《过程控制与自动化仪表》 教案 16.简单控制系统

《过程控制与自动化仪表》课程教案NO.16授课班级周次日期任课教师复习提问控制规律及执行器分类学习模块模块六过程控制系统学习任务任务2简单控制系统授课内容简单控制系统设计及参数整定课时2教学目标知识目标：1.了解简单控制系统组成；2.掌握简单控制系统设计；3.掌握控制器参数的工程整定。能力目标：1.培养学生简单控制系统设计能力；2.培养学生解决问题的能力。素质目标：1.培养学生实事求是的科学态度、严谨的工作作风和勇于进取的精神。重点难点重点：简单控制系统设计；难点：控制器参数整定。授课过程步骤内容方法、资源运用1简单控制系统组成多媒体课件、实例演示2简单控制系统方案设计多媒体课件、实例演示3简单控制系统控制器参数整定多媒体课件、实例演示45授课方式讲授教学地点教室教学资源过程控制系统方案设计图、投影系统、PPT电子课件

教学时间教学内容注释5分钟回顾控制规律及执行器作用方向相关内容，进行复习提问。80分钟一、简单控制系统的组成简单控制系统是指由一个测量元件及变送器、一个控制器、—个控制阀和一个被控对象所构成的闭环负反馈的定值系统。二、简单控制系统控制方案设计1．被控变量的选择1）尽量选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可按工艺操作的要求直接测量的工艺参数（如温度、压力、流量等）作为被控变量；2）当不能用直接测量的参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系、满足工艺的合理性的间接参数作为被控变量；3）被控变量必须具有足够大的灵敏度且线性度好，滞后要小，以利于得到高精度的控制质量；4）必须考虑工艺流程合理性和自动化仪表及装置的现状。举例：（大屏幕投影）逐一解说被控变量选择步骤，案例分析让学生加深印象。2．操纵变量的选择1）操纵变量必须是工艺上允许调节的变量。2）操纵变量应该是系统中所有被控变量的输入变量中对被控变量影响最大的一个。控制通道的放大系数K要尽量大一些，时间常数T要适当小些，滞后时间应尽量小。3）不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波动。举例：3．控制规律及控制器作用方向的选择控制规律（1）位式控制适用于滞后较小，负荷变化不大也不剧烈，控制质量要求不高，允许被控变量在一定范围内波动的场合，如恒温箱、电阻炉等的温度控制。（2）比例控制适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统。（3）比例积分控制器适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统。（4）比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统，应用最普遍的是温度、成分控制系统。控制器作用方向的选择控制器的正反作用是关系到控制系统能否正常运行与安全操作的重要问题。要通过改变控制器的正、反作用，以保证整个控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。（1）测量元件及变送器作用方向一般是“正”的。（2）执行器作用方向取决于是气开阀还是气关阀。（3）被控对象作用方向随具体对象的不同而各不相同。（4）控制器当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为“正作用”方向，或者当测量值不变，给定值减小时，控制器的输出增加的称为“正作用”方向。反之，如果测量值增加时，控制器的输出减小的称为“反作用”方向。举例：三、控制器参数工程整定（1）理论计算整定法（2）工程整定法经验法控制对象对象特征δ/%TI/minTD/min流量对象时间常数小，参数有波动，δ要大；TI要短；不用微分40～1000.3～1温度对象容量滞后较大，即参数受干扰候变化迟缓；δ应小；TI要长；一般需加微分20～603～100.5～3压力对象的容量滞后一般，不算大，一般不加微分30～700.4～3液位对象时间常数范围较大。要求不高时，δ可在一定范围内选取，一般不用微分20～80经验法整定的步骤：先按控制器参数的经验数据表中给出的范围把TI定下来，如要引入微分作用，可取TD＝(1/3～1/4)TI，然后对δ进行凑试，凑试步骤与前一种方法相同。临界比例度法先通过试验得到临界比例度δk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。控制作用比例度/%积分时间TI/min微分时间TD/min比例比例+积分比例+微分比例+积分+微分2δk2.2δk1.8δk1.7δk0.85Tk0.5Tk0.1Tk0.125Tk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。控制作用δ/%TI/minTD/min比例δs比例+积分1.2δs0.5TS比例+积分+微分0.8δs0.3TS0.1TS（大屏幕投影）逐一解说操纵变量选择原则，案例分析让学生加深印象。（大屏