过程控制工程第一章单回路控制系统

过程控制工程第一章单回路控制系统第1页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.1单回路系统的结构组成●

单回路反馈控制系统

四个基本环节：被控对象、测量变送、控制器和控制阀反馈控制中的最基本系统特点：简单、有效、应用最成熟、最普遍---占70%以上第2页，共81页，2023年，2月20日，星期四例2：水槽液位控制系统1.1单回路系统的结构组成F1增加→L增加→变送器输出信号增加→偏差（测量值-设定值）为正、增加→控制器输出减小→阀开度增加→F2增加→L降低；工作过程：F1F2LCF1F2A.C

第3页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.1单回路系统的结构组成控制器控制阀被控对象测量变送偏差给定测量液位●给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。也称为参考输入量（信号）。●被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。●

输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程称为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。第4页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.1单回路系统的结构组成●控制系统的原理和作用（定值）●维持被控参数保持在设定值上，偏差越小越好●偏差控制：纠正偏差过程工业中，此类系统占大多数●按被控参数分类：温度控制回路、压力控制回路、流量控制回路、物位（液位）控制回路第5页，共81页，2023年，2月20日，星期四单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章第6页，共81页，2023年，2月20日，星期四●控制系统的设计目标

1.2被控变量的选择即，要控制什么基于工艺要求，选择的结果直接影响生产（产品产量、质量、生产安全）第7页，共81页，2023年，2月20日，星期四●分类1.2被控变量的选择直接控制

最基本的热工参数，一般是可以直接进行测量和控制的参数温度、压力、液位、流量间接控制

质量指标，以及一些特殊的参数成份、物性参数等，在一般条件下，无法直接测量和控制应根据工艺参数的关系，用可测的参数，间接进行控制第8页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.2被控变量的选择例1：苯、甲苯二元精馏系统

质量指标是最重要的控制参数如塔顶产品的纯度xD

但xD

目前无法直接测量，因此，只能用间接控制参数进行控制。根据精馏原理，xD=f(TD,p),即与温度和压力成非线性函数关系。理论上，固定一项，就可用另一项控制xD

。一般的，实际中都采用恒定p，通过控制塔顶温度来控制塔顶成分。

第9页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.2被控变量的选择选择原则：（1）

测量滞后P

（2）

工艺合理性T工艺合理性：①规定塔压稳定，保证分离度，保证效率②各块塔板压力恒定，XD与T有对应关系∴选择XD=F（T）050100%苯、甲苯百分含量（%）050100%TP一定T一定P第10页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.2被控变量的选择●选择被控变量的原则（1）尽可能选择直接质量指标参数；（2）必须选择间接量指标参数时，选择对目标参数影响最显著的可控参数，单值对应关系最好；（3）灵敏度好，反映产品质量变化，易于控制；（4）考虑工艺的合理性、测量仪表的选择。操纵变量的选择：（1）一般选系统中可以调整的物料量或能量参数，多是流量；（2）不止一个，重要因素第11页，共81页，2023年，2月20日，星期四单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章第12页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择●对象特性分析精馏塔:

影响塔顶成分的有,温度、压力、进料流量、进料成分等

对于实际过程，影响输出的因素一般不只一个，因此，实际上都是多输入系统（MIMO)F1F2FnY第13页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择设计单回路控制系统:

必须从影响被控量的诸多影响参数中

选择一个，作为操纵变量

其它影响量则只能视作干扰量了控制：用操纵量克服干扰量对被控变量的影响F1(s)F2(s)U(s)Y(s)Y(s)=GPC(s)U(s)+GPD1(s)F1(s)+GPD2(s)F2(s)第14页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择操纵量—输出：控制通道干扰量—输出：干扰通道干扰作用与控制作用相互对立而存在问题：如何选择一个良好的操纵变量。分析通道特性通道的概念：通道就是某个参数影响另外一个参数的通路第15页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择●

干扰通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)

GPC(s)Y(s)F(s)干扰作用下的闭环传递函数为：第16页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（1）放大倍数Kf的影响结论：

Kf越大，系统的余差也越大，控制质量越差Y()=Kf1+KCKo分析过程：Y(s)=GPD(s)1+Gc(s)GPC(s)F(s)第17页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（2）时间常数Tf的影响

结论：Tf越大，个数越多，干扰对被控变量的影响越小，系统的动态偏差越小，控制质量提高干扰进入系统的位置：越离被控变量近的干扰，对被控变量的影响也越大第18页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（3）纯滞后τf的影响

结论：

干扰通道的纯滞后对控制系统质量没有影响，只是滞后了干扰对控制的影响Y(s)=GPD(s)e-τs1+Gc(s)

GPC(s)F(s)第19页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择

干扰通道特性对控制质量的影响特性参数静态质量的影响动态质量的影响Kf增加余差增加无影响Tf增加无影响过渡过程时间减小，振荡幅值减小f增加无影响无影响第20页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择●

控制通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)第21页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（1）放大倍数K0的影响静态：控制通道放大倍数K0大，控制系统稳态余差小，见式（1-7）动态：控制系统衰减比ξ与Kc与K0的乘积有关，见式（1-18），且

KcK0越大，ξ越小，稳定性差，因此，要保证KcK0=常数。在KcK0=常数情况下，控制系统稳态余差不变。从控制角度看，K0大些，说明控制通道对系统的影响大，易于调节，因此，一般希望K0大些好第22页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（2）时间常数T0的影响从控制系统传递函数推导进行分析结论：控制通道的时间常数大，经过的容量数多，系统的工作频率低，控制不及时、系统控制质量差，如温度系统。

一般希望控制通道时间常数小些好。但控制通道时间常数过小，将使得系统过于灵敏，也会使稳定性变差，如流量系统

第23页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择（3）纯滞后τ0的影响

结论：纯滞后τ0的存在，使得控制不及时，增加动态偏差，降低稳定性。

控制通道纯滞后是控制系统非常不利的因素，会严重影响控制系统品质，以至于使控制系统发散，造成严重后果，因此，实际工程中，必须重视。

第24页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择●操纵变量的选择

兼顾考虑工艺的合理性，工艺上不易频繁改变的量也不宜作为操纵变量。实质上是决定了控制通道的选择。原则：（1）

操纵变量必须可控（2）

选择通道放大倍数相对大的（3）选择通道时间常数相对小的（干扰通道时间常数大些）（4）选择通道的纯滞后尽量小（5）选择使干扰点远离被控变量而靠近控制阀第25页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择控制通道特性对控制质量的影响图特性参数对静态质量的影响对动态质量的影响K0增加余差减小（稳定前提下）系统趋向于振荡T0增加无影响过渡过程时间增加，系统频率变慢0增加无影响稳定程度大大降低第26页，共81页，2023年，2月20日，星期四单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章第27页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.4控制阀的选择控制系统的执行部件接受控制器的命令执行控制任务。选择内容：口径大小、开闭形式、流量特性、结构形式第28页，共81页，2023年，2月20日，星期四口径大小●●直接决定介质流过的能力1.4控制阀的选择

通过计算阀的流通能力，并且保证具有一定的余量，具有较宽的可控范围。

口径过大，正常流量时阀门处于小的开度，阀的特性不好；

口径过小，正常流量时阀门处于大的开度，阀的特性也不好。第29页，共81页，2023年，2月20日，星期四开闭形式●●气动控制阀：1.4控制阀的选择●电动控制阀：一般均为电开式（电机带动阀门）气开式—输入气压信号（来自控制器）增大，阀的开度增大；气闭式—输入气压信号（来自控制器）增大，阀的开度减小；第30页，共81页，2023年，2月20日，星期四控制阀的气开、闭形式的选择原则：●1.4控制阀的选择（1）安全角度：即当出现意外事故时，如气源中断，或电源中断，此时输入控制阀的气压信号最小，这时，考虑到工艺设备的安全性，必须使阀门全闭（气开式）或阀门全开（气闭式）如：锅炉燃气控制阀——气开式

（2）质量角度：出现以外事故，考虑产品质量（3）消耗角度：原料、成品及动力消耗（4）介质特点：特殊介质，考虑气结晶、蒸发等因素

具体工艺过程，对控制阀开闭有要求的场合，要区分主次因素（安全第一），对控制阀开闭没有要求时，可以任选第31页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.4控制阀的选择流量特性●流量特性：指流体通过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系

Q/Qmax=f(L/Lmax)Q/Qmax相对流量f(L/Lmax)相对开度第32页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.4控制阀的选择流量特性●

目前控制阀的特性有三种：

线性特性、对数特性（等百分比特性）、快开特性

L/LmaxF/Fmax第33页，共81页，2023年，2月20日，星期四

一般的，生产负荷变化→对象特性发生变化如，热交换器：负荷（被加热的流体）增大：通过热交换器的时间缩短，纯滞后减小；特性改变流速增大，传热效果变好控制系统投运时，已经整定好了PID参数，一旦对象特性发生变化时，原来好的PID参数就变得不好了1.4控制阀的选择流量特性●●什么时候选择非线性特性？第34页，共81页，2023年，2月20日，星期四（1）选择自整定调节器，代价大（2）通过控制阀的特性选择进行弥补

K∝1/K0G0如对象负荷静态部分K0与控制阀流量F成反比，对象负荷动态部分G0与控制阀流量F成正比，控制阀特性取线性；P15表1-1控制阀流量特性的选择课本P15分析的例子P16表1-2控制阀流量特性经验选择1.4控制阀的选择流量特性●解决办法：第35页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.4控制阀的选择结构形式●直通单座、直通双座、角阀、高压阀、蝶阀、隔膜阀、三通阀适用于不同工艺场合表1-4

ABC第36页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.4控制阀的选择阀门定位器●

控制阀的辅助装置

接受控制器信号，输出控制控制阀

作用：

提高控制阀控制精度，准确定位；功率放大；可改变控制阀流量特性；可实现分程控制

第37页，共81页，2023年，2月20日，星期四单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章第38页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.5测量及传送滞后的影响及消除方法测量滞后的影响●●容量滞后：

由于测量元件具有一定的时间常数，一阶惯性环节理论上讲，只有当过渡时间无限长时，输出才能达到稳态（等于工艺参数值）。因此，测量变送的输出一般小于工艺参数实际值，不利于系统控制测量变送装置的容量滞后对控制系统不利。第39页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.5测量及传送滞后的影响及消除方法测量滞后的影响●●纯滞后：

参数变化信号传递到测量点需要一定的时间

使得广义对象中含有纯滞后环节，不利于控制，要尽量克服第40页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.5测量及传送滞后的影响及消除方法传递滞后的影响●

测量信号传送滞后：变送器→控制室控制信号传送滞后：控制室→控制阀

生产现场与控制室有较长的一段距离，对于气动信号的传递，就会产生信号的传送滞后。一般比较小，对于电信号，可以忽略。

第41页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.5测量及传送滞后的影响及消除方法克服滞后的办法●●测量滞后：选择快速反应的测量元件，以减小时间常数选择合适的测量点，以减小纯滞后使用微分单元，以克服容量滞后

微分环节起到超前作用，参考书上的推导，在分子上多了一个零点，对给定值的变化起到快速跟踪作用。但是，微分环节会使得系统稳定性变差，因此，要合理使用。

第42页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.5测量及传送滞后的影响及消除方法克服滞后的办法●●传送滞后：一般，气动仪表容易产生传送滞后，在气动管线比较长时，可考虑加入气动继动装置。第43页，共81页，2023年，2月20日，星期四单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章教学进程第44页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择控制质量：系统的稳定性系统的静态误差系统的动态误差PID

三作用控制器PID：Proportional

IntegralDerivativePID控制：对偏差信号

(t)进行比例、积分和微分运算变换后形成的一种控制规律。第45页，共81页，2023年，2月20日，星期四其中：Kpe

(t)——

比例控制项，Kp为比例系数

——

积分控制项，Ti为积分时间常数；

——

微分控制项，d为微分时间常数；1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择

PID控制器，3个可调整的参数：比例度δ（P）、积分时间Ti（I）、微分时间Td（D）

PID控制的传递函数：第46页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择●PID控制是控制工程中技术成熟、理论完善、应用最为广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型结构。●在很多情形下，PID控制并不一定需要全部的三项控制作用，而是可以方便灵活地改变控制策略，实施P、PI、PD或PID控制。显然，比例控制部分是必不可少的。●PID不仅适用于数学模型已知的控制系统，而且对大多数数学模型难以确定的工业过程也可应用。●PID控制参数整定方便，结构灵活，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。第47页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.6.1控制器参数对系统静态误差的影响R(s)E(s)Gc(s)Go(s)F(s)F(s)Go(s)E(s)Gc(s)第48页，共81页，2023年，2月20日，星期四终值定理：1.6.1控制器参数对系统静态误差的影响结论：

当控制器为纯比例作用时，系统余差与放大倍数成反比，即与比例度成正比，比例度δ越大，余差越大；当控制器引入积分作用时，可消除余差；微分作用对余差没有影响。

第49页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.6.2对系统动态误差的影响（1）比例放大倍数K的影响：

Kc0，相当于开路

Kc

控制精度提高（余差减小），——矛盾

系统稳定性变差，只有原系统稳定裕量充分大时才采用纯比例控制。0ty(t)

Kc增大比例控制器：第50页，共81页，2023年，2月20日，星期四（2）Ti的影响：比例作用基础上叠加对偏差的积分输出—消除余差

Ti小，积分作用强，消除余差的能力强，但是，系统振荡加剧，衰减比变小；

Ti大，积分作用弱，消除余差的能力弱。

1.6.2对系统动态误差的影响

PI控制器：0ty(t)

Ti减小第51页，共81页，2023年，2月20日，星期四（3）微分时间Td

：

也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID

微分输出与偏差变化速度成正比，

——“超前”调节作用

Td大，微分作用大，控制系统灵敏，但稳定性变差P、I、D三参数相互配合——控制器参数整定

PD控制器：

1.6.2对系统动态误差的影响第52页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.6.3控制规律的选择

（1）对控制要求不高的参数，可只采用比例控制器；（2）对控制要求不高，且惯性较大的参数，可采用比例-微分控制器；（3）对于精度要求高的，要加入积分规律，PI；（4）较重要，控制精度要求比较高，希望动态偏差小，被控对象的时间滞后比较大的，PID控制规律选择原则：工业常见控制器有：P、PI、PD、PID第53页，共81页，2023年，2月20日，星期四单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章第54页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.7系统的关联及其消除方法1.7.1系统的关联及其影响

如同一条水管安装有多个水龙头，各个龙头的流量相互影响所谓关联，就是系统之间彼此相互有影响提馏段温度与塔底液位控制系统家中煤气供量，高峰期互相影响

TCLC第55页，共81页，2023年，2月20日，星期四由此可见，这两套控制系统存在着相互关联。系统的关联在很大程度上影响控制系统的性能，要非常注意1.7.1系统的关联及其影响关联蒸汽阀开大，蒸汽量增加，温度上升，但同时由于蒸发量增大，塔釜液位会下降；同样，液位阀开大，采出量增加，液位下降，同时由于被加热的液体减少，温度会增加。第56页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.7.2分析系统关联的方法相对增益方法Gc1(s)Gcn(s)R1(s)nnRn(s)Y1(s)Yn(s)U1(s)Un(s)ji第57页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.7.2分析系统关联的方法Gc1(s)Gc2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)U1(s)U2(s)Gc1(s)Gc2(s)R1(s)R2(s)Y1(s)Y2(s)U1(s)U2(s)u不等于u1;u保持不变y不等于y1;y保持不变第58页，共81页，2023年，2月20日，星期四相对增益的计算：j–i通道第一次计算只有第j个操纵变量变化，其它各操纵变量均维持不变的增益：第二次计算其它各操纵变量都变化（处于闭环控制）的增益：于是，j–i通道的相对增益为：

相对增益定义：相互关联程度1.7.2分析系统关联的方法第59页，共81页，2023年，2月20日，星期四（5）λij<0，其它回路闭合时，本回路将变成不稳定（条件稳定回路）（1）λij=1，其它回路闭合与否对本通道没有影响，即，该通道的控制回路与其它系统没有关联；（2）λij>1，其它回路闭合对本通道有影响，即，该通道的控制回路与其它系统有关联，这种关联使得本回路增益变小，负关联。（λij越大关联越大）（3）λij<1，其它回路闭合对本通道有影响，即，该通道的控制回路与其它系统有关联，这种关联使得本回路增益变大，正关联。（λij越小关联越大）（4）λij=0，其它回路开环时，ui对yi没有影响，j–i通道的控制回路不能构成1.7.2分析系统关联的方法第60页，共81页，2023年，2月20日，星期四相对增益矩阵A–布里斯托尔阵列1.7.2分析系统关联的方法（6）λij→∞，只有在其它回路开环时，才能用ui控制yi，即此通道的控制回路才能成立。

可见，可根据λij对1的偏离程度大小判断关联程度λij偏离1越大，系统间相互关联越厉害●

每行（列）相对增益之和为1。●

已知各通道的开环增益K第61页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.7.3削弱或消除系统间关联的方法关键：深入仔细分析关联的产生方法：通过工艺分析，找出关联，并提出解决关联的方法若能计算相对增益（矩阵），可进行量化分析

（1）按照变量配对，若λ均在1的附近，说明关联不大，此时，可采用控制系统参数整定的方法，即拉开工作频率范围，可以削弱关联的影响；（2）若相对增益都离1较远，说明彼此关联较厉害，必须从控制系统设计入手解决，如采用解耦控制方案；（3）相对增益有些离1远，有些在1附近，可采用重新变量配对，再进行处理。第62页，共81页，2023年，2月20日，星期四例子：离心泵输出管线上的流量和压力控制控制系统

流量和压力控制系统存在关联，可采用控制器参数整定的方法，拉开各自的工作频率。若流量控制重要，可使流量控制器敏感些（减小比例度，减小微分时间），这样，系统出现扰动，流量系统快速调整，然后，压力系统再缓慢控制。反之亦然。

1.7.3削弱或消除系统间关联的方法PCFC第63页，共81页，2023年，2月20日，星期四单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章教学进程第64页，共81页，2023年，2月20日，星期四

原则：系统开环总放大倍数必须为负值（保证负反馈）1.8单回路系统投运和整定控制器正反作用的确定Gc(s)Gv(s)Go(s)

Gm(s)R(s)E(s)Y(s)根据：对象Go(s)、控制阀Gv(s)、测量变送器Gm(s)的正反作用，保证：总符号为负，确定：控制器Gc(s)的符号。第65页，共81页，2023年，2月20日，星期四正：输入信号，输出信号负：输入信号，输出信号

●

对象、控制阀、测量变送装置●

若控制阀为气闭式，膜头压力增大阀门关小●对象特性，输出流量F2增大，液位L减小●测量变送●控制器符号应该为负，即反作用LC水槽液位控制系统1.8单回路系统投运和整定第66页，共81页，2023年，2月20日，星期四一般，对于仪表控制器，都带有正反作用开关，对于计算机控制，可以通过程序设置

1.8单回路系统投运和整定1.8.1控制系统投运

●关键是自动和手动的切换要求，必须保证是无扰动切换手动：通过控制器，手动给出控制器的输出，手动输出自动：控制器根据偏差，自动计算给出控制器的输出，自动输出无扰动切换第67页，共81页，2023年，2月20日，星期四手动时，自动输出跟踪手动输出自动时，手动输出跟踪自动输出1.8.1控制系统投运双向平衡无扰动切换●

电动III型、I系列、EK系列●电动II型

一般，仪表控制器带有自动/手动切换开关，计算机控制时，也必须设置这样的开关第68页，共81页，2023年，2月20日，星期四1.8.2控制系统整定目前基本控制器一般均为PID控制器（比例、积分、微分控制器）PID控制器整定，调节P、I、D参数，使得控制系统的控制性能指标达到满意。一旦控制控制系统安装到位，控制系统的品质就取决于控制器的参数设置●整定的目的对象特性、控制方案、干扰的形式和大小、控制器参数整定

选择什么样的控制系统性能指标常见的，如4：1衰减等，根据不同的实际情况，有所不同。第69页，共81页，2023年，2月20日，星期四●整定方法两类：理论计算和工程整定方法1.8.2控制系统整定●理论整定方法基于控制原理的计算方法（时域法、频域法、根轨迹法等）例子：已知一广义对象传递函数为：采用纯比列控制器，过渡过程4:1衰减，求。第70页，共81页，2023年，2月20日，星期四●工程整定方法理论整定方法，必须要求已知各个环节的传递函数，对于一般的实际问题，难于满足。另外，理论计算也比较烦琐，工程上一般不采用。工程整定方法，直接在闭合的控制回路中对控制器参数进行整定。经验方法，简单、方便，易于掌握，工程实际中广泛采用。1.8.2控制系统整定第71页，共81页，2023年，2月20日，星期四（1）临界比例度法步骤：

●系统闭环

●TI最大、TD最小（没有积分、微分作用）

●比例度δ放到100%（K=1），由大往小逐渐改变，每改变一次，通过设定值的改变给控制系统施加阶跃干扰，观察输出Y的变化

●若Y衰减振荡，则继续减小δ；若Y发散振荡，则应增大δ

●当Y出现等幅振荡（临界振荡），此时δk称为临界比例度，振荡周期Tk称为临界周期。工程整定方法1.8.2控制系统整定第72页，共81页，2023年，2月20日，星期四

有了δk和Tk后，按经验公式确定δ、Ti、TD，按此参数可使控制系统呈4：1衰减。若还有差距，可适当调整δ1.8.2控制系统整定0tTk等幅振荡曲线临界周期第73页，共81页，2023年，2月20日，星期四

δ%Ti，minTD，minP

2δk