简单控制系统的分析与设计

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1、7.1系统组成及分析7.4简单控制系统设计案例本章内容：7.2简单控制系统的设计7.3简单控制系统的投运与参数整定7.1系统组成及分析7.1.1系统组成图7-1锅炉汽包水位控制系统蒸汽汽包给水省煤器被控变量：汽包液位过程（被控对象）：锅炉汽包操纵变量：进水流量主要扰动：蒸汽量的变化图7-2锅炉汽包水位控制系统的方块图给水阀锅炉汽包7.1.2控制过程分析(1)平衡状态：当给水量和蒸汽量均不变的情况下，控制系统处于平衡状态，并将保持这个状态，直到有新的扰动产生。蒸汽汽包给水省煤器(2)扰动分析：锅炉汽包水位控制系统(3)控制过程：一般先选择控制阀的气开、气关特性然后确定控制器的

2、正、反作用(测量值增大，输出增大为正作用，反之为反作用)分析控制系统的控制过程蒸汽汽包省煤器给水控制器正、反作用控制器应选正作用控制器过程分析正作用控制器气关阀根据安全原则，供气中断时给水阀应全开，所以应选气关阀基本要求：第一：控制系统设计人员要掌握较为全面的自动化专业知识，同时尽可能多地熟悉所要控制的工艺装置对象；第二：要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行必要的交流，共同讨论确定自动化方案；第三：自动化技术人员不能盲目追求控制系统的先进性和所用仪表及装置的先进性。工艺人员要注意倾听自动化专业技术人员的建议，特别是一些复杂对象和大系统的综合自动化；第四：设计一定要遵

3、守有关的标准﹑行规，按科学合理的程序进行。7.2简单控制系统的设计7.2.1控制系统设计概述①确定控制方案基本内容②仪表及装置的选型③相关工程内容的设计①确定控制方案首先要确定整个系统的自动化水平，然后才能进行各个具体控制系统方案的讨论确定。对于比较大的控制系统工程，更要从实际情况出发，反复多方论证，以避免大的失误。控制系统的方案设计是整个设计的核心，是关键的第一步。要通过广泛的调研和反复的论证来确定控制方案，它包括被控变量的选择与确认﹑操纵变量的选择与确认﹑检测点的初步选择、绘制出带控制点的工艺流程图和编写初步控制方案设计说明书等等。7.2.2被控变量的选择在过程工业装置

4、中，为了实现预期的工艺目标，往往有许多个工艺变量或参数可以被选择作为被控变量，也只有在这种情况下，被控变量的选择才是重要的问题。在多个变量中选择被控变量应遵循下列原则：见书归纳为三个方面问题加以考虑：合理性与独立性；直接指标与间接指标；可测与可控。7.2.3操纵变量的选择在选定被控变量之后，要进一步确定控制系统的操纵变量。实际上，被控变量与操纵变量是放在一起综合考虑的。操纵变量的选取应遵循下列原则：操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；操纵变量应该是系统中所有被控变量的输入变量中的对被控变量影响最大的一个。控制通道的放大系数Ｋ要尽量大一些，时间常数Ｔ适当小些，滞后时间尽量小。

5、不宜选择代表生产负荷的变量作为操纵变量，以免产量受到波动。工艺上的合理性和方便性7.2.4测量元件特性的影响被控变量选择好之后，被控变量如何测量仍然有诸多因素需要考虑，以便更灵敏﹑更快速﹑更及时和更经济地测得被控变量．灵敏性快速性及时性在控制系统中，仪表选型确定以后，对象的特性是固定的，不好改变的；测量元件及变送器的特性比较简单，一般也是不可以改变的；执行器加上阀门定位器可有一定程度的调整，但灵活性不大；主要可以改变参数的就是控制器。系统设置控制器的目的，也是通过它改变整个控制系统的动态特性，以达到控制的目的。7.2.5控制器及控制规律的选择(1)位式控制常见的位式控制有双

6、位和三位两种。一般适用于滞后较小，负荷变化不大也不剧烈，控制质量要求不高，允许被控变量在一定范围内波动的场合，如恒温箱、电阻炉等的温度控制。控制规律的选择(2)比例控制它是最基本的控制规律。当负荷变化时，克服扰动能力强，控制作用及时，过渡过程时间短，但过程终了时存在余差，且负荷变化越大余差也越大。比例控制适用于控制通道滞后较小、时间常数不太大、扰动幅度较小，负荷变化不大、控制质量要求不高，允许有余差的场合。如贮罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽压力的控制等。(3)比例积分控制引入积分作用能消除余差，故比例积分控制是使用最多、应用最广的控制规律，但是，加入积分作用后要保持

7、系统原有的稳定性，心须加大比例度（削弱比例作用），以使控制质量有所下降，如最大偏差和振荡周期相应增大，过渡时间加长。对于控制通道滞后小，负荷变化不太大，工艺上不允许有余差的场合，如流量或压力的控制，采用比例积分控制规律可获得较好的控制质量。(4)比例微分控制引入了微分，会有超前控制作用，能使系统的稳定性增加，最大偏差和余差减小，加快了控制过程，改善了控制质量，故比例微分控制适用于过程容量滞后较大的场合。对于滞后很小和扰动作用频繁的系统，应尽可能避免使用微分作用。(5)比例积分微分控制微分作用对于克服容量滞后有显著效