第3章(下)过程控制课件.pptVIP

3-4 控制器的选型 以上各节, 讨论了被控量和操纵量的选择原则, 讨 论了控制阀和选择控制阀的原则及有关问题. 上述工作 实际上是确定了闭环系统中的广义对象. 本节将从控制 规律对控制质量的影响出发, 根据工艺要求合理选择具 有某种控制规律的控制器, 控制器的正﹑反作用选择, 以组成单回路负反馈控制系统. (一) 双位控制器 控制器输出只有两种状态的控制器叫双位控制器, 具有最简单的控制规律, 在对控制质量要求不高的情况 下, 可组成投资少﹑维护容易的控制系统. 双位控制系统构成简单, 使用方便, 但控制 过程为等幅振荡过程, 执行机构动作频繁, 一般宜适用 于控制对象时间常数大, 纯滞后小, 并允许被控量在一 定范围内波动的场合. (二) 比例控制作用对控制质量的影响 以下图比例控制系统为例, 讨论比例控制作用对控 制质量的影响. 系统的特征方程为: 若令 当 值再增大时, 当 再增大, 两条根迹分支离开d点进入复平面, 由 可见, 上式表明, 对于阶跃干扰 , 即系统存在余 上屏图中, 控制器传递函数 为比例加积分 则 为有限值. 系统的特征方程为: 数时, 应把 适当调小, 以补偿积分作用造成的稳定 由上式可见, 当 时, 比例加微分控制就变为纯 与微分时间常数无关, 且其 的表达式与纯比例控制 控制规律的选择 P：适用于干扰变化幅度小，自衡能力强，对象滞后(τ∕T )较小，控制质量要求不高，且系统允许有一定范围余差的场合。 PI：工艺要求静态无余差，控制对象容量滞后很小，负荷变化幅度较大，但变化过程又较缓慢的场合。 PD：适用于控制对象T0较大的场合。对于滞后很小，信号有噪声或周期性干扰的系统不能采用微分作用。 PID：适用于负荷变化和对象容量滞后都较大、时滞不太大且控制质量要求又较高，被控变量变化缓慢的场合。 (五)控制器正﹑反作用的选择 系统中控制器的输入输出可用下图表示. 例如：如图所示的水槽液位控制系统 举例：压力控制系统的分析 被控量减小, 也减小. 而系统的输入信号 控制器正﹑反作用选择判别式的本质是通过正确选择控制 的正﹑反作用以构成负反馈的闭环控制系统. 3-5 控制器的参数整定 对于一个已按设计的控制方案安装就绪的控制系统, 其控制器的控制规律﹑控制阀和被控对象的特性均已确 定, 接下来的问题就是如何整定控制器的参数, 使系统 的过渡过程达到最为满意的质量指标要求. 由于在工业过程控制的实际中, PID控制器应用最为普遍, 故本章以PID控制器为例, 讨论控制器参数整定的 (一)参数整定的理论基础 由自动控制理论可知, 控制系统的过渡过程和稳定性 与系统的特征根在根平面上的分布情况有密切的联系, 设 对应于每个特征根的过渡过程分量, 其形式与特征根在根 平面上的位置密切相关, 为分析问题简单起见, 将某个过渡过程分量表为: 控制质量可归结为对稳定性﹑快速性和准确性三方 面的要求, 其实质是要求控制系统特征方程的根全部分 由下图可见, 影阴区内所有点的 (二)控制器参数整定的理论计算法(补充) 当已知广义对象数学模型的解析表达式, 并确定控制规律后, 可用理论计算整定控制器的参数. 理论计算法有微分方程法﹑频率法﹑根轨迹法﹑M圆法等. 现举一简例 上式的特征根为: 其中: 另有一种理论计算法称为衰减频率特性法 控制器参数的整定, 是保证控制系统具有一定的 闭环系统的特征方程为: 令 在衰减频率特性下的奈氏判据可表为: 当闭环系统的 开环稳定时, 如开环衰减频率特性 (三)控制器参数的工程整定法 所谓工程整定, 是指当控制方案确定并将控制系统安装就绪后, 在控制现场人工凭经验, 根据系统的输出曲线来整定控制器的参数. 其优点是无需知道广义对象的特性 一﹑经验凑试法 此法是根据经验, 直接在闭环控制系统中, 通过改变 若采用P控制, 先将比例度调至较大数值, 逐步减小 至过渡过程曲线满意为止. 二﹑临界比例度法(稳定边界法) 在系统闭环情况下, 置控制器的积分时间 过程为4:1衰减振荡状态的控制器参数. 使用临界比例度