化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统

控制器控制器操纵变量操纵变量被控变量被控变量测量元件测量元件变送器变送器控制阀控制阀对象对象给定值给定值x偏差偏差e控制器输出控制器输出pqy测量值测量值z_干扰作用干扰作用f 控制器操纵变量被控变量测量元件控制阀对象给定值x偏差e控制1第六章第六章 简单控制系统简单控制系统本本 章内容章内容简单控制系统简单控制系统简单控制系统的设计原则简单控制系统的设计原则控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定第六章 简单控制系统本 章内容简单控制系统简单控制系统的设2 由一个被控对象、一个测量变送器、一由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。成的闭环控制系统。简单控制系统（单回路控制系统）简单控制系统（单回路控制系统）简单控制系统（单回路控制系统）简单控制系统（单回路控制系统）控制器控制器操纵变量操纵变量被控变量被控变量测量元件测量元件变送器变送器控制阀控制阀对象对象给定值给定值x偏差偏差e控制器输出控制器输出pqy测量值测量值z_干扰作用干扰作用f 由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制3 说明：在本系统中绘出的变送器说明：在本系统中绘出的变送器LT及及TT等，按自控设等，按自控设计规范，可以省略不画，所以在本书以后的控制系统图中，计规范，可以省略不画，所以在本书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。总是存在这一环节，只是在画图时被省略罢了。说明：在本系统中绘出的变送器LT及TT等，按自控设计4 图73是简单控制系统的典型方块图。简简单单控控制制系系统统由由四四个个基基本本环环节节组组成成，即即被被控控对对象象(简简称称对对象象)、测测量量变变送送装装置置、控控制制器器和和执执行行器器。对对于于不不同同对对象象的的简简单单控控制制系系统统，尽尽管管其其具具体体装装置置与与变变量量不不相相同同，但但都都可可以以用用相相同同的的方方块块图图来来表表示示，这这就就便便于于对对它它们们的的共共性性进进行行研究。研究。图73是简单控制系统的典型方块图。5 本章将介绍组成简单控制系统的基本原则；被控变量本章将介绍组成简单控制系统的基本原则；被控变量及操纵变量的选择；控制器控制规律的选择及控制器参数及操纵变量的选择；控制器控制规律的选择及控制器参数的工程整定等。的工程整定等。本章将介绍组成简单控制系统的基本原则；被控6 生产过程中希望借助自动控制保持恒定值生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按或按一定规律变化一定规律变化)的变量称为被控变量。的变量称为被控变量。根据被控变量与生产过程的关系，可分为两种根据被控变量与生产过程的关系，可分为两种类型的控制型式：直接指标控制与间接指标控制。类型的控制型式：直接指标控制与间接指标控制。一、被控变量的选择一、被控变量的选择 生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按一定规7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工艺指标被控变量本身就是需要控制的工艺指标(温度、温度、压力、流量、液位、成分等压力、流量、液位、成分等)；间接指标控制间接指标控制 如果工艺是按质量指标进行操作的，照理应以如果工艺是按质量指标进行操作的，照理应以产品质量作为被控变量进行控制，但有时缺乏各种产品质量作为被控变量进行控制，但有时缺乏各种合适的获取质量信号的检测手段，或虽能检测，但合适的获取质量信号的检测手段，或虽能检测，但信号很微弱或滞后很大，这时可选取与直接质量指信号很微弱或滞后很大，这时可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的另一变量，如温度、标有单值对应关系而反应又快的另一变量，如温度、压力等作为间接控制指标。压力等作为间接控制指标。直接指标控制间接指标控制8化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统9化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统10 在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶易挥发组分的浓度易挥发组分的浓度xD、塔顶温度、塔顶温度TD、压力、压力p三者之间三者之间有一定的关系。有一定的关系。当压力恒定时，组分当压力恒定时，组分xD和温度和温度TD之间存在有单值之间存在有单值对应的关系。对应的关系。在二元系统的精馏中，当气液两相并存时，塔顶易11化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统12化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统13 由此可见，在组分、温度、压力三个变量中，只要固由此可见，在组分、温度、压力三个变量中，只要固定温度或压力中的一个，另一个变量就可以代替定温度或压力中的一个，另一个变量就可以代替xD作为作为被控变量。在温度和压力中，究竟应选哪一个参数作为被控变量。在温度和压力中，究竟应选哪一个参数作为被控变量呢被控变量呢?由此可见，在组分、温度、压力三个变量中，只要固定温度14 第第一一 在在精精馏馏塔塔操操作作中中，压压力力往往往往需需要要固固定定。只只有有将将塔塔操操作作在在规规定定的的压压力力下下，才才易易于于保保证证塔塔的的分分离离纯纯度度，保保证证塔塔的的效效率率和和经经济济性性。如如塔塔压压波波动动，就就会会破破坏坏原原来来的的汽汽液液平平衡衡，影影响响相相对对挥挥发发度度，使使塔塔处处于于不不良良工工况况。同同时时、随随着着塔塔压压的的变变化化，往往往往还还会会引引起起与与之之相相关关的的其其他他物物料料量量的的变变化化，影影响响塔塔的的物物料料平平衡衡，引起负荷的波动。引起负荷的波动。从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。量。第一 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。只有将塔15 由此可见，固定压力，选择温度作为被控变量是由此可见，固定压力，选择温度作为被控变量是可能的，也是合理的。可能的，也是合理的。第二第二 在塔压固定的情况下，精馏塔各层塔板上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。与组分之间就有一定的单值对应关系。由此可见，固定压力，选择温度作为被控变量是可能的，也16 在在选选择择被被控控变变量量时时，还还必必须须使使所所选选变变量量有有足足够够的的灵灵敏敏度度。在在上上例例中中，当当xD变变化化时时，温温度度TD的的变变化化必必须须灵灵敏敏，有有足足够够大大的的变变化化，容容易易被被测测量量元元件件所所感感受且使相应的测量仪表比较简单、便宜。受且使相应的测量仪表比较简单、便宜。在选择被控变量时，还必须使所选变量有足够的灵敏度。在17 此外，还要考虑简单控制系统被控变量间的独立性。此外，还要考虑简单控制系统被控变量间的独立性。假假如如在在精精馏馏操操作作中中，塔塔顶顶和和塔塔底底的的产产品品纯纯度度都都需需要要控控制制在在规规定定的的数数值值，则则在在塔塔顶顶温温度度与与塔塔底底温温度度之之间间互互相相影影响响，存存在在关关联联问问题题。因因此此，以以两两个个简简单单控控制制系系统统分分别别控控制制塔塔顶顶温温度度与与塔塔底底温温度度，势势必必造造成成相相互互干干扰扰。使使两两个个系系统统都都不不能能正正常常工工作作。所所以以采采用用简简单单控控制制系系统统时时，通通常常只只能能保保证证塔塔顶顶或或塔塔底底一一端端的的产产品品质质量量。工工艺艺要要求求保保证证塔塔顶顶产产品品质质量量，则则选选塔塔顶顶温温度度为为被被控控变变量量；若若工工艺艺要要求求保保证证塔塔底底产产品品质质量量，则则选选塔塔底底温温度度为为被被控控变变量量。如如果果工工艺艺要要求求塔塔顶顶和和塔塔底底产产品品纯纯度度都都要要保保证证，则则通通常常需需要要组组成成复复杂杂控控制制系系统统，增增加加解解耦耦装装置置，解解决决相相互互关关联联问问题。题。此外，还要考虑简单控制系统被控变量间的独立性。18化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统19被控变量的选择原则被控变量的选择原则选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环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为被境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。控变量。当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。控变量。满足工艺的合理性满足工艺的合理性 具有尽可能大的灵敏度且线形好具有尽可能大的灵敏度且线形好 测量变送装置的滞后小。测量变送装置的滞后小。被控变量的选择原则选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行20 1、操纵变量、操纵变量 在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，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。的操纵变量是介质的流量。二、操纵变量的选择二、操纵变量的选择 1、操纵变量二、操纵变量的选择21被被控控变变量量（输输出出量）量）扰动变量（输入量）扰动变量（输入量）操纵变量（输入量）操纵变量（输入量）从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量影响显著而且可从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入参数控性良好的输入参数被控变量（输出量）操纵变量（输入量）从诸22化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统23 根根据据工工艺艺要要求求，选选择择提提馏馏段段某某块块塔塔板板(一一般般为为温温度度变变化化最最灵灵敏敏的的板板，称称为为灵灵敏敏板板)的的温温度度作作为为被被控控变变量量。那那么么，自自动动控控制制系系统统的的任任务务就就是是通通过过维维持持灵灵敏敏板板上上温温度度恒定，来保证塔底产品的成分满足工艺要求。恒定，来保证塔底产品的成分满足工艺要求。根据工艺要求，选择提馏段某块塔板(一般为温24 这些影响因素可分为两大类，即可控的和不可控的。从工艺角度看，本例中只有回流量和蒸汽流量为可控因从工艺角度看，本例中只有回流量和蒸汽流量为可控因素，其他一般为不可控因素。素，其他一般为不可控因素。在在两两个个可可控控因因素素中中蒸蒸汽汽流流量量对对提提馏馏段段温温度度影影响响比比起起回回流流量量对对提提馏馏段段温温度度影影响响来来说说更更及及时时、更更显显著著。同同时时，从从节节能能角角度度来来讲讲，控控制制蒸蒸汽汽流流量量比比控控制制回回流流量量消消耗耗的的能能量量要要小小，所以通常应选择蒸汽流量作为操纵变量。所以通常应选择蒸汽流量作为操纵变量。这些影响因素可分为两大类，即可控的和不可控的。252、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 在诸多影响被控变量的因素中，一旦选择了其中在诸多影响被控变量的因素中，一旦选择了其中一个作为操纵变量，那么其余的影响因素都成了干一个作为操纵变量，那么其余的影响因素都成了干扰变量。操纵变量与干扰变量作用在对象上，都会扰变量。操纵变量与干扰变量作用在对象上，都会引起被控变量变化的。引起被控变量变化的。2、对象特性对选择操纵变量的影响 在诸多影响被26对象静态特性对控制质量的影响对象静态特性对控制质量的影响设：控制通道放大倍数为设：控制通道放大倍数为 干扰通道放大倍数为干扰通道放大倍数为f f 的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度 f f的大小表征了干扰对被控变量的影响程度的大小表征了干扰对被控变量的影响程度小小结结：选选择择操操纵纵变变量量构构成成控控制制系系统统时时，从从静静态态角角度度考考虑虑，在在工工艺艺合合理理性性的的前前提提下下，干干扰扰通通道道的的放放大大倍倍数数f f越越小小越越好好，控控制制通通道道放放大大倍倍数数希希望适当大些，以使控制通道灵敏些。望适当大些，以使控制通道灵敏些。对象静态特性对控制质量的影响设：控制通道放大倍数为小结：27对象动态特性对控制质量的影响（一）对象动态特性对控制质量的影响（一）设设:干扰通道时间常数为干扰通道时间常数为f，纯滞后为，纯滞后为f 对干扰通道特性的影响对干扰通道特性的影响 ft0yft0(1)(2)Tf1Tf2ff对象动态特性对控制质量的影响（一）设:干扰通道时间常数为28对象动态特性对控制质量的影响（二）对象动态特性对控制质量的影响（二）设：控制通道的时间常数为设：控制通道的时间常数为o o，纯滞后时间为，纯滞后时间为oo 时时间间常常数数O O小小，反反映映灵灵敏敏，控控制制及及时时，有有利利于于克克服服干扰的影响干扰的影响 时间常数时间常数O过大，造成控制作用迟缓，使被控变量的过大，造成控制作用迟缓，使被控变量的超调量加大，过渡时间增长超调量加大，过渡时间增长 纯纯滞滞后后时时间间0使使操操纵纵变变量量对对被被控控变变量量的的作作用用推推迟迟了了一一段段时时间间，由由于于控控制制作作用用的的推推迟迟，不不但但使使被被控控变变量量的的超超调调量量加加大大，还还使使过过渡渡过过程程振振荡荡加加剧剧，过过渡渡时时间间增增长长，控控制制质质量量变坏。变坏。对象动态特性对控制质量的影响（二）设：控制通道的时间常数为29要要构构成成的的控控制制系系统统，其其控控制制通通道道特特性性应应具具有有足足够够大大放放大大系系数数、比比较较小小的的时时间间常常数数及及尽尽可可能能小的纯滞后时间。小的纯滞后时间。系系统统主主要要干干扰扰通通道道特特性性应应该该具具有有尽尽可可能能大大的的时间常数和尽可能小的放大系数。时间常数和尽可能小的放大系数。考考虑虑工工艺艺上上的的合合理理性性。如如生生产产负负荷荷直直接接关关系系到产品质量，就不宜选为操纵变量。到产品质量，就不宜选为操纵变量。操纵变量的选择原则操纵变量的选择原则操纵变量的选择原则30 三、测量元件特性的影响三、测量元件特性的影响控制器控制器执行器执行器对象对象测量变送装置测量变送装置e给定值给定值被控变量被控变量-干扰干扰 三、测量元件特性的影响控制器执行器对象测量变送装置e给31 测测量量、变变送送装装置置是是控控制制系系统统中中获获取取信息的装置，也是系统进行控制的依据。信息的装置，也是系统进行控制的依据。测量、变送装置是控制系统中获取信息的装置，也是321、测量元件的时间常数、测量元件的时间常数 测量元件时间常数对测量的影响测量元件时间常数对测量的影响1、测量元件的时间常数 测量元件时间常数对测量的影响33 因此，控制系统中的测量元件时间常数不能太大，因此，控制系统中的测量元件时间常数不能太大，最好选用惰性小的快速测量元件，例如用快速热电偶最好选用惰性小的快速测量元件，例如用快速热电偶代替工业用普通热电偶或温包。必要时也可以在测量代替工业用普通热电偶或温包。必要时也可以在测量元件之后引入微分作用。利用它的超前作用来补偿测元件之后引入微分作用。利用它的超前作用来补偿测量元件引起的动态误差。量元件引起的动态误差。因此，控制系统中的测量元件时间常数不能太大，最342、测量元件的纯滞后、测量元件的纯滞后 当测量存在纯滞后时，也和对象控制通道存在当测量存在纯滞后时，也和对象控制通道存在纯滞后一样，会严重地影响控制质量。纯滞后一样，会严重地影响控制质量。2、测量元件的纯滞后 当测量存在纯滞后时，也35、为主管道，分管道的长度为主管道，分管道的长度为主管道，分管道流体的流速为主管道，分管道流体的流速 测量元件的安装位置测量元件的安装位置、为主管道，分管道的长度为主管道，分管道流体的流速 测量36 目前，以物性作为被控变量时往往都有目前，以物性作为被控变量时往往都有类似问题，这时引入微分作用是徒劳的、加类似问题，这时引入微分作用是徒劳的、加得不好，反而会导致系统不稳定。所以在测得不好，反而会导致系统不稳定。所以在测量元件的安装上，一定要注意尽量减小纯滞量元件的安装上，一定要注意尽量减小纯滞后。对于大纯滞后的系统，简单控制系统往后。对于大纯滞后的系统，简单控制系统往往是无法满足控制要求的，须采用复杂控制往是无法满足控制要求的，须采用复杂控制系统。系统。目前，以物性作为被控变量时往往都有类似问题，这373、信号的传送滞后、信号的传送滞后 信号传送滞后通常包括测量信号传送滞后和控信号传送滞后通常包括测量信号传送滞后和控制信号传送滞后两部分。制信号传送滞后两部分。3、信号的传送滞后 信号传送滞后通常包括测量38 是指由现场测量变送装置的信号传送到控制是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。室的控制器所引起的滞后。测量信号传送滞后测量信号传送滞后 是指由控制室内控制器是指由控制室内控制器的输出控制信号传送到现场的输出控制信号传送到现场执行器所引起的滞后。执行器所引起的滞后。控制信号传送滞后控制信号传送滞后 是指由现场测量变送装置的信号传送到控制室的控制39 尽可能缩短传送管线长度，一般气压信号管路长尽可能缩短传送管线长度，一般气压信号管路长度不超过度不超过300m300m，管径应大于，管径应大于mmmm。或在气路。或在气路60m60m距距离间加气动继动器，提高气信号传输功率，减小传离间加气动继动器，提高气信号传输功率，减小传输时间。输时间。采用气采用气-电、电电、电-气转换器实现转换传递，或用阀气转换器实现转换传递，或用阀门定位器等。门定位器等。信号传递过程中引起的滞后信号传递过程中引起的滞后克服传递滞后采取以下措施：克服传递滞后采取以下措施：尽可能缩短传送管线长度，一般气压信号管路长度不超过30040四、控制器控制规律的选择四、控制器控制规律的选择1、控制器控制规律的确定、控制器控制规律的确定 广义对象广义对象广义对象广义对象控制器控制器控制器控制器被控变量被控变量被控变量被控变量四、控制器控制规律的选择1、控制器控制规律的确定 广义对象41 目目前前工工业业上上常常用用的的控控制制器器主主要要有有三三种种控控制制规规律律：P、PI和和PID。选择哪种控制规律主要是根据广义对象的选择哪种控制规律主要是根据广义对象的特性和工艺的要求来决定的。特性和工艺的要求来决定的。目前工业上常用的控制器主要有三种控制规律：P、PI42 （1）比例控制器）比例控制器 比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的比例控制器是具有比例控制规律的控制器，它的输出输出p与输入偏差与输入偏差e之间的关系为：之间的关系为：比例控制器的可调整参数是比例控制器的可调整参数是Kp或比例度或比例度，对于单，对于单元组合仪表来说。它们的关系为：元组合仪表来说。它们的关系为：（1）比例控制器 比例控制器是具有比例控制规律43 比比例例控控制制器器克克服服干干扰扰能能力力强强、控控制制及及时、过渡时间短。时、过渡时间短。比例控制器的特点比例控制器的特点 纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余纯比例控制系统在过渡过程终了时存在余差。负荷变化越大，余差就越大。差。负荷变化越大，余差就越大。比例控制器克服干扰能力强、控制及时、过渡时44 比比例例控控制制器器适适用用于于控控制制通通道道滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大、工工艺艺上上没没有有提提出出无无差差要要求求的的系系统统，例例如如中中间间贮贮槽槽的的液液位位、精精馏馏塔塔塔塔釜釜液液位位以及不太重要的蒸汽压力控制系统等。以及不太重要的蒸汽压力控制系统等。比例控制器的应用场合比例控制器的应用场合 比例控制器适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺45 （2）比例积分控制器）比例积分控制器 比比例例积积分分控控制制器器是是具具有有比比例例积积分分控控制制规规律律的的控控制制器。它的输出器。它的输出p与输人偏差与输人偏差e的关系为：的关系为：比比例例积积分分控控制制器器的的可可调调整整参参数数是是比比例例放放大大系系数数Kp(或或比例度比例度)和积分时间和积分时间TI。（2）比例积分控制器 比例积分控制器是具46 过渡过程结束时是无余差，这是它的显著优点。过渡过程结束时是无余差，这是它的显著优点。加加上上积积分分作作用用，会会使使稳稳定定性性降降低低，虽虽然然在在加加积积分分作作用用的的同同时时，可可以以通通过过加加大大比比例例度度，使使稳稳定定性性基基本本保保持持不不变变，但但超超调调量量和和振振荡荡周周期期都都相相应应增增大大，过过渡渡过程的时间也加长。过程的时间也加长。比例积分控制器的特点比例积分控制器的特点 过渡过程结束时是无余差，这是它的显著优点。比47比例积分控制器的应用场合比例积分控制器的应用场合 比比例例积积分分控控制制器器是是使使用用最最普普遍遍的的控控制制器器。它它适适用用于于控控制制通通道道滞滞后后较较小小、负负荷荷变变化化不不大大、工工艺艺参参数数不不允允许许有有余余差差的的系系统统。例例如如流流量量、压压力力和和要要求求严严格格的的液液位位控控制制系系统统，常常采采用用比比例积分控制器。例积分控制器。比例积分控制器的应用场合 比例积分控制器是使用最普遍的48 （3）比例积分微分控制器）比例积分微分控制器 比比例例积积分分微微分分控控制制器器是是具具有有比比例例积积分分微微分分控控制制规规律律的的控控制制器器，输输出出p与与输输入入偏偏差差e之之间间具具有有下下列列关系：关系：比比例例积积分分微微分分控控制制器器的的可可调调整整参参数数Kp(比比例例度度)、TI和和TD。（3）比例积分微分控制器 比例积分微分控制器49 微微分分作作用用使使控控制制器器的的输输出出与与输输入入偏偏差差的的变变化化速速度度成成比比例例，它它对对克克服服对对象象的的滞滞后后有有显显著著的的效效果果。在在比比例例的的基基础础上上加加上上微微分分作作用用能能提提高高稳稳定定性性，再再加加上上积积分分作作用用可可以以消消除除余余差差。所所以以，适适当当调调整整、TI、TD三三个个参参数数、可可以以使使控控制制系系统统获获得得较较高高的的控控制质量。制质量。比例积分微分控制器的特点比例积分微分控制器的特点 微分作用使控制器的输出与输入偏差的变化速度50 比比例例积积分分微微分分控控制制器器适适用用于于容容量量滞滞后后较较大大、负负荷荷变变化化大大、控控制制质质量量要要求求较较高高的的系系统统，应应用用最最普普遍遍的的是是温温度度控控制制系系统统与与成成分分控控制制系系统统。对对于于滞滞后后很很小小或或噪噪声声严严重重的的系系统统，应应避避免免引引人人微微分分作作用用，否否则则会会由由于于被被控控变变量量的的快快速速变变化化引引起起控控制制作作用用的的大大幅幅度度变变化化，严严重重时时会会导导致致控控制制系系统不稳定。统不稳定。比例积分微分控制器的应用场合比例积分微分控制器的应用场合 比例积分微分控制器适用于容量滞后较大、负荷变51化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统522、控制器正、反作用的确定、控制器正、反作用的确定控制器控制器执行器执行器对象对象测量变送器测量变送器e被控变量被控变量-给定值给定值作用方向：就是指输入变化后，输出的变化方向。当作用方向：就是指输入变化后，输出的变化方向。当某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节某个环节的输入增加时，其输出也增加，则称该环节为为“正作用正作用”方向；反之，当环节的输入增加时、输方向；反之，当环节的输入增加时、输出减少的称出减少的称“反作用反作用”方向。方向。2、控制器正、反作用的确定控制器执行器对象测量变送器e被控53 对对于于执执行行器器，它它的的作作用用方方向向取取决决于于是是气气开开阀阀还还是是气气关关阀。气开阀是阀。气开阀是“正正”方向。气关阀是方向。气关阀是“反反”方向。方向。执执行行器器的的气气开开或或气气关关型型式式主主要要应应从从工工艺艺安安全全角角度度来来确确定。定。控制器控制器执行器执行器对象对象测量变送装置测量变送装置e被控变量被控变量-给定值给定值 对于执行器，它的作用方向取决于是气开阀还是气关阀。气54 对对于于被被控控对对象象的的作作用用方方向向，则则随随具具体体对对象象的的不不同同而而各各不不相相同同。当当操操纵纵变变量量增增加加时时，被被控控变变量量也也增增加加的的对对象象属属于于“正正作作用用”的的。反反之之，被被控控变变量量随随操操纵纵变变量的增加而降低的对象属于量的增加而降低的对象属于“反作用反作用”的。的。控制器控制器执行器执行器对象对象测量变送装置测量变送装置e被控变量被控变量-给定值给定值 对于被控对象的作用方向，则随具体对象的不同55控制器控制器执行器执行器对象对象测量变送装置测量变送装置e被控变量被控变量-给定值给定值控制器执行器对象测量变送装置e被控变量-给定值56 对对于于控控制制器器的的作作用用方方向向是是这这样样规规定定的的：当当给给定定值值不不变变，被被控控变变量量测测量量值值增增加加时时，控控制制器器的的输输出出也也增增加加，称称为为“正正作作用用”方方向向，或或者者当当测测量量值值不不变变，给给定定值值减减小小时时，控控制制器器的的输输出出增增加加的的称称为为“正正作作用用”方方向向。反反之之，如如果果测测量量值值增增加加(或或给给定定值值减减小小)时时，控控制制器器的的输输出减小的称为出减小的称为“反作用反作用”方向。方向。控制器控制器执行器执行器对象对象测量变送装置测量变送装置e被控变量被控变量-给定值给定值 对于控制器的作用方向是这样规定的：当给定值57化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统58化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统59控制器控制器执行器执行器对象对象测量变送装置测量变送装置e被控变量被控变量-给定值给定值控制器执行器对象测量变送装置e被控变量-给定值60五、控制器参数的工程整定五、控制器参数的工程整定控控制制器器参参数数整整定定-对对已已定定的的控控制制系系统统求求取取保保证证控控制制过过程程质质量量为为最最好好的的控控制制器器参参数数（比比例例度度、积积分分时时TITI、微微分分时时间间TD TD）五、控制器参数的工程整定控制器参数整定-对已定的控制61控制器的参数整定方法控制器的参数整定方法 理论计算参数整定法理论计算参数整定法已知广义对象的数学已知广义对象的数学模型，然后根据系统的各项质量指标要求，通过计模型，然后根据系统的各项质量指标要求，通过计算确定相应的算确定相应的PIDPID参数。参数。工程整定法工程整定法条件：在已经投运的实际控制条件：在已经投运的实际控制系统中进行。系统中进行。1 1）临界比例度法）临界比例度法 2 2）衰减曲线法）衰减曲线法 3 3）经验凑数法）经验凑数法控制器的参数整定方法62方法一：临界比例度法方法一：临界比例度法 在在闭闭环环的的控控制制系系统统中中，将将控控制制器器变变为为纯纯比比例例作作用用，即即将将TI放放到到“”位位置置上上，TD放放在在“0”位位置置上上，在在干干扰扰作作用用下下，从从大大到到小小地地逐逐渐渐改改变变控控制制器器的的比比例例度度，直直至至系系统统产产生生等等幅幅振振荡荡（即即临临界界振振荡）。荡）。方法一：临界比例度法 在闭环的控制系统中，将控制器变为63 控控制器制器参数参数 控制控制规律规律(%)TI (min)TD (min)P2KPI2.2K Tk/1.2PID1.6K 0.5Tk0.25TI临界振荡整定计算公式临界振荡整定计算公式 控制器参数(%)TI (min)TD (m64方法二：衰减曲线法方法二：衰减曲线法衰减曲线法控制器参数计算表衰减曲线法控制器参数计算表 控制控制器参数器参数 控制规控制规律律(%)(%)TI (min)TD (min)PSSPI1.2S0.5TSPID0.8S0.3TS0.1TS方法方法 在纯比例作用下，由在纯比例作用下，由大到小调整比例度以得大到小调整比例度以得到具有衰减比（到具有衰减比（4：1）的过渡过程，记下此时的过渡过程，记下此时的比例度的比例度 S及振荡周期及振荡周期TS，根据经验公式，求，根据经验公式，求出相应的积分时间出相应的积分时间TI和和微分时间微分时间TD。方法二：衰减曲线法衰减曲线法控制器参数计算表 控制器65方法三：经验凑数法方法三：经验凑数法（长期的生产实践中总结出来的一种整定方法）（长期的生产实践中总结出来的一种整定方法）方方法法 根根据据经经验验先先将将控控制制器器参参数数放放在在某某些些数数值值上上，直直接接在在闭闭合合的的控控制制系系统统中中通通过过改改变变给给定定值值以以施施加加干干扰扰，看看输输出出曲曲线线的的形形状状，以以、TITI、TDTD，对对控控制制过过程程的的规规律律为为指指导导，调调整整相相应应的的参参数数进进行行凑凑试试，直直到到合合适适为为止止 。方法三：经验凑数法（长期的生产实践中总结出来的一种整定方法）66系统系统参数参数(%)(%)TI(min)TI(min)TD(min)TD(min)温度温度流量流量压力压力液面液面20206060404010010030307070202080803 3 10100.10.11 10.40.43 30.50.53 3系统参数(%)TI(min)TD(min)温度267化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统68化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统69化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统70化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统71化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统72化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统73化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统74化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统75化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统76化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统77化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统78化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统79化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统80化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统81化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统82化工仪表及自动化PPT课件第六章-简单控制系统83