《过程控制章》word版

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1、第4章单回路控制系统第4章单回路控制系统学习目标：®掌握单回路控制系统的基本原理®掌握单回路控制系统的适用范围®掌握单回路控制系统方案的设计方法®掌握单回路控制系统调节器的参数整定方法4.1概述单回路控制系统是指针对一个过程参数，采用一个控制器和与之配套的检测元件及变送器和执行器都只有一个的简单控制系统，它只有一个输入信号和一个输出信号，与过程中的其它参数没有或极少关联，是生产过程中应用十分广泛的基本控制系统。一般说来，只有在单回路控制系统不能满足生产过程控制要求时，才有必要采用其他复杂的控制系统。4.1.1单回路控制系统的

2、基本结构单回路控制系统是一种具有闭合回路的反馈控制系统。一个典型例子如图4-1所示，液体储槽是化工生产上常用的中间容器，由前一工序送来的半成品不断流入槽中，而槽中的液体又不断送至下一个工序继续加工。流入量(或流出量)的变化会引起槽内液位的波动，第4章单回路控制系统严重时会出现溢出或抽干。于是，槽内液位就成为被控量，它经液位检测元件和变送器1之后，变成统一标准信号，再送到液位控制器2与工艺要求的液位高度即设定值进行比较，按预定的运算规律算出结果，并将此结果送至执行器3，执行器按此信号自动地开大或关小阀门，以保持槽内液位在设定要

3、求上，整个贮槽即为被控对象。图4-1典型单回路控制系统1－检测元件和变送器　２－液位控制器　３－执行器第4章单回路控制系统单回路控制系统的基本结构方框图如图4-2所示（图中箭头表示各方框之间的信号传递方向，而不是指物料或能量的流向）。它由被控过程、测量变送器、调节器和调节阀等环节组成。图中为设定值的拉氏变换式；为偏差的拉氏变换式；为调节器输出的控制信号的拉氏变换式；为控制变量的拉氏变换式；为扰动的拉氏变换式；为被控变量的拉氏变换式；为测量值的拉氏变换式。系统由于扰动作用使被控量偏离了给定值，即产生偏差，调节器根据偏差第4章单

4、回路控制系统大小并按某种控制算法发出控制信号送往调节阀，以改变阀门开度，即改变控制变量，从而克服扰动对被控量的影响，使测量值接近设定值。由控制理论可知，闭环系统的输出与输人的关系式为：（4-1）式中，为扰动通道的传递函数。图4-2单回路控制系统结构框图单回路控制系统是所有过程控制系统中最简单、最基本、应用最广泛且最为成熟的控制系统。由于其结构简单、投资少、易于调整、又能满足一般生产过程的工艺要求，所以，通常占实际应用的控制回路85％以上，尤其适用于被控过程的纯滞后与惯性不大、负荷与干扰变化比较平稳或者工艺要求不太高的场合。4

5、.1.2系统设计的基本内容对于一个实际生产过程，要设计一个理想的过程控制系统，首先应该对过程进行全面了解，同时对工艺过程设备等做比较深入的分析，然后应用自动控制理论和控制技术，拟定合理正确的控制方案，从而达到保证产品质量、提高产品产量、降低消耗、实现安全运行、节能、改善劳动条件、保护环境卫生和提高管理水平等目的。过程控制系统的设计主要包括四部分内容：自动控制系统的方案设计、工程设计、工程安装和仪表的单校及系统的联校、控制器的参数整定等。而控制方案设计和调节器参数值的确定则是系统设计中的两个核心内容。如果控制方案设计不正确，仅

6、凭调节器参数的整定，则不可能获得好的控制质量；反之，若控制方案设计正确，但是调节器参数整定不合适，也不能发挥控制系统的作用，不能使其运行在最佳状态。控制方案设计需要考虑合理选择被控参数和控制参数，被控参数的获取与变送、调节器正、反作用方式的确定及其控制规律的选取，调节阀的选择等问题。由于单回路控制系统的设计原则是其它复杂过程控制系统的设计基础，因此掌握了单回路控制系统的设计方法，了解控制系统各环节对控制质量的影响，又掌握了系统设计的一般原则，就能设计其它更为复杂的过程控制系统。本章将介绍单回路控制系统方案设计和调节器参数整定

7、两个问题。第4章单回路控制系统4.2被控参数与控制参数的选择原则4.2.1被控参数的选择被控量的选择是控制系统方案设计中的核心问题，它能否正确选择对稳定生产、提高产品的产量和质量、改善劳动条件等都具有重要意义。在一个生产过程中影响正常运行的因素很多，但并非一一加以控制，所以就要求设计者必须深入生产实际，调查研究，熟悉和掌握工艺操作的要求，找出那些对产品的产量和质量以及安全生产都具有决定意义，且能最好地反映工艺生产状态变化的参数，同时这些参数往往又是无法采用人工能够控制或人工控制操作十分紧张而频繁的。一般说来，选择被控量的方法

8、有两种：一种是选择直接参数，另一种是选择间接参数。直接参数即能直接反映生产过程产品产量和质量以及安全运行的参数。例如，蒸汽锅炉锅筒水位控制系统，水位就是直接参数，因它直接表征了锅炉运行安全与否。显然，用直接参数作为被控量最好。当选择直接参数有困难(如缺少获取质量信息的仪表，或者测量滞后过大