过程控制--第六-2讲：单回路系统设计(lyz)

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1、第六讲：单回路系统设计ProcessControlSystem主讲老师：廉迎战副教授重点内容单回路系统=对象+执行器+调节器+变送器内容：系统参数整定7/15/20212过程控制与仪表三、单回路系统整定系统整定，一般是指选择调节器的比例度δ、积分时间Ti和微分时间Td的具体数值。系统整定的实质，就是通过改变控制参数，使调节器特性和被控过程特性配合好，以改善系统的动态和静态特性，求得最佳的控制效果。调节器参数整定的方法很多，可分为三类：一是理论计算整定法；二是工程整定法；三是计算机仿真寻优整定法。理论计算整定法由于过分依赖过程的数学模型，而在建立数学模型时忽略了许多次要因素，过

2、程模型的精确度不高，计算所得数据不可靠。而且计算繁琐，工作量很大，因此工程上很少用。工程整定法直接在控制系统中进行，且方法简单、实用，易于掌握，在工程实际中被广泛应用。计算机仿真寻优整定法利用误差积分最优准则，通过计算机仿真以求调节器的参数整定达至最优，该整定方法的应用越来越广泛。7/15/20213过程控制与仪表三、单回路系统整定（一）、理论计算整定法根据根轨迹作图法选择调节器的参数，使系统特征方程中对瞬态响应起主导作用的满足系统指标。系统闭环传递函数：w(s)=wk(s)/[1+wk(s)]系统特征根：

3、1+wk(s)

4、=0系统稳定整定条件1：模值条件：

5、wk(s)

6、=0

7、幅角条件：±（2N+1）180=0系统稳定整定条件2：Θ=0.757/15/20214过程控制与仪表三、单回路系统整定（一）、理论计算整定法例：Wo(s)=1.2/(s+1)(s+0.2)(s+0.5)调节器Wc(s)=Kc，求Θ=0.75时比例度的值δ。解：开环传递函数：Wk(s)=1.2Kc/(s+1)(s+0.2)(s+0.5)K=1.2KcA、开环根轨迹零点：;m=0个（终点）极点：s1=-1;s2=-0.2;s3=-0.5;n=3个（起点）渐进线：n-m=3夹角：θ=±180（1+2u）/3=±60,±180交点：λ=（s1+s2+s3）/(n-m)=-0.567分

8、离点：和回合点1+Wk(s)=0有极值，对1+Wk(s)=0针对K求导数得S1=-0.333，S2=0.8虚轴焦点：S=a+jw令a=0代1+Wk(s)=0得w=±0.897/15/20215过程控制与仪表三、单回路系统整定（一）、理论计算整定法例：Wo(s)=1.2/(s+1)(s+0.2)(s+0.5)调节器Wc(s)=Kc，求Θ=0.75时比例度的值δ。解：根轨迹特征，共扼对称，作根轨迹Θ=0.75系统特征曲线α=12.28二者交点a,b根据模值条件：求K。A=-0.185+j0.654

9、Wk(s)

10、=1K=0.575*0.675*1.05=0.408Kc=K/0.12

11、=3.4Δ=0.2947/15/20216过程控制与仪表三、单回路系统整定（一）、理论计算整定法例：Wo(s)=1/(Ts+1)(Ts+1)(Ts+1)(Ts+1),T=10S,调节器Wc(s)=Kc(1+Td*s)，求Θ=0.75时比例度的值δ,Td。解：开环传递函数：Wk(s)=Wc(s)*Wo(s)A、零点：;m=0个（终点）B、极点：s1=-1/To;n=4个（起点）C、取：Td=To=10sD、Θ=0.75取得α=12.28E、模值条件：

12、Wk(s)

13、=1P=（-1，0）渐进线夹角A=180/3=60，交OA于D点D=（-0.03+J0.135）F、模值条件：

14、Wk

15、(s)

16、=1D点距离极点距离求kcδ=1/(To*(/pd)To*(/pd)To*(/pd))=0.3497/15/20217过程控制与仪表三、单回路系统整定（二）、工程整定法1、动态特性参数法特点：根据系统开环广义过程响应特性，进行近似计算的方法。方法：Wo(S)输入端加一阶跃信号记录变送器的响应输出据响应曲线求特征参数，（τ-延时To-响应ε-响应度）根据参数计算整定参数值[Wc(s)]。7/15/20218过程控制与仪表三、单回路系统整定（二）、工程整定法1、动态特性参数法A、广义过程无自衡能力阶跃信号近似对象Wo(s)=ε/{s(1+τS/n)}或Wc(s)确定:7/

17、15/20219过程控制与仪表三、单回路系统整定（二）、工程整定法1、动态特性参数法B、广义过程有自衡能力阶跃信号近似对象Wo(s)=(1/ρ)/(1+ToS)或Wc(s)确定:7/15/202110过程控制与仪表三、单回路系统整定（二）、工程整定法1、动态特性参数法B、广义过程有自衡能力7/15/202111过程控制与仪表三、单回路系统整定（二）、工程整定法1、动态特性参数法B、广义过程有自衡能力PD调节器的参数整定计算公式，它是在计算了比例（P）调节器的比例度后利用下式计算:7/15/202112过