过程控制仪表及控制系统 第2版 教学课件 作者 林德杰 第6章　单回路控制系统的设计.ppt

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1、09BX6第6章　单回路控制系统的设计6.1　概述6.1.1　一般要求6.1.2　控制方案6.1.3　基本方法6.1.4　设计步骤6.1.5　主要内容6.2　单回路控制系统方案设计6.2.1　被控参数的选择6.2.2　控制参数的选择6.2.3　测量变送器的特性对控制质量的影响09BX6第6章　单回路控制系统的设计6.2.4　信号传送时延问题6.2.5　执行器的选择6.2.6　调节器控制规律的选择6.2.7　调节器正、反作用的确定6.3　单回路控制系统调节器参数的整定6.3.1　工程整定法6.3.2　计算机仿真寻优整定法6.4　单回路控制系统的投运6.5　单回路控制系统设计举例6.5.1　喷雾

2、式干燥设备控制系统设计6.5.2　贮槽液位控制系统设计09BX66.1　概述现代工业生产过程是一个复杂的过程，如石油、冶金、电力、轻工、机械、化工、环保等过程，其产品众多，过程控制系统中的被控制过程形式多种多样，生产工艺千变万化，控制方案非常丰富。09BX66.1.1　一般要求在工业过程自动化中，过程控制是不可缺少的重要组成部分。为了克服外界扰动，稳定生产，使其工况最优，提高产品的质量和产量。为了提高劳动生产率，降低生产成本，节约能源，提高经济效益；为了安全生产、改善劳动条件，保护环境卫生等，需在生产过程中对温度、压力、流量、液位、成分、pH、粘度、湿度等过程参数实行自动控制。要达到以上目的

3、，根据自动控制理论的要求，过程控制系统首先必须是稳定的，这是系统被控制的前提，此外，系统还必须具有适当的稳定裕量；其次系统应是一个衰减振荡过程(特殊生产要求例外)，过渡过程时间要短，余差要小等。工程上这些要求往往是互相矛盾的，因此设计过程控制系统时，应根据实际情况，分清主次，以保证满足最重要的控制质量指标。09BX66.1.2　控制方案1.总体设计与系统布局的关系2.被控过程的特性09BX61.总体设计与系统布局的关系随着现代化工业生产迅速发展，各生产工艺设备相互间紧密地联系着，各设备的生产操作也是相互联系、相互影响的，所以首先必须明确局部生产过程自动化和全局过程自动化间的关系。在进行总体设

4、计和系统布局时，应该全面地考虑生产设备之间的相互联系，综合各个生产操作之间的相互影响，合理设计各个控制系统。要从生产过程去全面地分析问题和解决问题，从物料平衡和工艺流程去设计各个过程控制系统，即要从整个生产工艺过程的自动化考虑所设计的过程控制系统，应该包含产品质量控制、物料或能量控制、限制条件控制等，以全局的设计方法来正确处理整个系统的布局，统筹兼顾。09BX62.被控过程的特性过程控制系统的品质是由组成系统的结构和各个环节的特性所决定的。其中过程检测控制仪表的特性在设计制造时就已人为确定，调节器的特性可随意调整，以满足不同被控过程和控制的要求，而被控过程的类型及其特性比较复杂，在设计过程控

5、制系统时必须加以深入研究。09BX66.1.3　基本方法过程控制系统的设计方法很多，例如对数频率法、根轨迹法、系统参数优化设计法等。本节主要介绍系统设计方法中的一般情况。在系统设计中，通常包括综合法和试探法，在开始进行设计阶段，首先应熟悉技术要求及性能指标，了解被控过程和过程检测控制仪表的动态性能，应用综合方法建立系统的数学模型。一旦设计问题可用数学模型表示，就可进行仿真，并应用最佳控制理论得出系统性能指标的上限。09BX66.1.4　设计步骤(1)建立过程的数学模型　被控过程的数学模型是控制系统设计的基础，在过程控制系统设计中，首先要解决如何用恰当的数学关系式(或方程式)即所谓数学模型来描

6、述被控过程的特性。(2)选择控制方案　根据设计任务和技术指标要求，经过调查研究，考虑经济效益和技术实施的可行性，选择合理的控制方案。(3)建立系统框图　根据系统的内在机理，画出系统框图。09BX66.1.4　设计步骤(4)进行系统静态、动态特性分析计算　过程控制系统方案确定后，根据系统的质量指标，应用控制理论进行系统静态、动态特性分析计算，判定系统的稳定性、过渡特性等。(5)实验和仿真　实验和仿真是检验系统设计正确与否的重要手段。(6)系统投运　根据设计所选定的控制器的相关参数，使整个系统投入运行，观察其运行状况。09BX66.1.5　主要内容过程控制系统设计包括方案设计、工程设计、工程安装

7、和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。控制方案设计是系统设计的核心。若控制方案设计不正确，则无论选用何种先进的过程控制仪表，其安装如何细心，都不可能使系统在工业生产过程中发挥作用，甚至系统不能运行。09BX66.2　单回路控制系统方案设计上一节介绍了过程控制系统设计中一些共性的原则问题。本节将根据被控过程特性，应用控制理论、控制技术和过程检测控制仪表知识，具体对过程控制系统方案进行分析和设计。对于过程控制