第八讲控制器

第八讲控制器第1页，共37页，2023年，2月20日，星期一2过程分析仪器

（过程）工业分析仪表山西省离石市的早晨第2页，共37页，2023年，2月20日，星期一3过程分析仪器

（过程）工业分析仪表斯德哥尔摩（瑞典）第3页，共37页，2023年，2月20日，星期一4过程分析仪器

（过程）工业分析仪表吕梁聚富焦化厂第4页，共37页，2023年，2月20日，星期一5过程分析仪器

（过程）工业分析仪表美国钢铁公司位于Clairton的焦化厂全景第5页，共37页，2023年，2月20日，星期一6自动控制系统的方块图

注意：有向线段的方向代表信号的作用方向，而不是物料的流向。第6页，共37页，2023年，2月20日，星期一7第五章自动控制仪表本章主要内容：1、常用的调节规律（控制算法）；2、模拟调节器；3、数字调节器。第7页，共37页，2023年，2月20日，星期一8一.控制系统的基本概念回顾过程自动化的概念：过程自动化是化工、炼油、食品、轻工、电力等流程工业生产过程自动化的简称。在生产设备上，配上一些自动化装置（仪表），代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，并达到预定的目标，这种用自动化装置来管理生产过程的办法，称为生产过程自动化。第8页，共37页，2023年，2月20日，星期一91、自动控制系统的基本组成

(1)、被控对象：生产中要求控制的生产设备（或过程）；

(2)、测量元件或变送器：对被控参数进行测量的仪表；

(3)、控制器：把被控参数的测量值与给定值相减得出偏差，并按某种运算规律算出结果，同时将此结果送给调节阀；

(4)、调节阀：根据控制器送来的信号的大小，自动改变阀的开启度，调节介质的流量，实现控制的目的。一.控制系统的基本概念回顾第9页，共37页，2023年，2月20日，星期一103、自动控制系统的有关名词术语

（1）被控对象（受控对象）；（2）被控变量（受控变量）：控制对象内要求以一定的精度保持恒定或随某一参数（给定值）的变化而变化的变量；（3）给定值：要求被控参数所保持或遵循的数值（4）偏差：给定值与测量值的差值（5）干扰：影响被控变量，使其偏离给定值的因素（6）操纵变量：影响被控变量，克服干扰（补偿干扰对被控变量的影响），使被控变量回到给定值的（调节阀的输出）变量；（7）控制作用：控制器的输出一.控制系统的基本概念回顾第10页，共37页，2023年，2月20日，星期一114、自动控制系统的分类（1）、定值控制系统：给定值保持不变的系统。系统的任务是是被控变量以一定的精度保持在给定值上不变；（2）、随动控制系统：给定值是随机变化的，这种变化是事先不知道的；（3）、程序控制系统：给定值是按事先规定的程序变化的。5、控制系统的任务6、系统的质量指标一.控制系统的基本概念回顾第11页，共37页，2023年，2月20日，星期一127、影响控制系统控制质量的主要因素

被控对象是核心测量仪表是基础控制器是灵魂调节阀（执行器）是关键一.控制系统的基本概念回顾第12页，共37页，2023年，2月20日，星期一13换热器出口温度自动控制系统分析举例：

一.控制系统的基本概念回顾工作过程，从状态说起…第13页，共37页，2023年，2月20日，星期一14控制器的首要功能

将被控变量的测量值与给定值进行比较得出偏差，然后根据偏差的大小，按照某种运算规律发出控制信号，送往执行器，以实现对被控变量的自动控制。…

二、控制器常用的控制规律及其对系统质量的影响调节器被控对象测量变送装置+－SP执行器4～20mA4～20mA被控变量干扰操纵变量操纵变量：影响被控变量，克服干扰（补偿干扰对被控变量的影响），使被控变量回到给定值的（调节阀的输出）变量第14页，共37页，2023年，2月20日，星期一15双位控制理想双位控制第15页，共37页，2023年，2月20日，星期一16实际双位控制第16页，共37页，2023年，2月20日，星期一17比例控制系统示意图特点：及时；有余差（用此图说明）注：控制器的常用控制规律用黑板第17页，共37页，2023年，2月20日，星期一18常用的几种控制规律总结

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。

比例控制

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。第18页，共37页，2023年，2月20日，星期一19

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生事故。

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、工艺不允许被控变量存在余差的场合。

第19页，共37页，2023年，2月20日，星期一20比例作用是最基本的控制作用，在整个控制过程中都起作用，微分作用主要在控制前期起作用，而积分作用主要在控制后期起作用。第20页，共37页，2023年，2月20日，星期一21五、调节器控制规律（算法）的选择控制规律应根据过程特性和控制要求来选择

①当广义过程控制通道的时间常数大，或多容量引起的容量滞后大时，采用微分作用有良好效果，积分作用可以消除余差，因此，可选用PID或PD控制规律。例如温度过程，此时若选用PI控制规律则因积分作用有滞后，致使控制质量差。第21页，共37页，2023年，2月20日，星期一22五、调节器控制规律（算法）的选择

控制规律主要根据过程特性和控制要求来选择。②当广义过程控制通道存在纯滞后时，若用微分作用来改善控制质量是无效的。也就是说，微分作用对克服纯滞后是无能为力的。第22页，共37页，2023年，2月20日，星期一23③当广义过程控制通道的时间常数较小，系统负荷变化也较小时。为了消除余差，可以采用PI控制规律，如流量过程。④当广义过程控制通道时间常数较小，而负荷变化很大时，这时采用微分作用和积分作用都易引起振荡。如果控制通道时间常数很小时，可采用反微分作用来提高控制质量。第23页，共37页，2023年，2月20日，星期一24⑤当广义过程控制通道的时间常数或时滞很大，而负荷变化又很大时，简单控制系统无法满足要求，可以设计复杂控制系统来提高控制质量。第24页，共37页，2023年，2月20日，星期一25五、调节器控制规律（算法）的选择

？算法设计第25页，共37页，2023年，2月20日，星期一26控制器的其它功能

一般调节器还需要具备如下功能，以适应自动控制的需要：

偏差指示指示偏差信号模拟调节器——指针式表头全刻度指示：输入信号和设定值分别由不同的指针在0～100％范围指示偏差值指示：仅利用一个指针来指示偏差信号±30％数字控制器——通过LED或者液晶屏显示第26页，共37页，2023年，2月20日，星期一27控制器的其它功能输出显示显示调节器输出信号的大小，习惯上输出显示表也称作阀位表。内、外给定的选择给定信号可以由调节器内部产生，也可以由其它仪表外部提供内给定的调整正、反作用的选择何谓正作用？何谓反作用？为了构成一个负反馈控制系统，必须正确的确定调节器的正、反作用。调节器的正、反作用，是通过正、反作用开关来选择的。若设定值为内给定，用户可以调整调节器上的内给定拨盘来改变设定值第27页，共37页，2023年，2月20日，星期一28控制器的其它功能

手/自动双向切换何谓手动？何谓自动？为什么要进行手自动切换？

手动操作可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出

无扰动切换手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节器的输出信号不发生突变（即必须要求无扰动切换）Kp/Ti/Td的设置改变控制器的特性第28页，共37页，2023年，2月20日，星期一29三、模拟控制器12345667DDZ－III型调节器正面图1－位号牌2－内外给定指示3－内给定设定拨盘4-A/M/H切换5－阀位表6－软手动操作扳键7－双针全刻度指示表调节器的简单认识第29页，共37页，2023年，2月20日，星期一30控制器调节器的简单认识第30页，共37页，2023年，2月20日，星期一31模拟控制器结构方块图

控制算法由电路实现，硬件决定一切第31页，共37页，2023年，2月20日，星期一32四、数字控制器PLC

数字控制器（含CPU，控制算法由程序实现）

第32页，共37页，2023年，2月20日，星期一33来不及等待来不及沉醉

噢来不及沉醉

年轻的心迎着太阳

一同把那希望去追

我们和心愿心愿再一次约会

让光阴见证让岁月体会

我们是否无怨无悔

再过二十年我们来相会

那时的山噢那时的水

那时祖国一定很美

但愿到那时我们再相会

那时的春噢那时的秋

那时硕果令人心醉

来不及感慨来不及回味

噢来不及回味

多彩的梦满载理想

一同向着未来放飞

我们把蓝图蓝图再一次描绘

让时代检阅让时光评说

我们是否问心无愧

再过二十年我们来相会

那时的天噢那时的地

那时祖国一定更美

但愿到那时我们再相会

那时的你噢那时的我

那时成就令人欣慰

那时的你噢那时的我那时我们再相会（重复）

跨世纪的新一辈

那时我们再

相

会第33页，共37页，2023年，2月20日，星期一34

年轻的朋友们今天来相会,

荡起小船儿暖风轻轻吹,

花儿香,鸟儿鸣,春光惹人醉,

欢歌笑语绕着彩云飞。

啊,亲爱的朋友们,

美妙的春光属于谁?属于我,属于你,属于我们八十年代的新一辈!

啊,亲爱的朋友们,

美妙的春光属于谁?

属于我,属于你,

属于我们八十年代的新一辈!

再过二十年我们重相会,

伟大的祖国该有多么美!

天也新,地也新,春光更明媚,

城市乡村处处增光辉。

啊,亲爱的朋友们,

创造这奇迹要靠谁?

要靠我,要靠你,

要靠我们八十年代的新一辈!

啊,亲爱的朋友们,

创造这奇迹要靠谁?

要靠我,要靠你,

要靠我们八十年代的新一辈!

但愿到那时我们再相会,

举杯赞英雄,光荣属于谁,

为祖国,为“四化”,流过多少汗?

回首往事心中可有愧?

啊,亲爱的朋友们,

愿我们自豪地举起杯,

挺胸膛,笑扬眉,

光荣属于八十年代的新一辈!

啊,亲爱的朋友们,

愿我们自豪地举起杯,

挺胸膛,笑扬眉,

光荣属于八十年代的新一辈!...

第34页，共37页，2023年，2月20日，星期一35全世界的小孩撞到桌子都会哭

中国的小孩从那边跑过来，撞到这张桌子上，他哭起来。“小宝贝不要哭，妈妈打这桌子，妈妈打这桌子”，这是多数中国妈妈的方式。

在东京，一个小孩从那边跑过来，撞到这张桌子上，他哭起来。日本妈妈马上带他过来，说：“再走一遍！再走一遍！”，下次他就从旁边走过去了。妈妈接着讲：“一个小孩会撞到桌子，可能有三个理由：第一个，跑步冲得太快，来不及刹车；第二个，头一直低着，没注意看；第三个，心中不知道在想什么。你是哪一个？”第35页，共37页，2023年，2月20日，星期一36全世界的小孩撞到桌子都会哭在