第六章单回路调节系统的设计及调节器参数整定方法.pptVIP

过 程 控 制 主讲人 刘雨棣 电气工程系 测控教研室 2006年3月 第6章 单回路调节系统的设计及调节器参数整定 6．1概述 单回路调节系统定义： 用一个调节器保持一个调节对象的参数恒定，调节器只接收一个测量信号，输出只控制一个执行机构。 设计调节系统的前提：了解调节对象的静特性、动特性、工艺过程、设备特点。 控制方案的制定： （1）确定被调参数 直接参量（首选）—能够直接代表产品的质量或生产过程的参数。例：锅炉温度。 间接参数（替代）--和产品质量或生产过程有单值关系的参数。例：产生温度的物料浓度。 （2）确定调节量（控制介质） 找出最易控制的方法，掌握对象的特性与控制性能的关系。 （3）确定调节规律和选择相应的调节器 通常从定型生产的调节器中选择比较合适的调节规律和相应的调节器。 调节参数的整定： （1）参数整定的重要性：同一调节系统，不同的整定参数对应不同的调节过程。 （2）参数整定的目的：找出相对生产过程最佳的调节设定值。 （3）调节系统综合要求：调节方案好、整定参数最佳。 评定调节系统品质的常用指标：稳态误差、最大动态偏差、超调度、衰减率、过渡过程时间。 衡量最佳整定的标准：稳定性、准确性、快速性。 具体评价方法：观察阶跃扰动下的响应过程，判定效果。 典型最佳调节过程的标准：保证调节过程衰减率 =0.75（或更高）的前提下，是最动态大偏差、静态误差和调节时间最小。 常用评定方法：误差绝对值积分指标（动态波动相对稳态的偏移） RF-P246-FIG6-1 误差表达式 ；积分表示 表达式含义—被调偏差相对时间的积累应为最小，综合了偏差与时间的关系。 其它表示方法—误差平方积分值最小、误差与时间乘积积分值最小 6.2 对象动特性对调节质量的影响及调节方案的确定 6.2.1 干扰通道动特性对调节质量的影响 1．干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后的影响 干扰通道放大系数的影响－影响系统幅值，对应有关系统，大，静差大。过大另加调节稳定 干扰通道时间常数的影响－滤波动态分量使其幅值减小，提高调节质量。 干扰通道为纯滞后的影响－调节系统被调参数变化为纯滞后不影响调节质量。 2．干扰进入位置的影响 　条件 讨论对象为多个一阶惯性串联 传递函数均为１，时间常数基本相等 干扰为分别由三个位置进入系统 6.2.2 调节通道动特性对调节质量的影响 1．对象的平衡特性与控制性能的关系 有自衡：通过加调节器提高控制性能（大多控制对象有自衡）。 无自衡：控制性能较差，有些调节器无法使用于无自衡系统。 负自衡：属正反馈系统，无稳定点，控制性能最差。 2．对象的滞后和时间常数的影响 调节通道的动特性可近似用时间常数和纯滞后表示 （1）纯滞后的影响：调节器作用时间后移，超调量增加调节质量恶化。 （2）时间常数影响：曲线斜率变化，反应速度变化，通常表现为 时间常数大—反应速度慢—过渡过程长—响应平稳 时间常数小—反应速度快—过渡过程短—过小容易引起超调振荡。 纯滞后、时间常数对调节质量影响示意图 6.2.3 调节方案的确定 确定调节方案的依据 （1）干扰进入位置远离被调量测量点 （2）调节通道的时间常数适当小 （3）尽量错开个环节的时间常数 喷雾干燥设备调节方案确定实例示意图---方案对比方框图 图 6-7 调节方案：－对应图 1）取孔液流量为调节参量（调节阀１） 2）取直通冷风为调节参量（调节阀２） 3）取蒸气为调节参量（调节阀３） 6．3调节规律的影响及选择 （1）确定调节对象的前提：选择调节量和被调量。 （2）正确选择交际规律的基础：理解比例、积分、为分队系统动态品质的影响。 （3）自动调节系统的动态过程归类：震荡衰减、单调衰减。 （4）闭环调节系统动态过程的模拟：类似于二阶振荡环节。 注：其中低中频相似，高频差别较大。 （5）生产过程中的调节量：大多是衡值调节系统，主要考虑干扰作用下的过程。 6.3.1干扰作用下的双容比例调节（双容对象比例调节系统分析） 扰动 作用下的系统传递函数 其中： 化为标准形式，引入以下参数： 令， ； 其中： ---二阶自然频率； ---阻尼系数 代入可化简为： 设扰动F1为阶跃，过渡过程可由以下步骤求得 当 时可解出 式中 响应表达式及过渡过程曲线 （1）稳态误差 ； （2）过渡过程振荡频率