单回路控制系统课件.ppt

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1、§1简单控制系统的结构与组成简单控制系统：由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭环系统。简单控制系统方框图被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控对象执行器控制器检测元件及变送器＋－被控变量y给定值xz测量值操纵变量q控制信号p偏差e干扰ƒ特点：结构简单，易分析设计、投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，应用广泛。简单控制系统的设计设计内容包括：①合理选择被控变量与操纵变量；②选择合适的检测元件及检测位置；③选用合适的执行器；④选用合适的控制器以及控制规律；⑤整定控制器的参

2、数到最佳值（工程整定）。§2被控变量的选择合理选择被控变量是单回路控制设计的第一步，同时也是关系到控制方案成败的关键。选择时：1、选择直接变量2、选择与直接变量有单值关系的间接变量注意：考虑工艺的合理性、被控变量必须是独立可控。适用于控制负荷变化较小的被控对象。§3操纵变量的选择选择时考虑：1、工艺合理性2、被控对象的特性（a）使被控对象控制通道的放大倍数较大，时间常数较小，纯滞后越小越好；（b）使被控对象干扰通道的放大倍数尽可能小，时间常数越大越好对象被控变量y操纵变量q干扰ƒ例一：加热炉qq燃t选：t为被控变量；q燃

3、为操纵变量。例二：精馏塔精馏原理：利用被分离物各组分的挥发度不同，把混合物中的各组分进行分离。xD=ƒ（TD，P）xW=ƒ（TW，P）选：TD为被控变量；q回为操纵变量。选：TW为被控变量；q蒸为操纵变量。检测变送环节是控制系统获取信息装置，也是系统进行控制的依据。选择主要从其特性的三个方面考虑：1、纯滞后测量信号不能及时跟随被控变量变化。yym影响：降低系统的控制质量主要原因：检测点位置2、测量滞后测量元件本身特性所引起的动态误差T解决方法：选用快速测量元件，必要时可引入微分作用。3、传递滞后信号传送过程需要的时间解决

4、方法：尽量采用电信号，减短信号传送路径。§4检测变送环节的选择作用：接受控制器的控制信号，改变操纵变量的大小1、考虑类型2、选择作用方式如：气动执行器的气开或气关方式。3、选择执行器的特性（1）快开特性（2）直线特性（3）等百分比（对数）特性（4）抛物线特性§5执行器选择作用：将偏差信号（检测信号与给定信号进行比较）进行运算，产生控制信号（作用于执行器）。控制规律：P、PI、PD、PID。控制器参数：——δ、TI、TD§6控制器的选择1、控制规律的选取在一般控制中，比例是不可少的。单纯的比例作用只适用于工艺要求不高时。如

5、储罐液位及不太重要的压力等参数的控制。当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化小，工艺要求无差控制时，可选择比例积分作用，如管道压力、流量等参数的常用控制。当广义对象控制通道时间常数较大或容量滞后较大时，应引入微分作用。若工艺允许有偏差，可选用比例微分调节规律；若工艺要求无余差时，则选用比例积分微分调节规律，如温度等参数控制。作用方向：正作用：e↑→△u↑反作用：e↑→△u↓原则：保证控制系统的构成是负反馈的闭环系统。qq燃2、控制器作用方向选择（1）测量元件和变送器：一般都为正作用，不用选择。（2）执行器：气开式为正，

6、气关式为反作用，从工艺安全角度确定。如加热炉出口温度控制TC执行器应选择气开式（3）被控对象：操纵变量增加，被控变量增加为正作用；反之，为反作用。作用方向要根据对象及执行器的作用方向来确定。（4）控制器在系统设计安装完成后，通过调整控制器参数，以得到最好的系统控制指标。工程整定法：避开被控对象的特性和数学描述，直接在系统运行时，通过改变控制器参数，观察过渡过程，来获取控制器参数的最佳数值。3、经验试凑法：1、临界比例度法：2、衰减曲线法：§7控制器参数的工程整定一、临界比例度在纯比例下，使系统等幅振荡，得到临界比例度δk

7、和临界周期Tk，根据经验求出各参数。TketYt特点：简单、易掌握，不适用临界比例度很小及不允许产生等幅振荡的系统。例：PI：δ=2.2δk=66%，TI=0.85Tk=2.55min用临界比例度法整定参数。δk=30%、Tk=3min。确定PI、PID作用时控制器参数。PID：δ=1.7δk=51%TI=0.5Tk=1.5minTD=0.125Tk=0.375min加微分后，δ和TI都有所减少，即系统稳定性提高。二、衰减曲线法在纯比例下，使系统衰减振荡，得到衰减比例度δs和衰减周期Ts（或上升时间T升），根据经验求出各

8、参数。4：1衰减振荡10：1衰减振荡特点：简便、质量高、可靠、应用广，不适用干扰频繁、记录曲线不规则的系统。三、经验凑试法根据经验先将控制器参数置于一定数值上，通过不断观察过渡过程曲线，逐渐凑试，直到获得满意的参数值。步骤：δ→TI，都按从大到小逐步加入，最后加入微分。特点：简单、应用广，但含有一定主观因素。δ↓振荡