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1、第五章简单控制系统的设计及参数整定方法魏莉weili@whut.edu.cn机电工程学院测控系12简单控制系统一个调节器，一个调节阀，控制一个被控参数单回路闭环控制系统，典型结构框图如下图示。调节器GC（S）调节阀GV（S）被控过程GP（S）干扰通道Gf（S）F(S)测量变送H（S）R(S)--E(S)U(S)Q(S)C(S)Z(S)3单回路控制系统特点结构简单、投资少、易于整定和投运；可满足一般生产过程的工艺要求；占控制回路的80%以上，应用广泛；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。45第
2、一节过程控制系统设计概述一.对过程控制系统的一般要求稳：控制系统必须是稳定的，且有一定的稳定裕量。准：系统被控参数的实际运行状况与希望状况的偏差要小，控制精度要高。快：系统从一种工作状态向另一种工作状态过渡时间要短，即衰减振荡短。工程上三者往往相互矛盾，如要精度高则平稳受影响，要平稳则快速性受削弱，一般应满足最重要要求，分清主次。6过控系统组成:被控过程；控制仪表；检测仪表等。主要工作:确定控制方案；选择检测方法；选择检测仪表；选择控制仪表;参数整定。二.过程控制系统设计的基本方法与步骤7控制系统设计的步骤:1.熟悉系统的技术要求或性能
3、指标2.建立系统的数学模型过程的数模是理论分析和深入设计的基础和依据。3.控制方案的确定含系统组成和控制方式,确定方案的依据是被控过程的特性,技术指标,控制任务的要求,方案要简单经济可行,要有比较。4.根据系统的静动态特性进行理论分析和综合由技术指标,系统的静动态特性,确定调节规律和参数整定。分析方法:频率法,根轨迹法,优化设计等。分析工具:计算机仿真等。5.设备选型6.实验验证8内容包括方案设计：即系统组成和控制方式，是设计的核心，方案不合理，选何种仪表都无作用。工程设计：指仪表选型，控制室和仪表盘设计，供电供气系统的设计，信号连锁和
4、系统保护。工程安装与仪表调校。调节器参数整定：设置调节器参数，使系统运行在最佳状态。核心内容控制方案设计；调节器参数整定。三.过程控制系统设计的主要内容91认真熟悉过程特性要了解过程特性,熟悉工艺流程特点要求,这是方案的重要依据。2要明确过程中各个生产环节的关系3.测量信号的预先处理一般测量信号作反馈用较重要,但是现场信号,故噪声大,要进行滤波或线性化或温度补偿等预处理。4.系统的安全保护安全可靠,尤其是在高温高压,易燃易爆,强腐蚀等环境下,要选符合要求的仪表和设备。四.系统设计中需注意的几个问题10第二节过程特性对控制质量的 影响及控
5、制方案的确定一.干扰通道特性对控制质量的影响调节器GC（S）调节阀GV（S）被控过程GP（S）干扰通道Gf（S）F(S)测量变送H（S）R(S)--E(S)U(S)Q(S)C(S)Y(S)干扰与系统输出的传递关系11系统输出与干扰的传递函数:C(S)/F(S)=Gf(S)/[1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S)]设干扰通道Gf(S)为一单容过程,即Gf(S)=Kf/(TfS+1)则有C(S)/F(S)={1/[1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S)]}{Kf/(TfS+1)}或有延时τf时C(S)/F(S)={Gf(S)/[1
6、+GC(S)GV(S)GP(S)H(S)]}exp(-τfS)121.静态增益Kf:Kf越大,扰动引起输出越大,设计时应减小Kf,如办不到,应增强控制作用,或采用扰动补偿。2.时间常数Tf:Gf(S)是一个惯性环节,对扰动F(S)有一定的滤波作用,Tf越大,效果越明显,故Tf越大,扰动对被控参数的动态影响越小。3.延时τf:相当于扰动推迟一段时间进入系统,对控制质量无影响4.F(S)进入系统的位置的影响如F(S)在GP(S)之前进入系统:则C(S)/F(S)=1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S)Gf(S)GP(S)..或C(S)/
7、F(S)=1+GC(S)GV(S)GP(S)H(S)1KfTfS+1KPTPS+1又多了一个滤波器13调节器GC（S）调节阀GV（S）被控过程GP（S）F1(S)测量变送H（S）R(S)--E(S)C(S)Y(S)F2(S)F3(S)14控制通道:其作用总是力图使被控参数与给定值相一致扰动通道:其作用总是力图使被控参数与给定值相偏离二.控制通道特性对控制质量的影响151.静态增益KO:调节器的KC一定时:KO越大控制作用越强,抗扰能力越强,稳态误差越小,被控参数对控制作用反应越灵敏。KO越大意味着系统的静态增益越大,对系统的闭环稳定性不
8、利。设计时应综合考虑稳定性快速性和稳态误差三方面:改变KC使开环增益KOKC合适,当KO越大,KC越小,降低调节器要求2.时间常数TO:TO较大,调节器对被控参数的调节作用就不及时,过渡过程加长TO过小,控
