化工仪表及其自动化控制第七章简单控制系统

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1、第7章简单控制系统简单控制系统的结构与组成控制的目的、被控变量的选择对象特性、控制变量的选择测量滞后、测量信号处理负荷变化、调节阀选择控制规律的选择控制系统的投运与参数整定这一章主要回答三个问题1.控制什么？2.拿什么来控制？3.通过什么方式控制？第一节概述四个基本环节：测量变送环节控制器执行器被控对象被控变量控制器执行器被控对象测量变送环节干扰偏差设定值＋－选择被控变量选择操纵变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运参数整定概述控制器(LC或TC)执行器（控制阀）被控对象（液位储槽或换热器）测量、变送环节（LT或TT）被控变量（液位或温度）干扰偏差设定值＋－

2、广义对象简单控制系统方块图载热体冷流体换热器温度控制系统液位控制系统常见的两种简单控制系统：第二节被控变量的选择明确控制目的使生产过程自动按照预定的目标进行，并使工艺参数保持在预先规定的数值上（或按预定规律变化）分析生产工艺“关键”变量：对产品的产量、质量以及生产过程的安全具有决定作用的变量确定被控变量两种控制类型：直接指标控制和间接指标控制当质量指标信号缺少检测手段、信号微弱、滞后很大时，可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的变量做为间接控制指标。选择被控变量选择被控变量选择操纵变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运参数整定概述精馏过程示意图冷却水

3、TDp进料Q入，X入，T入回流F塔底产品塔顶产品QZ蒸汽TH苯－二甲苯的T-x图TD℃XD%苯－二甲苯的P-x图PMPaXD%塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者之间的关系为：XD=f(TD，P)，两个独立变量。精馏塔系统的被控变量选择要有代表性。被控变量应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都是工艺过程中比较重要的变量。应该独立可控。简单控制系统的被控变量应避免和其他控制系统的被控变量有关联（耦合)关系。滞后要小。采用直接指标作为被控变量最直接也最有效。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送环节滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关

4、系的间接指标作为被控变量。灵敏度要高。被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。成本要低。选择被控变量时，必须考虑工艺的合理性和国内仪表产品现状。被控变量选择的一般原则操纵变量与干扰变量第三节操纵变量的选择Q入T入X入QZFTH被控变量TD影响塔顶温度的各种输入示意图被控对象原则上，在诸多影响被控变量的输入中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入作为控制变量后，其它所有未被选中的输入则成了为系统的干扰变量。选择被控变量选择操纵变量处理测量信号选择调节阀选择控制规律系统投运参数整定概述精馏过程示意图冷却水TDp进料Q入，X入，T入回流F塔底产品塔顶产品QZ

5、蒸汽TH进料流量Q入不可控进料成分X入不可控进料温度T入不可控回流流量F可控回流温度TH不可控加热蒸汽流量QZ可控冷凝器冷却温度不可控塔压P不可控精馏塔系统的操纵变量选择控制通道干扰通道干扰变量控制变量被控变量干扰作用与控制作用之间的关系被控对象控制质量系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期对象特性系统的输入输出关系分为对象静态性质和对象动态性质考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操纵变量对象特性对控制质量的影响放大系数绝对放大系数YXY/(YMAX-YMIN)X/(XMAX-XMIN)相对放大系数控制通道的稳态特性由控制通道放大系

6、数K0表征从控制有效性考虑，K0应适当的大一些干扰通道的稳态特性由干扰通道放大系数Kf表征希望Kf小一些，Kf越小干扰变量对被控变量的影响就越小操纵变量选择的原则一：当多个输入变量都影响被控变量时，从稳态性质考虑，应该选择其中放大系数大的可控变量作为操纵变量。对象稳态性质对控制质量的影响对象动态性质对控制质量的影响控制通道时间常数T0控制通道滞后时间τ0T0小一点好，不能过大，否则会使控制变量的校正作用迟缓，超调量增大，过渡时间增长在选择操纵变量构成控制回路时，应尽量避免控制通道纯滞后τ0的存在，无法避免时应使之尽可能小。A:无纯滞后时的校正作用B:有纯滞后时的校正

7、作用C:不受控下的输出曲线D:无纯滞后时的输出曲线E:有纯滞后时的输出曲线干扰通道时间常数TfTf越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于改善控制质量干扰通道纯滞后τf的影响无纯滞后有纯滞后干扰通道滞后时间τf干扰通道的纯滞后τf不会影响控制质量操纵变量的选择原则操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。为此，应通过合理选择操纵变量，使控制通道的放大倍数适当大、时间常数适当小(但不宜过小，否则易引起振荡)、纯滞后时间尽量小。为使其他干扰对被控变量的影响尽可能小，应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可