单回路控制系统的工程设计ppt课件.ppt

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1、第四章单回路控制系统的工程设计单回路控制系统又称为简单控制系统。虽然简单，但应用较广；过程控制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章内容无疑是重点之一。液位变送器液位控制器执行器Gc(s)Gv(s)Gp(s)Gm(s)R(s)E(s)U(s)Q(s)Y(s)Ym(s)+-F(s)Gf(s)++单回路控制系统方框图最简单、最基本；应用最广泛、最成熟。是各种复杂控制系统设计和参数整定的基础。适用于被控对象滞后时间较小，负载和干扰不大，控制质量要求不很高的场合。4.1过程控制系统工程设计概述一、对过程控制系统设计的一般要求二、过程控制系统设计步骤安全性稳定性

2、经济性过程控制系统设计，是一个从理论设计到实践，再从实践到理论设计的多次反复的过程。建立被控过程的数学模型选择控制方案控制设备选型实验（和仿真）三、过程系统设计的主要内容系统的方案设计工程设计工程安装和仪表调校调节器参数整定单回路系统（系统结构已定）控制方案设计所包括的内容是：依据生产工艺要求合理选择系统性能指标，合理选择被控参数和控制参数，合理选择控制规律，并兼顾被控过程参数的测量与变送、执行器的选择。对复杂过程（多回路系统、多输入多输出系统）的控制方案设计，除上述共性内容外，根据实际生产过程，选择合适的控制系统结构是重要的。是控制系统方案设计的一个

3、至关重要的问题。恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、改善劳动条件有很大的作用。若选择不当，则不论组成什么样的控制系统，选择多么先进的过程检测控制仪表，都不能达到良好的控制效果。选择的意义4.2被控参数的选择选择被控参数的一般原则为：选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数作为被控参数。(直接参数法)当不能直接用直接参数作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。(间接参数法)被控参数必须具有足够高的灵敏度。被控参数的选择，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。

4、4.3控制参数的选择当生产过程中有多个因素能影响被控参数(量)变化时，应分析过程扰动通道特性与控制通道特性对控制质量的影响，正确地选择可控性良好的变量作为操纵(控制)量。一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响应应比扰动通道快。一、过程增益对控制性能指标的影响Gc(s)Go(s)Gf(s)F(s)R(s)Y(s)单回路系统方框图设：过程静态特性对控制质量好坏有很大的影响，是选择控制参数的一个重要依据。扰动通道静态放大系数越大，则系统的稳态误差也越大，这表示在相同的阶跃扰动作用下，将使被控参数偏离给定值越大，显著地降低控制质量。控制通道的静态放大系数越大

5、，表示控制作用越灵敏，克服扰动的能力越强，控制效果越显著。因此，确定控制参数时，使控制通道的放大系数Ko大于扰动通道的放大系数Kf是合理的。当这一要求不能满足时，可通过调节控制器的放大Kc系数来补偿，使KcKo的值远大于Kf。二、时间常数对控制性能指标的影响1、控制通道时间常数To的影响控制通道的时间常数的大小反映了控制作用的强弱，反映了控制器的校正作用克服扰动对被控参数影响的快慢。若控制通道时间常数太大，则控制作用太弱，被控参数变化缓慢，控制不能及时，系统过渡过程时间长，控制质量下降；若控制通道时间常数太小，虽控制作用强，控制及时，克服扰动影响快，过渡

6、过程时间短，但易引起系统振荡，使系统稳定性下降，亦不能保证控制质量。所以在系统设计时，要求控制通道时间常数适当小一些，使其校正及时，又能获得较好的控制质量。To增大定值控制系统，在阶跃扰动下，To=7，9，11，13，15时的响应曲线二、扰动通道时间常数Tf的影响分析一个一阶惯性环节的阶跃响应曲线，可以发现，惯性环节相当于一个滤波环节。因此，扰动通道为一个惯性环节，它对扰动起着滤波作用，抑制扰动对被控参数的影响。所以，扰动通道的时间常数Tf越大，容积越多，则扰动对被控参数的影响也越小，控制质量也越好。定值控制系统，在阶跃扰动下，Tf=2，4，6，8，10

7、时的响应曲线Tf减小三、时滞对控制性能指标的影响1、控制通道纯滞后时间o的影响时滞o的存在使控制系统的频率特性变化。当检测变送环节存在时滞时，被控变量的变化不能及时传送到控制器；当被控对象存在时滞时，控制作用不能及时使被控变量变化；当执行器存在时滞时，控制器的信号不能及时引起操纵变量的变化。因此，开环传递函数存在时滞，使控制不及时，超调增大，并引起系统不稳定。定值控制系统，在阶跃扰动下，当o=0.5，1，2，3，4时的响应o增大用o/To反映时滞的相对影响。当o/To0.3时，系统尚可用简单控制系统进行控制；当o/To>0.3时，应采用其

8、他控制方案对该类过程进行控制。在设计和应用时应尽量减小时滞，有时可增大时间常数以