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3 单回路PID控制 3.1 控制阀的选择 控制阀概述 控制阀或执行器是过程计算机控制系统中的一个重要组成部分。它的作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。 执行器的动作是由调节器的输出信号通过各种执行机构来实现的。执行器由执行机构与调节机构构成，在用电信号作为控制信号的控制系统中，目前广泛应用以下三种控制方式，如下图所示。 执行器的分类： ① 按动力能源分类 分为气动执行器、电动执行器、液动执行器。气动执行器利用压缩空气作为能源，其特点是结构简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆，而且价格较低；它可以方便的与气动仪表配套使用，即使是采用电动仪表或计算机控制时，只要经过电/气转换器或电/气阀门定位器，将电信号转换为0.02~0.1MPa的标准气压信号，仍然可用气动执行器 ② 按动作极性分类 分为正作用执行器和反作用执行器 ③ 按动作行程分类 分为角行程执行器和直行程执行器 ④ 按动作特性分类 分为比例式执行器和积分式执行器 控制阀的选择内容： 口径大小 开闭形式 流量特性 结构型式 口径大小的选择 控制阀口径大小直接决定着控制介质流过的能力。 原则：控制阀口径不宜选的太大，也不宜选的太小，留有余地。 控制阀口径大小通过计算控制阀流通能力的大小来决定，控制阀流通能力必须满足生产控制的要求并留有一定的余地。以通过阀的最大流量时阀的开度90%来验证。 为了保证控制阀具有一定的可控范围，必须使阀两端的压降在整个管线总压降中有较大的比例。 S值小，可控范围就窄，将导致控制阀特性的畸变，使控制效果变差。 气动调节阀的结构 2. 气开阀与气关阀的选择原则 首先要从安全生产出发 其次从保证产品质量出发 还要考虑减少经济损失 考虑介质的特性 若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀，如加热炉瓦斯气调节阀；若无气源时，希望阀全开，则应选择气关阀，如加热炉进风蝶阀。 假设右图为液体储槽，控制液位为恒定，要求内部液体严禁溢出，选择控制阀的开闭形式？ （1）选择流入量F1为控制变量 （2）选择流出量F2为控制变量 调节阀4种理想流量特性 控制阀结构形式的选择 回路判别法的步骤： （1）根据被控变量和操作变量判断被控对象增益特性； （2）根据控制阀开闭形式选择原则确定控制阀增益特性； （3）变送器增益特性一般为正； （4）确定控制器的增益特性，从而确定其正、反作用。 举例：压力控制系统的分析 结论 讨论了调节阀的流量特性及开关选择原则； 引入了广义对象的概念； 介绍了单回路控制器“正反作用”的选择原则。 3.3 控制系统的性能指标 以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标 偏差积分性能指标 [例] 某化学反应器，工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示，试求：该系统的过渡过程品质指标（最大偏差、超调量、余差、衰减比和震荡周期），并问该调节系统是否满足工艺要求。 解： 最大偏差：A=230-200=30℃ 余差： c=205-200=5℃ 衰减比： 震荡周期：T=20-5=15min 过渡时间（调节时间）： 再：工艺规定操作温度为200±10℃，考虑安全因素，调节过程中温度规定值最大不得超过15℃，而该调节系统=30℃，不满足工艺要求。 3.4 三种常规的反馈控制模式 当构成一个控制系统的被控对象、测量变送环节和控制阀都确定之后，控制器参数是决定控制系统控制质量的唯一因素。 P控制作用举例 PI控制作用举例 PD控制作用举例 工程整定法3-衰减曲线法 工程整定法3-衰减曲线法 衰减曲线法的注意事项： （1）对于反应较快的控制系统，要认定4:1衰减曲线和读出Ts比较困难，此时，可认为记录指针来回摆动两次就达到稳定是4:1衰减过程。 （2）在生产过程中，负荷变化会影响过程特性。当负荷变化较大时，必须重新整定调节器参数值。 （3）若认为4:1衰减太慢，可采用10:1衰减过程。对于10:1衰减曲线法整定调节器参数的步骤与上述完全相同，仅仅所用计算公式有些不同。 衰减曲线法举例 响应曲线法举例2 继电器型PID自整定举例 P.56 仿真举例如何实现？ 习题 p.59 4-2（通过仿真说明） 4-5 响应曲线法 阶跃响应测试法（续1） 对象的近似模型： 响应曲线法 特点：适合于存在明显纯滞后的自衡对象，而且广义对象的阶跃响应曲线可用“一阶+纯滞后”来近似。 整定公式： 响应曲线法举例1 继