第四章 简单控制系统 1 过程控制系统教学课件.pptVIP

第四章 简单控制系统 4.1 简单控制系统的组成及设计要求 4.2 被控量与控制量的选择 4.3 检测环节（传感器、变送器）的选择 4.4 执行器的选择 4.5 调节器选择（控制规律和正反作用） 4.6 简单控制系统调节参数的工程整定法 4.7 利用MATLAB进行PID参数工程整定 第四章 简单控制系统 4.1 简单控制系统的组成及设计要求 4.1.1 简单控制系统的组成 4.1.2 设计要求 4.2 被控量与控制量的选择 4.2.1 被控量的选择 4.2.2 控制变量的选择被控对象动态特性对控制质量的影响 4.3 检测环节（传感器、变送器）的选择 4.3.1 检测仪表的基本技术指标 4.3.2 常用检测仪表 4.3.3 传感器，变送器的选择 4.4 执行器的选择 4.4.1 概述 4.4.2 气动执行器结构及工作原理 4.4.3 调节阀的流量特性 4.4.4 气动执行器的选型 第四章 简单控制系统 4.5 调节器选择（控制规律和正反作用） 4.5.1 控制规律的选择 4.5.2 调节器正反作用的选择 4.6 简单控制系统调节参数的工程整定法 4.6.1 稳定边界法（临界比例带法） 4.6.2 衰减曲线法 4.6.3 响应曲线法（动态特性参数法） 4.6.4 经验法（试凑法） 4.6.5 小结：工程整定法的比较 4.7 利用MATLAB进行PID参数工程整定 4.1简单控制系统的组成及设计要求 注意： ① 各信号都是增量（第2章建模），传递函数及增益是在工作点上得到的。 ②各环节的增益还有正、负之分。 （稳态下，该环节输出变化量与输入变化量之比，若输入增大 输出增大则增益为正，若输入增大而输出减小则增益为负） 4.1.2设计要求 1、过程控制方案设计的基本要求 安全性：保证生产过程中人员和设备的安全，通过报警、保护 稳定性：过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。 经济性：保证质量、产量前提下，节省原材料，降低能源消耗。 2、过程控制方案设计的主要内容 方案设计：是核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 工程安装和仪表调校； 调节器参数整定：保证系统运行在最佳状态。 3、过程控制方案设计的步骤 在掌握全面的自动化专业知识的同时，尽可能多的熟悉工艺装置对象； 自动化技术人员与工艺技术人员多交流，共同讨论确定方案； 不要盲目追求控制系统的先进性和仪表装置的先进性，力求简单； 以下按组成部分进行选择设计： 被控参数、控制量、对象特性建模 检测装置的选择 执行器的选择 控制规律及控制器参数的整定 4.2.1被控量的选择 被控量：表征生产过程是否符合工艺要求的物理量、化学量，即控制系统要求维持为给定值的物理量、化学量（六大参数T、P、H、Q、成分、物性） 其选择是控制系统设计的中的关键问题，与生产工艺密切的相关，实践中以工艺人员为主 选择方式： 直接参数法：直接反应产品产量和质量又易于测量的参数。过热汽温、汽包水位 间接参数法： 无法直接检测而选择间接参数与维持的工艺参数成单值线性关系或一定函数关系。如煤的干燥程度，用温度间接反映 虽能测量，但测量信号滞后过大或过于微弱 要求： 选择被调量时要有足够的灵敏度，为此要用先进的测量方法，选择合适的取样点，正确合理地安装测量元件，提高灵敏度，减少滞后。 选取被控参数的一般原则为 例子：二元精馏过程 压力和温度都能反映浓度的变化，固定其中一个，另一个就可以代替浓度作为被控参数，由于一般要求塔内压力固定（只有压力固定才能保证精馏塔的分离纯度和生产效率），所以选择温度作为被控参数。而且温度对浓度变化比较灵敏，这样选择是比较合适的。 4.2.2控制变量的选择被控对象动态特性对控制质量的影响 控制变量：用来克服干扰对被控量的影响，实现控制作用的变量最常见的是介质的流量 原则上选择工艺上允许作为控制手段的变量作为控制量，不能选择工艺上的主要物料流量或不可控的变量。如：火电厂锅炉负荷控制系统中，以功率P为被控量，而影响因素主要有： 1）汽轮机进汽量，主要物料由电力生产要确定，不能随意改变 2）锅炉燃料量，作为控制量 确定锅炉燃料量作为控制量后，则进汽量（蒸汽负荷）的变动则成为扰动量 实际中，对被控参数的影响的变量是多个，在