过程仪表及自动化 教学课件 作者 马修水 第6章.ppt

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1、第6章控制方法本章内容单回路控制6.122021/7/25串级控制6.2前馈控制6.3大纯滞后过程控制6.4具有反向响应过程特性控制6.5比值控制6.6均匀控制6.7选择性控制6.86.1单回路控制2021/7/253《过程仪表及自动化》单回路控制是由被控对象、测量变送装置、控制器和执行器四部分组成。应用场合适用于被控对象纯滞后和时间常数较小，负荷和干扰变化比较平缓或者对被控变量要求不太高的场合。控制系统的分析与设计的过程与步骤1.分析被控对象的特性。2.选择被控变量、操纵变量。3.选择测量变送单元、控制器和执行器。2021/7/25《过程仪表及自动化

2、》对象特性研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系。这种对象特性的数学描述就称为对象的数学模型。静态特性对象特性描述动态特性工艺对象在某一状态下达到稳定时的情况工艺对象处于变化过程时的情况。2021/7/255《过程仪表及自动化》对象的动态特性与静态特性之间的关系静态特性动态特性基础特例控制系统分析中主要关心对象的动态特性2021/7/256《过程仪表及自动化》常见对象动态特性的测试方法常见的对象动态特性可用传递函数形式描述K为对象的静态放大倍数；为对象的纯滞后时间；T为对象的时间常数阶跃反应曲线法被控变量及操纵变量的选择2

3、021/7/257《过程仪表及自动化》被控变量的选择原则对稳定生产、对产品的质量和产量、对确保经济效益和安全生产有决定性作用的工艺变量，或者人工操作过于频繁、紧张、难以满足工艺要求的工艺变量作为被控变量。操纵变量的选择原则1）首先从工艺上允许在一定范围内改变；2）选择的操纵变量的控制通道放大倍数要大，这样对克服干扰较为有利；3）在选择操纵变量时，应使控制通道的时间常数适当小一些，而干扰通道的时间常数适当大一些；4）选择的操纵变量应对装置中其他控制系统的影响和关联较小，不会对其他控制系统的运行产生较大的干扰。滞后对控制系统的影响2021/7/258《过程

4、仪表及自动化》滞后对调节过程的品质的影响减小滞后的方法（1）合理地选择测量元件的安装位置，减少测量变送单元的纯滞后（2）选取小惰性的测量元件，减少时间常数（3）采用气动继动器和阀门定位器（4）采取合适的控制规律如在测量变送单元中存在滞后，它就不能将被控变量的变化及时地、如实地送到控制器，使控制器仍按过时的信号来工作，导致过渡过程时间加长，系统的超调量增加。如果控制器输出的是气动信号，并且调节阀膜头上的空间容积较大，这样必然使调节阀动作迟缓，不能及时产生校正作用，同样会使调节品质变坏。调节阀流量特性的选择2021/7/259《过程仪表及自动化》从广义对象

5、的特性出发希望包括变送器和执行器在内的广义对象的放大倍数能基本保持不变，使控制器的各项参数能适应不同的负荷。结合工艺配管的实际情况按照控制系统的需要决定调节阀的实际流量特性，然后考虑到因S值引起的流量特性的畸变，最后确定调节阀的理想流量特性。结合节能来考虑流体通过调节阀节流时，没有做有用的功，一部分机械能被白白地损耗，因此，应结合具体的工作过程，合理的选择流量特性，降低系统能耗。综合考虑其他因素当所选用调节阀有可能经常在小开度下工作时，宜选用等百分比理想流量特性。当控制系统预计到负荷变化幅度较大时，宜选用等百分比理想流量特性。当调节阀的S值较小时，宜选

6、用等百分比流量特性。当流体介质中含有较多固体悬浮物时，可以考虑选用直线理想流量特性。阀门定位器的选用2021/7/2510《过程仪表及自动化》阀门定位器能实现的功能有1）借助它能实现分程控制；2）通过阀门定位器能改变调节阀工作时的作用方式；3）在高压降的条件下，能提供足够的功率；4）能克服阀杆的摩擦力，提高调节阀的响应速度；5）较为准确地确定调节阀的开度，一定程度上提高调节的精确度；6）通过更换定位器上的反馈凸轮片，在一定范围内能改变调节阀的流量特性。控制器正、反作用的选择2021/7/2511《过程仪表及自动化》对于控制器来说，测量值增加，输出增加，

7、称之为正作用；测量值增加，输出减小，称之为反作用。控制器的正、反作用的定义调节阀的正、反作用调节阀的正反作用定义为气开阀为正作用，气关阀为反作用（有压力信号时阀关，无压力信号时阀开为气关阀；反之，为气开阀）。对象的正、反作用对象的正、反作用定义为如操纵变量增加，被控变量也增加，为正作用；操纵变量增加，被控变量减少，为反作用。控制器的选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统，即控制回路中具有反作用的环节有奇数个。常见的控制系统分析2021/7/2512《过程仪表及自动化》1.流量控制系统流量对象的时间常数很小，一般仅为几秒，对象的纯滞后时间也很小，调节过程

8、中被控变量的振荡周期也很短。2.液位控制系统由于液体进入容器时的飞溅和扰动，液位测量与流量测量