过程控制第7节.ppt

第五章 简单控制系统设计 综合性能指标 * Beijing University of Posts and Telecommunications 理想PID的增量式数学表达式 ： 为调节器输出的增量值， 为被控参数与给定值之差。 传递函数形式： 第一项为比例（P）部分，第二项为积分（I）部分，第三项为微分（D）部分； 为调节器的比例增益， 为积分时间（以s或min为单位） 为微分时间（也以s或min为单位）。 控制系统在不同调节作用下的典型响应如下： 被控变量 t 无控制作用 P PD PID PI 应用于调节通道容量滞后较大、负荷变化较大、精度要求高的对象。 对于滞后很大，负荷变化很大的对象，PID调节也无法满足要求，应设计复杂调节系统 综合了各类调节作用的优点，所以有更高的调节质量。 PID 应用于调节通道容量滞后较大，但调节精度要求不高的对象。 系统对高频干扰特别敏感，系统输出易夹杂高频干扰。 增进调节系统的稳定度，可调小比例度，而加快调节过程，减小动态偏差和静差 PD 应用于调节通道容量滞后较小、负荷变化不大、精度要求高的调节系统。例如，流量调节系统。 对于滞后较大的对象，比例积分调节太慢，效果不好。 能消除静差，又控制灵敏 PI 负荷变化不显著，工艺指标要求不高的对象。 存在静差 灵敏、简单，只有一个整定参数； P 应 用 缺 点 优 点 调节 规律 例 某比例控制器，温度控制范围为400～800℃，输出信号范围是4～20mA。当指示指针从600℃变到700℃时，控制器相应的输出从8mA变为16mA。求设定的比例度。 5.2.4 执行器的选择 执行器是过程控制系统的重要组成部分，其特性好坏直接影响系统的控制质量 1. 执行器的选型 在过程控制中，使用最多的是气动执行器，其次是电动执行器。应根据生产过 程的特点、对执行器推力的需求以及被控介质的具体情况和保证安全等因素加 以选择并且确定。 2. 气动执行器气开、气关的选择 气动执行器分气开、气关两种形式，它的选择首先应根据调节器输出信号为零 时使生产处于安全状态的原则确定；其次，在保证安全的前提下，还应根据是 否有利于节能、是否有利于开车、停车等进行选择。 3. 调节阀尺寸的选择 调节阀的尺寸主要指调节阀的开度和口径，它的选择对系统的正常运行影响很大 在正常工况下一般要求调节阀开度应处于15%-85%之间，具体应根据实际需要 的流通能力的大小进行选择。 4. 调节阀流量特性的选择 通过选择调节阀的非线性流量特性来补偿被控过程的非线性特性，以达到系统 总的放大倍数近似线性的目的 x y 5.2.5 调节器正反作用的选择 给定值 ＋ － 测量变送器 控制器 执行器 对象 操作量 被控变量 干扰 控制系统中，各个环节的作用方向组合不当的话，会使系统构成正反馈，不但不能起控制作用，反而会破坏生产过程的稳定。 因为执行器和对象有正、反作用，为了保证控制系统负反馈，调节器必须有正、反作用之调整。 按此定义： 给定值 ＋ － 测量变送器 控制器 执行器 对象 操作量 被控变量 干扰 当某个环节的输入增加时，其输出也增加，称该环节为“正作用”；反之，称为“反作用” 。 控制器作用方向以输入与输出的关系定义 被控对象有的正作用，有的反作用 气开阀是正作用，气关阀是反作用 变送器都是正作用 “正反作用” 定义 偏差 控制器 执行器 对象 变送器 给定值 被调参数 干扰 — 测量值 正作用 反作用 正作用 正作用 ＋ 构成系统开环传递函数静态增益的乘积必须为正 气开式调节阀的静态增益 测量变送环节的静态增益 正作用调节器的静态增益 正作用被控过程的静态增益 正负 名称 各类增益符号的选择： 正 负 正 正 调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈 偏差 控制器 执行器 对象 变送器 给定值 被调参数 干扰 － 测量值 反作用 正作用 正作用 正作用 ＋ 简单的判定方法：闭合回路中有奇数个反作用环节。 首先根据生产工艺要求及安全等原则确定调节阀的气开、气关形式，以确定 调节器正反作用类型的确定方法： 的正负； 然后根据被控过程特性确定其属于正、反哪一种类型，以确定 的正负； 最后根据系统开环传递函数中各环节静态增益的乘积必须为正这一原则确定 调节器 正负，进而确定调节器的正反作用类型。 给定值 ＋ － 测量变送器 控制器 执行器 对象 操作量 被控变量 干扰 例1：加热炉出口温度控制系统 设某时刻燃料压力↑ TT TC 反 正 正 正 燃料 出料 出料温度↓ → →炉温↓ 阀关小 → TC输出↓ → →TC输入↑ 负反馈验证： 出料温度↑ → 炉温↑ → 燃料流量↑ → 例2：