《自动化仪表与过程控制》课件4.2被控变量与操纵变量的选择

4.2被控变量与操纵变量的选择4.2.1被控变量的选择4.2.2操纵变量的选择4.2.3测量元件特性的影响4.2.1被控变量的选择

1.自动控制的目的：使生产过程自动按照预定的目标进行，并使工艺参数保持在预先规定的数值上。生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按一定规律变化)的变量称为被控变量。被控变量是

“关键”变量。控制类型：

直接指标控制被控变量本身就是需要控制的工艺指标，如物料平衡控制；

间接指标控制选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的另一变量，作为间接控制指标，进行间接指标控制，如产品质量指标控制。

2.被控变量的选择实例：

精馏过程

塔顶（或塔底）馏出物的组分xD（或xW）应作为被控变量，进行直接指标控制。但有困难！

图9-4精馏过程示意图1-精馏塔；2-蒸汽加热器

间接指标控制被控变量的选取图9-5苯-甲苯溶液的T-x图图9-6苯-甲苯溶液的p-x图3．被控变量选择的一般原则

被控变量应能代表一定的工艺操作指标或反映工艺操作状态的重要变量；

被控变量应是工艺生产过程中经常变化、需要频繁加以控制的量；

被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，若无法获得直接控制指标信号，或其测量、传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；

被控变量应是可测的，并具有较大灵敏度的变量；

被控变量应是独立可控的；

应考虑工艺的合理性与经济性。4.2.2操纵变量的选择1.操纵变量与干扰变量克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。引起被控变量波动的外界因素称为干扰变量（或干扰作用）

图9-9干扰通道与控制通道之间的关系

2.操纵变量的选择

实例：精馏设备

被控变量选择：提馏段某塔板的温度T灵。图9-7精馏塔流程图

影响提馏段温度T灵的各种因素：

可控因素：Q蒸、Q回

Q蒸（操纵变量）；

不可控因素：Q入、x入、T入、T回、p塔、T冷、…。图9-8影响提馏段温度的各种因素示意图

3．对象特性对操纵变量选择的影响

对象静态特性的影响

控制通道放大系数KC的影响——选择KC大的可控变量作为操纵变量；

干扰通道放大系数Kf要小。

对象动态特性的影响控制通道时间常数的影响——选择T小的可控变量作为操纵变量；控制通道纯滞后

0的影响——选择

0小的可控变量作为操纵变量；干扰通道时间常数Tf的影响——使Tf大些为好；干扰通道纯滞后

f基本无影响。图9-11干扰通道纯滞后

f的影响图9-10纯滞后

o对控制质量的影响

干扰响应曲线操纵变量响应曲线4．操纵变量的选择原则

工艺上允许加以控制的可控变量；

对被控变量影响较灵敏、及时的变量（放大系数Kc大、时间常数Tc小、纯滞后时间

0小）；

应考虑工艺的合理性与经济性。4.2.3测量元件特性的影响测量应准确、及时1.测量元件的时间常数Tm测量元件，本身具有一定的时间常数Tm，因而造成测量滞后，从而会引起控制滞后。图7-9测量元件时间常数的影响

测量元件的时间常数Tm小于对象时间常数T的1/10时，对系统的控制质量影响不大。2.测控元件的纯滞后测控元件的纯滞后，会严重地影响控制质量。测控元件的纯滞后有时是由于测量元件安装位置引起的。如图7-10所示。图9-10PH值控制系统示意图3.信号的传送滞后

信号的传送滞后包括测量信号传送滞后和控制信号传送滞后两部分。测量信号传送滞后是现场测量变送器的信号传送到控制室的控制器所引起的之后。对于电信号，可以忽略不计；但对于气信号，存在一定滞后。控制信号传送滞后是由控制