第六章简单控制系统总结

第六章简单控制系统总结第六章简单控制系统总结实验名称：实验名称：实验四四 温度温度传感器及温度控制感器及温度控制实验(AD590)实验预习报告：实验预习报告：（做实验时必须带预习报告）（做实验时必须带预习报告）一、实验目的一、实验目的二、实验原理二、实验原理三、三、实验仪器及所用单元实验仪器及所用单元第六章第六章 简单控制系统简单控制系统第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计第三节第三节 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成 简单控制系统：简单控制系统：由一个测量元件、变送器、一个由一个测量元件、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控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。系统，因此也称为单回路控制系统。图图6-1 液位控制系统液位控制系统图图6-2 温度控制系统温度控制系统载热体载热体冷流体冷流体换热器换热器图图6-3 简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图 ez xP 执行器 该系统中有着一条从系统的该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端的输出端引向输入端的反馈路线反馈路线，也就是说该系统中的控制器是，也就是说该系统中的控制器是根据被控变根据被控变量的测量值与给定值的偏差量的测量值与给定值的偏差来进行控制的来进行控制的 第六章第六章 简单控制系统简单控制系统第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计第三节第三节 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定这一章主要回答三个问题这一章主要回答三个问题这一章主要回答三个问题这一章主要回答三个问题 1.1.1.1.控制什么？控制什么？控制什么？控制什么？2.2.2.2.拿什么来控制？拿什么来控制？拿什么来控制？拿什么来控制？3.3.3.3.通过什么方式控制？通过什么方式控制？通过什么方式控制？通过什么方式控制？第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计简单控制系统的方框图简单控制系统的方框图 ezxP 执行器一、被控变量的选择；一、被控变量的选择；二、操纵变量的选择；操纵变量的选择；三、测量元件特性的影响；三、测量元件特性的影响；四、控制器控制规律的选择四、控制器控制规律的选择;选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述控制器控制器(LC或或TC)执行器执行器（控制阀）（控制阀）被控对象被控对象（液位储槽或换热器）（液位储槽或换热器）测量、变送环节测量、变送环节（LT或或TT）被控变量被控变量（液位或温度）（液位或温度）干扰干扰偏差偏差设定值设定值广义对象广义对象简单控制系统方块图简单控制系统方块图载载热热体体冷流体冷流体换热器换热器温度控制系统温度控制系统液位控制系统液位控制系统常见的两种简单控制系统：常见的两种简单控制系统：常见的两种简单控制系统：常见的两种简单控制系统：所谓所谓“关键关键”变量变量：是指对产品的产量、质量以：是指对产品的产量、质量以及安全及安全具有决定性的作用具有决定性的作用，而人工操作又难以满，而人工操作又难以满足要求的变量；或者人工操作虽然可以满足要求，足要求的变量；或者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。但是，这种操作是既紧张而又频繁的。1.1.采用直接指标控制采用直接指标控制直接指标控制：直接指标控制：被控变量本身就是需要控制的被控变量本身就是需要控制的工艺指标（压力、流量、物位、温度等）工艺指标（压力、流量、物位、温度等）直接指标控制最直接，最有效。直接指标控制最直接，最有效。一、被控变量的选择一、被控变量的选择被控变量被控变量：希望保持恒定值（或按一定规律变：希望保持恒定值（或按一定规律变化）的变量化）的变量 选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述图图6-4 精馏塔流程图精馏塔流程图回流罐回流罐冷凝器冷凝器顶采出顶采出进料进料蒸汽蒸汽苯苯甲苯甲苯2.2.采用间接指标控制采用间接指标控制1 1）精馏原理）精馏原理 2 2）精馏塔对自控的要求）精馏塔对自控的要求 要求苯、甲苯达到一定的纯度，要求苯、甲苯达到一定的纯度，因此，馏出物的因此，馏出物的组分浓度组分浓度xD应作应作为被控变量。为被控变量。xD为被控变量为被控变量，获取测量信号尚，获取测量信号尚有困难时，有困难时，可以找出与可以找出与xD有关的参数有关的参数作为被控变量作为被控变量，进行间接指标控制。，进行间接指标控制。选取选取与直接质量指标有单值对应关系与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的另而反应又快的另一变量作为间接控制指标一变量作为间接控制指标 利用被分离物各组分的挥发度不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同，把混合物中的各组分进行分离 3）找出与）找出与XD有关的参数有关的参数XD=f（TD，P）（浓度与温度和压力有关）（浓度与温度和压力有关）当压力恒定时，即当压力恒定时，即P=常数常数XD=f（TD）如图所示如图所示 XD温度越低温度越低 TD XD温度越高温度越高 TD 测出温度可以知道浓度测出温度可以知道浓度。当温度恒定时，即当温度恒定时，即TD=常数常数XD=f（P）如图所示如图所示 XD压力越高压力越高 P XD压力越低压力越低 P 测出压力可以知道浓度。测出压力可以知道浓度。4 4）考虑工艺的合理性）考虑工艺的合理性精馏塔流程图精馏塔流程图回流罐回流罐冷凝器冷凝器顶采出顶采出进料进料蒸汽蒸汽TCTT结论：固定压力，选择温度为被控变量。结论：固定压力，选择温度为被控变量。5 5）考虑被控变量的灵敏度。）考虑被控变量的灵敏度。6 6）考虑被控变量间的独立性。）考虑被控变量间的独立性。选择被控变量的原则选择被控变量的原则(1).能代表工艺的操作指标，能能代表工艺的操作指标，能反映工艺操作状态。反映工艺操作状态。(2).被控变量在操作过程中经常受到干扰影响，被控变量在操作过程中经常受到干扰影响，需要需要频繁控制的。频繁控制的。(3).尽量采用直接指标作为被控变量。当直接指标无法尽量采用直接指标作为被控变量。当直接指标无法获得时，应选获得时，应选与直接指标有单值对应关系的间接指标与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。作为被控变量。(4).被控变量应能被测量出来，并有被控变量应能被测量出来，并有足够大的灵敏度。足够大的灵敏度。(5).考虑考虑工艺过程的合理性及仪表的现状。工艺过程的合理性及仪表的现状。(6).被控变量应被控变量应是独立可控的。是独立可控的。二、操纵变量的选择二、操纵变量的选择干扰作用干扰作用对被控变量的影响是使其偏离给定值。对被控变量的影响是使其偏离给定值。操纵变量操纵变量则是要克服干扰对被控变量的影响。则是要克服干扰对被控变量的影响。简单控制系统的方框图简单控制系统的方框图 1.操纵变量操纵变量ezxP 执行器选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述图图6-1 液位控制系统液位控制系统图图6-2 温度控制系统温度控制系统载热体载热体冷流体冷流体换热器换热器操纵变量是执行器所控制的参数。实现控制作用。操纵变量是执行器所控制的参数。实现控制作用。最常见的操纵变量是流量，也有电压、转速等最常见的操纵变量是流量，也有电压、转速等。被控变量被控变量对对 象象 干扰干扰干扰通道干扰通道操纵变量操纵变量控制通道控制通道图图6-9 干扰通道与控制通道的关系干扰通道与控制通道的关系2.对象特性对选择操纵变量的影响对象特性对选择操纵变量的影响 干扰变量干扰变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，用，使被控变量偏离给定值使被控变量偏离给定值；操纵变量操纵变量由控制通道施加到对象上，由控制通道施加到对象上，使被控变量使被控变量回复到给定值回复到给定值，起着校正作用。，起着校正作用。(1)对象静态特性的影响对象静态特性的影响放大系数放大系数 K0，Kf，是对象的静态参数。，是对象的静态参数。控制通道的放大系数控制通道的放大系数 K0：希望希望 K0值大一些好值大一些好,K0越大越大,表示控制作用灵敏表示控制作用灵敏,抑制干扰的能力越强。但抑制干扰的能力越强。但K0太大会破坏系统的稳定性。太大会破坏系统的稳定性。干扰干扰操纵变量操纵变量被控变量被控变量KfK0干扰通道的放大系数干扰通道的放大系数 Kf：Kf无论大、小对无论大、小对被控变量被控变量 的质量都有害，的质量都有害，希望希望 Kf尽可能小。尽可能小。（2）对象动态特性的影响）对象动态特性的影响 控制通道时间常数控制通道时间常数T0 的影响的影响T0太大或太小都不利于提高控制质量。太大或太小都不利于提高控制质量。控制通道如果是一阶环节，控制通道如果是一阶环节，T0小，控制就灵敏。小，控制就灵敏。但太小，控制作用过于灵敏易引起控制过程震荡，而但太小，控制作用过于灵敏易引起控制过程震荡，而不稳定。不稳定。控制通道如果是二阶环节，控制通道如果是二阶环节，T0大，控制作用就反大，控制作用就反应迟钝应迟钝,过渡时间长，控制作用就弱。过渡时间长，控制作用就弱。希望希望T0适当小，适当小，有利于克服干扰，缩短过渡过有利于克服干扰，缩短过渡过程的时间。程的时间。干扰通道时间常数干扰通道时间常数 Tf 对控制质量的影响对控制质量的影响Tf越大，越大，对被控变量影响越小。对被控变量影响越小。如果控制通道如果控制通道0大，那么大，那么T0也大。因此，对象较难控也大。因此，对象较难控制制.纯滞后时间纯滞后时间0应尽量小应尽量小。tyBAED图图6-10 纯滞后纯滞后0对控制质量的影响对控制质量的影响控制通道控制通道 小为好小为好 控制通道滞后时间控制通道滞后时间 0的影响的影响tf如图如图 并不起作用。被控变量只是推迟并不起作用。被控变量只是推迟 时间变化。时间变化。干扰通道滞后时间干扰通道滞后时间f对控制质量的影响对控制质量的影响ty有纯滞后有纯滞后无纯滞后无纯滞后tyu小结：小结：(3).0越小越好越小越好,f对被控变量无影响。对被控变量无影响。(2).T0适当小，适当小，Tf越大越好；越大越好；(1).K0适当大，适当大，Kf 越小越好；越小越好；3.操纵变量的选择原则操纵变量的选择原则(1).操纵变量是可控的，即工艺上允许调节的变量。操纵变量是可控的，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操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。加灵敏。(3).考虑工艺的合理性与生产的经济性。一般避免用考虑工艺的合理性与生产的经济性。一般避免用生产负荷作为操纵变量。生产负荷作为操纵变量。冷气流量冷气流量干干燥燥塔塔 举例举例 将浓缩乳液干燥成乳粉，生产上采用喷雾式干燥将浓缩乳液干燥成乳粉，生产上采用喷雾式干燥设备。在一定的干燥温度下获得合格产品。设备。在一定的干燥温度下获得合格产品。冷气流量冷气流量分析一下影响干燥塔分析一下影响干燥塔温度的因素。温度的因素。1.1.乳化物流量乳化物流量Q1的改变将影响干燥塔温度。的改变将影响干燥塔温度。2.2.冷风量冷风量Q2的变化影响干燥塔温度。的变化影响干燥塔温度。3.3.蒸汽流量蒸汽流量Q3的变化的变化,影响干燥塔温度。影响干燥塔温度。Q1Q2Q3蒸汽压力的变化将引起干燥塔温度。蒸汽压力的变化将引起干燥塔温度。第一种方案：乳化物流量第一种方案：乳化物流量Q1为操纵变量为操纵变量 考虑工艺的合理性。乳化物流量是生产负荷，需要考虑工艺的合理性。乳化物流量是生产负荷，需要稳定，不易作操纵变量。稳定，不易作操纵变量。根据操纵变量选择原则进行分析：根据操纵变量选择原则进行分析：蒸汽蒸汽产品产品 第二种方案：空气流量第二种方案：空气流量Q2为操纵变量为操纵变量 空气量与热风混合通过风管进入干燥器，较第一空气量与热风混合通过风管进入干燥器，较第一方案控制通道滞后时间稍大方案控制通道滞后时间稍大,灵敏度次之。灵敏度次之。蒸汽蒸汽产品产品第三种方案：蒸汽流量第三种方案：蒸汽流量Q3为操纵变量为操纵变量 控制通道很长，纯滞后、容量滞后大，灵敏度差。控制通道很长，纯滞后、容量滞后大，灵敏度差。T0、0大，不易作操纵变量。大，不易作操纵变量。蒸汽蒸汽产品产品混合过程混合过程控制器控制器执行器执行器 y变送器变送器zxe风管风管干燥器干燥器-干燥器干燥器Q1方块图方块图Q3干燥器干燥器风管风管换热器换热器TTTCQ1Q3 设计出以干燥器设计出以干燥器温度温度为被为被控变量，控变量，冷空气流量冷空气流量为操纵为操纵变量，温度控制系统。变量，温度控制系统。简单控制系统的方框图简单控制系统的方框图 ez xP 执行器第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计一、被控变量的选择；一、被控变量的选择；二、操纵变量的选择；操纵变量的选择；三、测量元件特性的影响；三、测量元件特性的影响；四、控制器控制规律的选择四、控制器控制规律的选择;1.1.测量元件的时间常数测量元件的时间常数 测量元件本身时间常数测量元件本身时间常数Tm所造成的测量所造成的测量滞后。（如测温元件）滞后。（如测温元件）解决方法：解决方法：1）选择快速测量元件（一般）选择快速测量元件（一般Tm1/10TC为宜）；为宜）；TC：对象时间常数：对象时间常数2）正确选择安装位置；）正确选择安装位置；3）测量元件之后引入微分作用。）测量元件之后引入微分作用。(a)yzt参参数数t参参数数yz(c)t参参数数yz(b)三、测量元件特性的影响三、测量元件特性的影响选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述分析加入微分单元后的情况：分析加入微分单元后的情况：在测量元件之后引入微分单元在测量元件之后引入微分单元用拉氏变换式描述各环节用拉氏变换式描述各环节Km/Tms+1TDs+1z(s)y(S)Km测量元件和变送器的放大倍数；测量元件和变送器的放大倍数；Tm、TD测量元件时间常数、微分时间测量元件时间常数、微分时间。如果使如果使Tm=TDKmy（S）z(s)可以看出变送器的输出与被控变量的变化成正比关系。可以看出变送器的输出与被控变量的变化成正比关系。y(s)z(S)则则测量变送器测量变送器y微分单元微分单元z z2.测量元件的纯滞后测量元件的纯滞后测量的纯滞后有时是由测量元件安装位置引起的。测量的纯滞后有时是由测量元件安装位置引起的。1)合理选择测量元件的安装地点，尽可能缩短纯滞后合理选择测量元件的安装地点，尽可能缩短纯滞后 时间。时间。2）采用复杂控制系统。）采用复杂控制系统。解决方法：解决方法：延迟时间延迟时间0:图图6-133.信号的传递滞后信号的传递滞后 1)测量信号传送产生的滞后测量信号传送产生的滞后:指由现场测量变送装置的信号传送到控制室的控制指由现场测量变送装置的信号传送到控制室的控制器所引起的滞后。器所引起的滞后。2)控制信号传送产生的滞后控制信号传送产生的滞后:指由控制室内控制器的输出信号传送到现场执指由控制室内控制器的输出信号传送到现场执行器所引起的滞后。行器所引起的滞后。控控制制器器 电电 气气 转换器转换器现场现场室内室内 解决方法：解决方法：1）气压信号管路不能超过）气压信号管路不能超过300m，直径不能小于，直径不能小于6mm，或者用阀门定位器、气动继动器增大输出功率；，或者用阀门定位器、气动继动器增大输出功率；2）现场与控制室之间的信号尽量采用电信号传递，）现场与控制室之间的信号尽量采用电信号传递，必要时可用气必要时可用气电转换器电转换器。第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计一、被控变量的选择；一、被控变量的选择；二、操纵变量的选择；操纵变量的选择；三、测量元件特性的影响；三、测量元件特性的影响；四、控制器控制规律的选择四、控制器控制规律的选择;四、控制器控制规律的选择四、控制器控制规律的选择zxP 执行器1.控制器控制规律的确定控制器控制规律的确定z xe广义对象广义对象图图6-14 简单控制系统简化方块图简单控制系统简化方块图被控变量被控变量测量值测量值选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述对于单元组合仪表：对于单元组合仪表：特点：特点：控制器的输出与偏差成比例，克服干扰能力强，控制器的输出与偏差成比例，克服干扰能力强，过渡过程时间短，过程终了存在余差。过渡过程时间短，过程终了存在余差。(1)、比例控制器、比例控制器适用范围：适用范围：控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许余差存在。余差存在。(2)、比例积分控制器、比例积分控制器根据对象的特性和工艺要求来决定选择根据对象的特性和工艺要求来决定选择P、PI、PID。特点：特点：过程结束时无余差，超调量和振动周期较大，过程结束时无余差，超调量和振动周期较大，过渡过程时间较长。过渡过程时间较长。适用范围：适用范围：控制通道滞后较小，负荷变化不大，不允控制通道滞后较小，负荷变化不大，不允许余差存在。许余差存在。(3)、比例积分微分控制器、比例积分微分控制器特点：特点：微分作用能克服对象的滞后。在比例的基础上微分作用能克服对象的滞后。在比例的基础上加上微分作用能加上微分作用能提高稳定性提高稳定性、再加上积分作用能、再加上积分作用能消除消除余差余差。适用范围：适用范围：容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。求较高的系统。2.控制器正反作用的确定控制器正反作用的确定自动控制系统是具有被控变量自动控制系统是具有被控变量负反馈负反馈的闭环系统。的闭环系统。即：被控变量值即：被控变量值偏高偏高，则控制作用应使之，则控制作用应使之降低降低；被控变量被控变量偏低偏低，则控制作用应使之，则控制作用应使之升高升高。通过改变控制器的正、反作用，以保证整个控制系通过改变控制器的正、反作用，以保证整个控制系统是一个具有统是一个具有负反馈负反馈的的闭环系统。的的闭环系统。定义各环节的作用方向：定义各环节的作用方向：作用方向：作用方向：指各环节输入变化后，输出的变化方向。指各环节输入变化后，输出的变化方向。输入输入增加增加时，输出时，输出增加增加，则称为，则称为“正作用正作用”；+输入输入增加增加时，输出时，输出减少减少的，则称为的，则称为“反作用反作用”；-测量变送器：测量变送器：当被控变量增加时，其输出也增加。因此，测量变当被控变量增加时，其输出也增加。因此，测量变送器一般都是正作用方向，送器一般都是正作用方向，”+”被控对象：被控对象：当操纵变量当操纵变量增加增加时，被控变量时，被控变量增加增加，则对象为，则对象为“正作用正作用”。”+”当操纵变量当操纵变量增加增加时，被控变量时，被控变量降低降低，则对象为，则对象为“反作用反作用”。”-”执行器：执行器：气开阀：气开阀：信号信号增大增大时，阀时，阀开大开大,为正作用方向为正作用方向,用用“+”号表示。号表示。气关阀：气关阀：信号信号增大增大时，阀时，阀关小关小,为反作用方向为反作用方向,用用“-”号表示。号表示。控制器：控制器：控制器的输出取决于于被控变量的测量值与给定控制器的输出取决于于被控变量的测量值与给定值之差值之差（e=z-x）。）。正作用控制器：正作用控制器：输入偏差输入偏差e增大增大时时,控制器输出控制器输出p增大增大,为正作用方为正作用方向。用向。用“+”号表示。号表示。反作用控制器：反作用控制器：输入偏差输入偏差e增大增大时，控制器输出时，控制器输出p减少减少,为反作用方为反作用方向。向。用用“-”号表示。号表示。如果如果四项相乘为四项相乘为负值负值时，时，系统为系统为负负反馈反馈。例例1：加热炉出口温度控制，确定控制器的正、反作用。：加热炉出口温度控制，确定控制器的正、反作用。1.对象：对象：当阀开大时当阀开大时,被控变量增大，作用方向为正被控变量增大，作用方向为正作用，作用，“+”。3.变送器：变送器：选正作用，选正作用，“+”。2.确定执行器的气开、气关：确定执行器的气开、气关：因炉温不允许过高。所以一但信号中断时阀应因炉温不允许过高。所以一但信号中断时阀应 关死（信号关死（信号=0）。）。所以选气开阀。所以选气开阀。“+”6-15 4.控制器控制器：选反作用的，：选反作用的，”-”。例例2：液位控制，确定控制器的正、反作用。：液位控制，确定控制器的正、反作用。1.确定执行器的气开、气关：确定执行器的气开、气关：因塔釜液位不允许过低。所以一但信号中断时阀因塔釜液位不允许过低。所以一但信号中断时阀 应关死（信号应关死（信号=0）,所以选气开阀。为所以选气开阀。为“+”表示。表示。2.变送器：变送器：选正作用，选正作用，“+”。4.控制器：控制器：选正作用的选正作用的,”+”。3.对象：对象：当阀开大时当阀开大时,被控变量减被控变量减少少,作用方向为反作用，作用方向为反作用，“-”。6-16第六章第六章 简单控制系统简单控制系统第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计第三节第三节 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定第三节第三节 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定工程整定的方法有两种工程整定的方法有两种:理论计算法理论计算法和和工程整定法工程整定法。理论计算法理论计算法:根据已知的广义对象特性及控制根据已知的广义对象特性及控制质量的要求质量的要求,通过理论计算出控制器的最佳参数。通过理论计算出控制器的最佳参数。工程整定法工程整定法:在已经投运的实际控制系统中在已经投运的实际控制系统中,通过实验和探索通过实验和探索,来确定控制器的最佳参数。来确定控制器的最佳参数。控制器参数整定控制器参数整定:确定最合适的确定最合适的、TI 和和TD，使，使 控制质量为最佳。控制质量为最佳。选择被控变量选择被控变量选择操纵变量选择操纵变量处理测量信号处理测量信号选择调节阀选择调节阀选择控制规律选择控制规律系统投运系统投运参数整定参数整定概述概述一、临界比例度法一、临界比例度法 1.在闭环控制系统中，先将控制器变为在闭环控制系统中，先将控制器变为纯比例作用纯比例作用。tyt e临界振荡过程临界振荡过程TK2.在干扰作用下，在干扰作用下，从大到小从大到小逐逐 渐改变控制器渐改变控制器比例度比例度，直至系，直至系统产生统产生等幅振荡等幅振荡（即临界振荡）（即临界振荡）这时的比例度是临界比例度这时的比例度是临界比例度k，周期为临界周期周期为临界周期Tk。（Ti=，TD=0位置上）。位置上）。3.记下记下k、Tk，然后按表，然后按表6-1中公式中公式计算出控制器的各参数整定数值。计算出控制器的各参数整定数值。4.将计算的参数投入到仪表中。然后看调节曲线，调将计算的参数投入到仪表中。然后看调节曲线，调参数。参数。注意：注意：对于工艺上不允许有等幅振荡的系统，不能对于工艺上不允许有等幅振荡的系统，不能 使用。使用。对于临界比例度小的系统，不能使用。对于临界比例度小的系统，不能使用。表表7-1临界比例度法参数计算表临界比例度法参数计算表控制作用控制作用比例度比例度%积分时间积分时间Ti/min微分时间微分时间TD/min比例比例2比例比例+积分积分2.2比例比例+微分微分1.80.850.1比例比例+积分积分+微分微分1.70.50.125表表7-1临界比例度法参数计算表临界比例度法参数计算表控制作用控制作用比例度比例度%积分时间积分时间Ti/min微分时间微分时间TD/min比例比例2比例比例+积分积分2.2比例比例+微分微分1.80.850.1比例比例+积分积分+微分微分1.70.50.125表表6-1临界比例度法参数计算表临界比例度法参数计算表控制作用控制作用比例度比例度%积分时间积分时间Ti/min微分时间微分时间TD/min比例比例2比例比例+积分积分2.2比例比例+微分微分1.80.850.1比例比例+积分积分+微分微分1.70.50.125二、衰减曲线法二、衰减曲线法 通过使系统产生衰减振荡来整通过使系统产生衰减振荡来整定控制器参数值。具体作法：定控制器参数值。具体作法：1.在闭环控制系统中，先将控制在闭环控制系统中，先将控制器变为器变为纯比例作用纯比例作用。并将比例度。并将比例度放在放在较大的数值上较大的数值上；2.系统系统稳定后稳定后，用改变给定值的，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，办法加入阶跃干扰，观察被控变观察被控变量记录曲线的衰减比，然后量记录曲线的衰减比，然后从大从大到小改变比例度到小改变比例度直至出现直至出现4:1衰减衰减为止，记下此时比例度为止，记下此时比例度s,衰减周衰减周期期Ts。6-21 表表6-2 4:1衰减曲线控制器参数计算表衰减曲线控制器参数计算表/%/min/min比例比例比例比例+积分积分比例比例+积分积分+微分微分1.20.80.50.30.1控制作用控制作用3.根据表根据表6-2中经验公式，计算出控制器的整定值。中经验公式，计算出控制器的整定值。4.如果是如果是10:1衰减曲线，方法同上，得到衰减曲线，方法同上，得到10:1衰减曲线衰减曲线时，记下此时比例度时，记下此时比例度s和最大偏差上升时间和最大偏差上升时间T升升。根据表根据表6-3中经验公式计算出中经验公式计算出 、TI、TD。表表6-3 10:1 衰减曲线控制器参数计算表衰减曲线控制器参数计算表/%/min/min比例比例比例比例+积分积分比例比例+积分积分+微分微分1.20.821.20.4控制作用控制作用5.将计算的参数投入到仪表中。然后看调节曲线，将计算的参数投入到仪表中。然后看调节曲线，调参调参数。数。6-21 干扰幅值施加的不能太大干扰幅值施加的不能太大,要根据生产要求来定，要根据生产要求来定，一般一般为额定值的为额定值的5%。对于对于反应快的系统反应快的系统，难以得到，难以得到4:1曲线时曲线时,以被控变量以被控变量来回波动两次达到稳定来回波动两次达到稳定,就近似认为就近似认为4:1衰减曲线。衰减曲线。优点：优点：整定质量较高整定质量较高,较准确可靠安全应用广泛。较准确可靠安全应用广泛。缺点：缺点：不适用于干扰频繁不适用于干扰频繁,记录曲线不规则的系统。记录曲线不规则的系统。注意：注意：必须在必须在工艺参数稳定时工艺参数稳定时,才能施加干扰才能施加干扰,否则得不到正否则得不到正确的确的S、TS或或S、T升升值。值。三、经验凑试法三、经验凑试法 经验凑试法是工人师傅在长期的生产实践中总结出经验凑试法是工人师傅在长期的生产实践中总结出来的整定方法。来的整定方法。控制对象控制对象对象特征对象特征/%/%TI/minTD/min流量流量温度温度压力压力液位液位对象时间常数小，参数有波动，对象时间常数小，参数有波动，要大；要大；TI要短；不用微分要短；不用微分对象容量滞后较大，即参数受干对象容量滞后较大，即参数受干扰候变化迟缓；扰候变化迟缓；应小；应小；TI要长；要长；一般需加微分一般需加微分对象的容量滞后一般，不算大，对象的容量滞后一般，不算大，一般不加微分一般不加微分对象时间常数范围较大。要求不对象时间常数范围较大。要求不高时，高时，可在一定范围内选取，可在一定范围内选取，一般不用微分一般不用微分401002060307020800.313100.430.53表表6-4 控制器参数的经验数据表控制器参数的经验数据表第一种方法：第一种方法：1.将将Ti=，TD=0。根据经验参数选出合适的比例。根据经验参数选出合适的比例 度，系统自动运行。度，系统自动运行。2.改变给定值改变给定值，观察被控变量记录曲线形状。如曲线，观察被控变量记录曲线形状。如曲线不是要求的过渡过程，改变比例度，取的较好的过程不是要求的过渡过程，改变比例度，取的较好的过程曲线。曲线。3.将积分作用引入将积分作用引入，整定，整定、TI直到满意曲线为止。直到满意曲线为止。4.如是如是PID控制器，则在已调整好控制器，则在已调整好和和TI的基础上再引的基础上再引入微分作用入微分作用。微分时间也要在表微分时间也要在表6-4给出的范围内凑试。给出的范围内凑试。控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系控制器参数变化对过渡过程曲线的影响关系：观察到曲线观察到曲线振荡很频繁振荡很频繁，须把，须把比例度增大比例度增大以减少以减少振荡；振荡；当曲线当曲线最大偏差大且趋于非周期过程时最大偏差大且趋于非周期过程时，需把，需把比比例度减小例度减小。当曲线当曲线波动很大波动很大时，应时，应增大积分时间增大积分时间；而在曲线偏离给定值后，而在曲线偏离给定值后，长时间回不来长时间回不来，则需，则需减减小积分时间小积分时间，以加快消除余差的过程。，以加快消除余差的过程。如果曲线如果曲线振荡得很厉害振荡得很厉害，需把，需把微分时间减到最小微分时间减到最小，或者暂时不加微分作用，以免更加剧振荡；在曲线或者暂时不加微分作用，以免更加剧振荡；在曲线最最大偏差大而衰减缓慢时大偏差大而衰减缓慢时，需，需增加微分时间增加微分时间。y图图6-21 过大、过大、TI过大时两种曲线比较图过大时两种曲线比较图y图图620 三种振荡曲线比较图三种振荡曲线比较图看曲线，调参数。看曲线，调参数。TI小小TD大大TI大大 大大 小小 积分时间过小积分时间过小引起的振荡，引起的振荡，周期较长周期较长;比例度过小比例度过小引起的振荡，周期引起的振荡，周期较短较短；微分时间过大微分时间过大引起的引起的 振荡振荡周期周期最短最短。比例度过大比例度过大，曲线波动剧，曲线波动剧烈、不规则地较大地偏离给烈、不规则地较大地偏离给定值，而且，形状像波浪般定值，而且，形状像波浪般起伏变化，如起伏变化，如621曲线曲线a。曲线通过曲线通过非周期非周期的不正的不正常路径，慢慢地回复到给定常路径，慢慢地回复到给定值，这说明值，这说明积分时间过大积分时间过大。如图如图621曲线曲线b。第二种方法：第二种方法：先按表先按表6-4中给出的范围中给出的范围把把TI定下来定下来，需要加微，需要加微分作用时，可取分作用时，可取TD=(1/31/4)TI，然后对，然后对进行凑试进行凑试，凑试步骤与前一种方法相同，凑到满意的过渡过程为凑试步骤与前一种方法相同，凑到满意的过渡过程为止。调整各参数，直到得到满意曲线为止。止。调整各参数，直到得到满意曲线为止。经验凑试法的优点：经验凑试法的优点：简单方便，应用广泛，对于干扰简单方便，应用广泛，对于干扰频繁的系统更为合适。频繁的系统更为合适。缺点：缺点：质量不一定高，花费时间多。质量不一定高，花费时间多。第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？第一个问题：控制什么？答：控工艺要求的指标答：控工艺要求的指标答：控工艺要求的指标答：控工艺要求的指标具体分为两种情况：具体分为两种情况：具体分为两种情况：具体分为两种情况：1.1.工艺要求的指标可以直接在线测量工艺要求的指标可以直接在线测量工艺要求的指标可以直接在线测量工艺要求的指标可以直接在线测量 直接控制这个指标就可以了（直接指标控制）直接控制这个指标就可以了（直接指标控制）直接控制这个指标就可以了（直接指标控制）直接控制这个指标就可以了（直接指标控制）2.2.工艺要求的指标工艺要求的指标工艺要求的指标工艺要求的指标不不不不可以直接在线测量可以直接在线测量可以直接在线测量可以直接在线测量 寻找一个于工艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一寻找一个于工艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一寻找一个于工艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一寻找一个于工艺指标有明显的对于关系，且可以测量的另一个间接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的个间接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的个间接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的个间接指标，通过控制间接指标来达到控制工艺指标的目的（间接指标控制）（间接指标控制）（间接指标控制）（间接指标控制）例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的，通过分析可以发现，当压力恒定的时候，组分与温通过分析可以发现，当压力恒定的时候，组分与温通过分析可以发现，当压力恒定的时候，组分与温通过分析可以发现，当压力恒定的时候，组分与温度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分度存在单值对应关系；或者温度恒定的时候，组分与压力存在单值对应关系，根据的分析，与压力存在单值对应关系，根据的分析，与压力存在单值对应关系，根据的分析，与压力存在单值对应关系，根据的分析，最终可以确定：固定压力，最终可以确定：固定压力，最终可以确定：固定压力，最终可以确定：固定压力，通过控制温度来间接控通过控制温度来间接控通过控制温度来间接控通过控制温度来间接控制组分制组分制组分制组分是合理的是合理的是合理的是合理的第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？第二个问题：拿什么控制？答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。K K K K大一些，大一些，大一些，大一些，T T T T小一些，小一些，小一些，小一些，最好为最好为最好为最好为0 0 0 0测量仪表的选用和安装：测量仪表的选用和安装：测量仪表的选用和安装：测量仪表的选用和安装：量程、材质、精度等满足工艺要求量程、材质、精度等满足工艺要求量程、材质、精度等满足工艺要求量程、材质、精度等满足工艺要求 测量仪表本身要反应快测量仪表本身要反应快测量仪表本身要反应快测量仪表本身要反应快 应选择有代表性位置进行安装应选择有代表性位置进行安装应选择有代表性位置进行安装应选择有代表性位置进行安装 仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后(至少至少至少至少要满足要求要满足要求要满足要求要满足要求)执行器的选用和安装：执行器的选用和安装：执行器的选用和安装：执行器的选用和安装：口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性口径（流通能力）、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求等满足要求等满足要求等满足要求 本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用本身反应快（气信号不要进行远距离传输、必要时可以采用电气转换器、阀门定位器）电气转换器、阀门定位器）电气转换器、阀门定位器）电气转换器、阀门定位器）阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长阀门安装位置应尽可能靠近被控设备（二者中间不能有很长的工艺管路，否则会人为增大广义对象的纯滞后）的工艺管路，否则会人为增大广义对象的纯滞后）的工艺管路，否则会人为增大广义对象的纯滞后）的工艺管路，否则会人为增大广义对象的纯滞后）第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？第三个问题：以什么方式控制？答：没有标准答案（选择合适的调节规律）答：没有标准答案（选择合适的调节规律）答：没有标准答案（选择合适的调节规律）答：没有标准答案（选择合适的调节规律）最常用的调节规律：最常用的调节规律：最常用的调节规律：最常用的调节规律：位式控制、位式控制、位式控制、位式控制、P P、PIPI、PDPD、PIDPID（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）后续问题：如何整定后续问题：如何整定后续问题：如何整定后续问题：如何整定PIDPIDPIDPID参数？参数？参数？参数？答：临界比例度法经验答：临界比例度法经验答：临界比例度法经验答：临界比例度法经验 衰减曲线法经验衰减曲线法经验衰减曲线法经验衰减曲线法经验 经验凑试法经验凑试法经验凑试法经验凑试法最好的方法就是最好的方法就是最好的方法就是最好的方法就是“经验经验经验经验”结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！58