化工仪表及自动化第7章ppt课件.ppt

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1、化工仪表及自动化第七章简单控制系统任课教师：朱旭内容提要简单控制系统的机构与组成简单控制系统的设计被控变量的选择操纵变量的选择测量元件特性的影响控制器控制规律的选择控制器参数的工程整定临界比例度法衰减曲线法经验凑试法1说明第一节简单控制系统的机构与组成2简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。图7-1液位控制系统图7-2温度控制系统在本课件以后的控制系统图中，也将不再画出测量、变送环节，但要注意在实际的系统中总是存在这一环节，只是在画图时被省略罢了。3图7-

2、3简单控制系统的方块图从图中可知简单控制系统由四个基本环节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。在该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端的反馈路线，也就是说该系统中的控制器是根据被控变量的测量值与给定值的偏差来进行控制的。第二节简单控制系统的设计一、被控变量的选择4生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量称为被控变量。被控变量的界定它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的作用，而人工操作又难以满足要求的；人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是既紧张而又频繁的。第二节简单控制系统

3、的设计被控变量的分类（按照与生产过程的关系）直接指标控制；间接指标控制。56图7-4精馏过程示意图1—精馏塔；2—蒸汽加热器图7-5苯-甲苯溶液的T-x图图7-6苯-甲苯溶液的p-x图举例从工艺合理性考虑，常常选择作为被控变量。原因在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔操作在规定的压力下，才易于保证塔的分离纯度，保证塔的效率和经济性。在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上的压力基本上是不变的，这样各层塔板上的温度与组分之间就有一定的单值对应关系。所选变量有足够的灵敏度。7温度8选择被控变量的原则（1）被控变量应能代

4、表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般是工艺过程中较重要的变量。（2）被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。（3）尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。（4）被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。（5）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状。（6）被控变量应是独立可控的。9二、操纵变量的选择101.操纵变量在自动控制系统中，把用来克服干扰对被

5、控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流量。操作变量系统的干扰通过工艺分析确定11举例图7-7精馏塔流程图如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为灵敏板）的温度作为被控变量。图7-8影响提馏段温度的各种因素示意图影响提馏段灵敏板温度T灵的因素主要有：进料的流量（Q入）、成分（x入）、温度（T入）、回流的流量（Q回）、回流液温度（T回）、加热蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷却温度及塔压等等。通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。12132.对象特性对选择操纵变量的影响图7-9干扰通道与控

6、制通道的关系干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值；操纵变量由控制通道施加到对象上，使被控变量回复到给定值，起着校正作用。（1）对象静态特性的影响一般希望控制通道的放大系数KO要大些，对象干扰通道的放大系数Kf小些。（2）对象动态特性的影响①控制通道时间常数的影响控制通道的时间常数不能过大，否则会使操纵变量的校正作用迟缓、超调量大、过渡时间长。要求对象控制通道的时间常数T小一些，从而获得良好的控制质量。1415②控制通道纯滞后τ0的影响控制通道的物料输送或能量传递都需要一定的时间。这样造成

7、的纯滞后τO对控制质量是有影响的。图7-10所示为纯滞后对控制质量影响的示意图。图7-10纯滞后τ0对控制质量的影响在选择操纵变量构成控制系统时，应使对象控制通道的纯滞后时间τ0尽量小。16③干扰通道时间常数的影响干扰通道的时间常数Tf越大，表示干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于控制。④干扰通道纯滞后τf的影响如果干扰通道存在纯滞后τf，控制作用也推迟了时间τf，使整个过渡过程曲线推迟了时间τf，要控制通道不存在纯滞后，通常是不会影响控制质量的，如图7-11所示。图7-11干扰通道纯滞后τf的影响173.操纵变量的

8、选择原则①操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。②操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。③在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。三、测量元件特性的影响18测量、变送装置是控制系统中获取信息的装置，也是系统进行控制的依据。要求它能正确地、及时地反映被控变量的状况。1.测量元件的时间常数图7