简单控制系统的设计ppt课件.ppt

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1、第五章简单控制系统的工程设计第五章简单控制系统的工程设计工程设计□5-1过程控制系统的工程设计概述□5-2控制方案的设计□5-3控制系统中设备选型□5-4控制器参数的整定□5-5过程计算机控制系统的设计第五章简单控制系统的工程设计5.1工程设计概述单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。单回路反馈控制系统组成方框图：是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞

2、后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。第五章简单控制系统的工程设计1.一般要求：根据实际过程特性、扰动情况、限制条件，综合权衡安全性、稳定性、经济性三方面，正确运用控制理论和技术设计性能优良，技术可行，满足工艺合理要求的控制系统。过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。2.基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。第五章简单控制系统的工程设计3.系统设计步骤：建立被控过程的数学模型选择控制方案建立系统框图，系统静态、动态特性分析计算设备选型（测量

3、变送、调节器、执行器）实验和仿真设计步骤第五章简单控制系统的工程设计4.设计的主要内容：控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。工程安装和仪表调校调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。第五章简单控制系统的工程设计控制器(LC或TC)执行器（控制阀）被控对象（液位储槽或换热器）测量、变送环节（LT或TT）被控变量（液位或温度）干扰偏差设定值＋－广义对象简单控制系统方块图载热体冷流体换热器温度控制系统常见的两

4、种简单控制系统：第五章简单控制系统的工程设计5.2控制方案设计2.被控参数的选择一般原则为：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；当不能用直接参数作为被控参数时，应该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；必须具有足够大的灵敏度；必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能；必须具有被控量间的独立性。1.性能指标的合理选择1）阶跃响应性能指标2）偏差积分性能指标：IAE、ITAE、ISE、ITSE3.控制参数的选择当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。正确

5、选择控制参数就是正确选择控制通道和扰动通道的问题。由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数Kf、控制通道静态放大倍数Ko）;过程扰动通道动态特性的分析（时间常数Tf、时延τf、扰动作用点位置）;过程控制通道动态特性的分析（时间常数To、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。第五章简单控制系统的工程设计原则问题哦控制参数选择的一般原则为：控制通道放大系数K0要适当大一些，时间常数T0要适当小一些，纯滞后τ0越小越好；扰动通道放大系数Kf要尽可能小，时间常数Tf要大一些,扰动作用点位置要远离被控量的检测点；过程本身存在多个时间常数时，应尽量设法使他们越

6、错开越好；控制量应具有可控性，工艺操作合理性，经济性。1.测量变送问题被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化情况，为系统设计提供准确的控制依据。测量和变送环节的描述：参数选择原则：减小Tm和τm均对提高系统的控制质量有利。若Tm较大，则会使记录曲线与实际参数之间产生较大的动态误差。从减小测量变送环节误差角度考虑，应减少仪表的量程，即增大Km。第五章简单控制系统的工程设计5.3设备选型第五章简单控制系统的工程设计2.调节阀（执行器）的选择调节阀类型的选择：气动执行器和电动执行器调节阀口径（Dg、dg）大小的选择：主要依据是阀的流通能力。正常工况下要求调节阀开度处于15％～85％

7、之间。调节阀气开、气关形式的选择：主要以安全方面考虑。调节阀流量特性的选择：在直线和对数流量特性间选；系统总的放大倍数尽可能保持不变，通常被控过程的特性是非线性的(一阶以上特性)，而变送器、调节器(若比例作用时)和执行机构的放大系数是常数。因此往往通过选择调节阀的流量特性来补偿被控过程特性的非线性，从而达到系统总放大倍数不变的目的。第五章简单控制系统的工程设计3.调节器控制规律的选择目的：调节器PID控制规律对控制质量的影响：当过程控制通道时间