正反作用方向，由工艺机理确定 ；2 2、判断执行器的正反作用方向，由工艺安全条件选定，其、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；安全； 3 3、确定广义对象的正反作用方向，一般、确定广义对象的正反作用方向，一般测量变送环节为正测量变送环节为正作用方向作

43、用方向，根据被控对象和执行器的作用方向，确定广义，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；对象的正反作用方向；4 4、确定控制器的正反作用方向，广义对象正作用方向，则、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。控制器应选择为反作用，反之亦然。被控变量被控变量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节干扰干扰偏差偏差设定值设定值广义对象广义对象燃料气TC加热炉出口温度控制加热炉出口温度控制控制器正控制器正 反作用选择的实例反作用选择的实例选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节

44、阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述液位控制液位控制选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述（1 1）熟悉被控对象和整个控制系统，检查所有仪表及连接）熟悉被控对象和整个控制系统，检查所有仪表及连接管线、气管线、电源、气源等，以保证接线的正确性，及管线、气管线、电源、气源等，以保证接线的正确性，及故障时能及时确定故障原因；故障时能及时确定故障原因；（2 2）根据经验或估算比例度）根据经验或估算比例度 、积分时间、积分时间T TI I和微分时间

45、和微分时间T TD D的数值，或将控制器放在纯比例作用，比例度放在较大位的数值，或将控制器放在纯比例作用，比例度放在较大位置；置；（3 3）确认控制阀的气开、气关作用；确认控制器的正、反）确认控制阀的气开、气关作用；确认控制器的正、反作用；作用；（4 4）手动操作执行器，待工况稳定后，将控制器由手动状）手动操作执行器，待工况稳定后，将控制器由手动状态切换到自动状态，控制系统由开环控制变为闭环控制。态切换到自动状态，控制系统由开环控制变为闭环控制。 初步投运过程基本结束。但控制系统的过渡过程不一定初步投运过程基本结束。但控制系统的过渡过程不一定满足要求，需要进一步整定比例度满足要求，需要进一步整

46、定比例度 、积分时间、积分时间T TI I和微分和微分时间时间T TD D三个参数。三个参数。 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述 就是按照已定的控制方案，求取使控制质量最好的控制就是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器参数值。即确定最合适的控制器比例度、积分时间、积分时间T TI I和微分时间和微分时间T TD D，使控制质量能满足工艺生产的要求。，使控制质量能满足工艺生产的要求。 对于简单控制系统来说，一般希望过渡过程呈对于

47、简单控制系统来说，一般希望过渡过程呈4:14:1至至10:110:1的衰减振荡过程。的衰减振荡过程。 什么是什么是“参数整定参数整定”？yt4:1yt10:1参数整定方法：理论计算、工程整定（又叫经验整定方法，参数整定方法：理论计算、工程整定（又叫经验整定方法，分为临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法）分为临界比例度法、衰减曲线法、经验凑试法） 选择被控变量选择被控变量选择控制变量选择控制变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述临界比例度法临界比例度法 先将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，从大到小先将控制器放在纯比例作用，在干扰作用下，从大到小地逐渐改变控制器的比例度，直至系统产生等幅振荡，这地逐渐改变控制器的比例度，直至系统产生等幅振荡，这时的比例度称为时的比例度称为临界比例度临界比例度K K，周期称为，周期称为临界振荡周期临界振荡周期TkTk。然后按表中的经验公式计算出控制器的各参数整定数值。然后按表中的经验公式计算出控制器的各参数整定数值。Tkttfy临界振荡过程临界振荡过