第7章简单控制系统

1、第7章 简单控制系统7.1 简单控制系统的定义与组成7.2 简单控制系统的设计7.3 控制器参数的工程整定17.1 简单控制系统的定义与组成定义： 简单控制系统是由一个测量仪表（测量元件、变送器）、一个控制器和一个执行机构所组成的控制一个对象参数的（单闭环）控制系统。简单控制系统又称单环控制系统。简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元。图7-1 液位控制系统图7-2 温度控制系统27.1 简单控制系统的定义与组成图7-3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。 37.2 简单控制系统的设计一 被控变量的选择定义:生产过程中希望借助自动控

2、制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。(1)工艺过程的重要参数,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，一般是工艺过程中较重要的变量；(2)在工艺系统中易受干扰变化，需要经常调节的参数；(3)尽可能选用直接指标作为被控参数，必要时可用与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。(4)被控变量应方便检测，并有足够的灵敏度；(5)适当考虑系统测控代价, 且必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状；(6)被控变量应是独立可控的。47.2 简单控制系统的设计二 操纵变量的选择操纵变量定义：指在自动控制系统中，用于调节被控变量的参数，称为操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流

3、量。操纵变量的选择原则：(1)操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；(2)操纵变量应具有较高的调节灵敏度：较大的放大倍数K0；较短的滞后时间。(3)符合工艺的合理性和生产的经济性。57.2 简单控制系统的设计三 测量元件的滞后检测系统特性的影响主要表现为时间滞后的作用。造成系统滞后的主要原因有：(1)被测对象滞后：测量点不能及时反映参数的变化。存在容积滞后和/或传递滞后。(2)检测元件滞后：因热容、热阻等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反映参数的变化。(3)信号传递滞后：主要是气动信号传递较慢导致系统反映滞后。67.2 简单控制系统的设计四 控制器控制规律的选择工业上常用的控制器主要有

4、三种控制规律:比例控制规律P、比例积分控制规律PI和比例积分微分控制规律PID。 7-1控制规律的特点及应用场合特点适用于比例控制器控制器的输出与偏差成比例,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。 比例积分控制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。 比例积分微分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。

5、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 77.3 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定: 就是选择适宜的比例度Kp（放大倍数）、积分时间Ti和微分时间TD。控制器参数的工程整定可以采用两种方法：理论计算法：通过理论计算，寻找控制关系；工程整定法：通过实际试验或经验规律选择控制参数。87.3 控制器参数的工程整定一 临界比例度法 指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。 图7-1 临界振荡过程控制作用比例度/%积分时间TI/min微分时间TD/min比例比例+积分

6、比例+微分比例+积分+微分2k2.2k1.8k1.7k0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk表 7-2临界比例度法参数计算公式表特点:(1)比较简单方便，容易掌握和判断，适用于一般的控制系统。(2)对于临界比例度很小的系统不适用。(3)对于工艺上不允许产生等幅振荡的系统本方法亦不适用。 97.3 控制器参数的工程整定二 衰减曲线法通过使系统产生衰减振荡来整定控制器的参数值。具体方法：首先在纯比例控制（ Ti =0， TD =）条件下通过试验选择适宜的比例度s使系统呈现4：1的衰减比；其次再根据所得的比例度和衰减周期通过经验公式计算实际参数值、 Ti 、 TD 。使用条件：干扰作用不太频繁；干扰作用的规律性较强。107.3 控