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共35页 第七章 单回路控制系统 主要内容：单回路控制系统的设计原则；被控参数选择、测量及信号传送问题；调节阀特性选择、调节器控制规律选择及正、反作用方式确定；单回路控制系统的投运及调节器参数整定。 重点：调节器控制规律的选择及参数整定。 难点：调节器控制规律的选择。 教学时数：6学时，其中实验2学时 液位控制系统 单回路控制系统方框图 7.2 单回路控制系统方案设计 7.2.1 被控量的选择 熟悉掌握生产工艺，找出对产品质量产量，安全生产，经济运行，环境保护具有决定作用，反映工艺生产状态变化的那些参数。 两种方法： ●选取直接参数 能直接反映生产过程产品产量和质量、安全运行等情况，并能直接测量的工艺参数 ●选取间接参数 当选择间接参数时必须注意： ①间接参数应与直接参数存在单值函数关系。 ②考虑工艺合理性 ③必须有一定灵敏度，可以测量 ④具有被控量间的独立性 7.2.2 选择操纵量 熟悉生产工艺，分析生产过程中的干扰因素来源大小，以被控对象特征参数对控制质量的影响为依据，正确选择操纵量。 ①放大系数 使得干扰通道放大系数小（余差和最大偏差，提高控制精度和稳定性） 控制通道放大系数大，余差小。 ②干扰通道动态特性对控制质量影响 ●时间常数：Td大，则控制系统超调量小，提高控制质量。 ●滞后时间：不影响控制系统质量，仅仅使得系统响应曲线延迟一个时延。 ●干扰点位置对控制质量的影响：尽量使得干扰信号远离被控量检测点，更靠近控制阀。 ●干扰幅值对控制质量影响：越小越好。 ●周期性干扰对控制质量影响：应使得干扰频率和系统工作频率相差三倍以上。 ③控制通道动态特性对控制质量的影响 ●时间常数：T过大，则控制缓慢，系统过渡时间长。T过小，则容易引起振荡。 T过大：合理选择执行器位置，尽量减小执行器到检测点的容量系数 采用前馈和复杂的控制系统方案 T过小：选择快速检测元件、执行器 使用反微分单元降低控制通道灵敏度 改革工艺，增大控制通道时间常熟 总结：选择操纵量要遵循的原则： ①操纵量具有可控性，工艺操作合理性，经济性。 ②控制通道放大系数应适当大，时间常数适当小，纯滞后时间越小越好。 ③干扰通道放大系数尽可能小，时间常数大，容量滞后大，干扰作用点远离被控量监测点，靠近执行器，干扰频率与工作频率相差3倍以上，干扰幅值设法减小。 ④当广义对象有几个时间常数时，尽量使得它们错开。 ①控制阀流量特性选择 选择控制阀流量特性时，使得控制阀的特性和系统其它环节特性配合，使得整个系统具有线性特性。 具体选择方法（经验法）： 见P138表7.2和P139表7.3。 ②控制阀的气开气关作用方式选择 气开：随控制信号增加，阀门开度增大 气关：随控制信号增加，阀门开度减小 选择原则： ●生产安全（第一） ●保证产品质量 ●降低原料动力消耗 ●从介质特点考虑 ③控制阀口径选择 ●确定主要计算数据：正常流量Qn，正常阀压降△Pn，正常阀阻比Sn，计算最大流量Qmax。 ●计算控制阀应具有的流量系数Cmax Cmax＝mC，m为流量系数放大倍数， ●流量系数选择 根据选定的控制阀类型，在该系列控制阀的各额定流量系数中选择不小于并最接近Cmax的一个，作为最终选定的流量系数，即C100 ●选定控制阀口径 根据C100，对应的控制阀口径Dq和Dq，就是最终选定的控制阀公称通径和阀座直径。 ●开度验算 ●可调比验算。(公式：P140) 需要确定控制器类型，正反作用。 ①控制器类型选择 以PID控制规律对控制质量的影响为指导； 结合被控对象的特性，干扰，工艺对控制质量的要求来确定。 1）比例控制器 抗干扰能力强，过渡过程时间短，但存在余差。 适合控制通道滞后小，负荷变化小，允许被控量在一定范围内变化的系统。 2)比例积分控制器 积分作用消除余差，降低稳定性。 加大比例度可以提高稳定性，但过渡过程时间变长。 适合滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统。常用。 3）比例积分微分控制器 微分作用对克服对象容量滞后有显著效果，提高系统稳定性。积分作用消除余差。 适用于负荷变化大，容量滞后大，控制质量要求高的控制系统。 ②控制器正反作用选择 正负号规定： ●控制阀：气开＋，气关－ ●控制器：正作用＋，反作用－ ●对象：控制阀流量增大时被控量增大＋，反之为－ ●变送器：通常为＋ 控制器正反作用方式选择： 控制器±×控制阀±×对象±