第1章 单回路反馈控制系统

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1、第1章单回路反馈控制系统1.1单回路控制系统的组成1.2单回路控制系统的设计1.3调节阀在单回路控制系统中的应用1.4调节器的投运和参数整定返回本章首页第一节单回路控制系统的组成单回路控制系统是指由一个测量变送器，一个调节器、一个调节阀只对一个被控参数进行自动控制而组成的负反馈闭环控制系统。单回路控制系统也称为单回路负反馈控制系统，简称单回路系统。由于在所有反馈控制系统中，单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种，因此．它又被称之为简单控制系统。单回路控制系统是实现生产过程控制的最基本单元，在生产中应用最为普遍；单回路系统虽然系统结构简单，

2、但它却能解决生产过程中的大量控制问题。它是过程控制中应用得最为广泛的一种控制系统。单回路系统是复杂控制系统的基础。学会了单回路系统的分析和设计方法，会给复杂控制系统的分析和研究提供很大的方便。1、系统构成单回路反馈控制系统由四个基本环节组成，即被控对象(简称对象)或被控过程(简称过程)、测量变送装置、控制器和控制阀。有时为了分析问题方便起见，往往把控制阀、对象和测量变送装置合在一起，称之为广义对象。这样系统就归结为控制器和广义对象两部分。单回路控制系统的控制作用：调节器根据被控变量产生的偏差，通过调节阀去改变控制变量，从而使被控变量最终达到期望

3、给定值。Gc(s)Gv(s)Go(s)Gm(s)R(s)E(s)U(s)Q(s)F(s)Y(s)Z(s)+_Gf(s)2、控制系统框图在定值控制系统中，把需要控制在某个其望给定值的参数称为被控变量，如图中的液位；把通过调节阀改变的参数称为控制变量，如图中的出水口流量。设出口调节阀是气关式，调节器设定为反作用方式。偏差信号为测量值与给定值之差，当测量值大于给定值时。偏差为正，反之则为负。3、控制过程分析例如：在平衡状态下，入口阀突然开大了。这样就使F1＞F2，于是液位L将上升。随着L的上升，控制器将感受到正偏差(因为给定值没有变)，而控制器是反作

4、用的，于是它的输出将减小。控制阀是气闭式的，随着控制器输出的减小，控制阀将开大。这样，流出量F2将逐渐增大，液位L将慢慢下降并逐渐趋于给定值。当再度达到F2＝F1时，系统将达到一个新的平衡状态。这时控制阀将处于一个新的开度上。同样，不论是什么因素使液位偏离给定值，在调节器正反作用方式与调节阀开关形式设置正确的情况下，总能克服干扰，使水位回到期望的给定值。1）、正确选择被控变量与控制变量。2）正确选择调节器的正反作用和调节阀的开关形式。3）合理选择调节器的控制算法，保证一定的控制精度，同时尽量减少系统的动态误差。4）合理选择调节阀的流量特性，提高

5、控制系统的线性度。5）正确选择测量变送器，减少信号失真与滞后，提高控制质量。单回路控制系统能够正常工作的前提：第二节单回路控制系统的设计一、被控变量的选择一般的过程都有较明确的要求。如对温度、压力、流量、液位控制系统，其相应的过程参数就是被控变量。被控变量的选择是控制系统设计的核心问题。它选择得正确与否，将会直接关系到生产的稳定操作、产品产量和质量的提高以及生产安全与劳动条件的改善等。如果被控变量选择不当，不论采用何种控制仪表，组成什么样的控制系统，都不能达到预期的控制效果，满足不了生产的技术要求。为此，自控设计人员必须深入生产实际，进行调查研

6、究，只有在熟悉生产工艺的基础上才能正确地选择出被控变量。被控制变量的选择通过分析，可以总结出如下几条选择被控变量的原则：(1)质量指标是产品质量的直接反映。在情况许可时，应选择质量指标参数作为被控变量。(2)当不能选择质量指标参数作被控变量时，可选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量。(3)所选的间接指标参数必须具有足够大的变化灵敏度，以便反映产品质量的变化。(4)在被控变量选择时还需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。被控变量确定之后，还需要选择一个合适的控制变量．以便被控变量在外界干扰作用下发生变化时，能够通

7、过对控制变量的调整，使得被控变量迅速地返回到原先的给定值上，以保持产品质量的不变。控制变量一般选系统中可以调整的物料量或能量参数。而石油、化工生产过程中遇到最多的控制变量则是物料流或能量流，即流量参数。然而在一个系统中，可供选择作为控制变量的参数往往不只一个，而有数个，这时就有一个控制变量的选择问题。控制变量的选择要考虑到对象特性、干扰位置与性质等各种问题。二、控制变量的选择控制变量也称为操纵变量，是调节阀的输出，同时也是直接影响被控对象的输入信号。我们知道被控变量就是对象的输出，而影响被控变量的外部因素则是对象的输入。诚然，影响被控变量的外部

8、输入往往有若干个而不是一个，因此．我们所研究的实际上是一个多输入单输出的对象。如图1—11所示。1、对象特性对控制质量的影响现在的任务是在影响被控变量