第五章 单回路控制系统设计.ppt
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1、5.1 概述5.2 被控参数和控制参数的选择5.3 单回路控制系统的参数整定5.4 单回路控制系统设计实例第五章 单回路控制系统的设计返回一、单回路控制系统一、单回路控制系统一、单回路控制系统一、单回路控制系统单回路控制系统可实现:单回路控制系统可实现:单回路控制系统可实现:单回路控制系统可实现:定值控制、程序控制、随动控制定值控制、程序控制、随动控制定值控制、程序控制、随动控制定值控制、程序控制、随动控制等等等等例:液位定值控制系统例:液位定值控制系统例:液位定值控制系统例:液位定值控制系统(见下页图)(见下页图)(见下页图)(见下页图)其结构图如下:其结构图如下:其结构图如下:其结构图如下
2、:定义:定义:定义:定义:是指由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器连同是指由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器连同是指由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器连同是指由一个测量变送器、一个调节器、一个执行器连同 被控过程组成的、对一个被控参数进行控制的反馈控制系统。被控过程组成的、对一个被控参数进行控制的反馈控制系统。被控过程组成的、对一个被控参数进行控制的反馈控制系统。被控过程组成的、对一个被控参数进行控制的反馈控制系统。5.1 5.1 概述概述液位检测变送器液位控制器设定值执行阀水箱对象 从结构图我们可以看出:单回路控制系统是从结构图我们可以看出:单回路控制系统是从结构图我们可以看
3、出:单回路控制系统是从结构图我们可以看出:单回路控制系统是最简单、最最简单、最最简单、最最简单、最基本、最成熟基本、最成熟基本、最成熟基本、最成熟的一种控制方式。的一种控制方式。的一种控制方式。的一种控制方式。单回路控制系统根据被控量的类型可分为:温度单回路单回路控制系统根据被控量的类型可分为:温度单回路单回路控制系统根据被控量的类型可分为:温度单回路单回路控制系统根据被控量的类型可分为:温度单回路控制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控制系统等。控制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控制系统等。控制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控制系统等。控制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控
4、制系统等。单回路控制系统方框图的单回路控制系统方框图的单回路控制系统方框图的单回路控制系统方框图的一般形式一般形式一般形式一般形式如下:如下:如下:如下:由控制理论可知:对于反馈控制系统,要使系统能够稳定由控制理论可知:对于反馈控制系统,要使系统能够稳定由控制理论可知:对于反馈控制系统,要使系统能够稳定由控制理论可知:对于反馈控制系统,要使系统能够稳定地工作,必须要构成负反馈。地工作,必须要构成负反馈。地工作,必须要构成负反馈。地工作,必须要构成负反馈。即:系统的开环放大倍数必须为负。即:系统的开环放大倍数必须为负。即:系统的开环放大倍数必须为负。即:系统的开环放大倍数必须为负。正作用:正作用
5、:正作用:正作用:输出信号随输入信号的增大而增大;(放大倍数为正)输出信号随输入信号的增大而增大;(放大倍数为正)输出信号随输入信号的增大而增大;(放大倍数为正)输出信号随输入信号的增大而增大;(放大倍数为正)反作用:反作用:反作用:反作用:输出信号随输入信号的增大而减小;(放大倍数为负)输出信号随输入信号的增大而减小;(放大倍数为负)输出信号随输入信号的增大而减小;(放大倍数为负)输出信号随输入信号的增大而减小;(放大倍数为负)二、正作用、反作用二、正作用、反作用二、正作用、反作用二、正作用、反作用调节器的正作用:调节器的正作用:调节器的正作用:调节器的正作用:输出信号输出信号输出信号输出信
6、号u u u u随着被控量随着被控量随着被控量随着被控量y y y y的增大而增大;的增大而增大;的增大而增大;的增大而增大;调节器的反作用:调节器的反作用:调节器的反作用:调节器的反作用:输出信号输出信号输出信号输出信号u u u u随着被控量随着被控量随着被控量随着被控量y y y y的增大而减小;的增大而减小;的增大而减小;的增大而减小;前例中:前例中:前例中:前例中:执行器执行器执行器执行器+液位过程液位过程液位过程液位过程+检测变送检测变送检测变送检测变送+则则则则 调节器调节器调节器调节器-气关式气关式气关式气关式-+气开式气开式气开式气开式对上例进行改动对上例进行改动对上例进行改
7、动对上例进行改动其结构图如下:其结构图如下:其结构图如下:其结构图如下:上例中:上例中:上例中:上例中:执行器执行器执行器执行器+液位过程液位过程液位过程液位过程-检测变送检测变送检测变送检测变送+则则则则 调节器调节器调节器调节器+气关式气关式气关式气关式-+-气开式气开式气开式气开式返回5.2 5.2 被控参数和控制参数的选择被控参数和控制参数的选择一、被控参数(被控量)的选择一、被控参数(被控量)的选择一、被控参数(被控量)的选择一、被控参数(被控量)的选择 是控制系统设计的一个重要内容。是控制系统设计的一个重要内容。是控制系统设计的一个重要内容。是控制系统设计的一个重要内容。恰当的选择
8、对于稳定生产、提高产品产量和质量、节能、恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、节能、恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、节能、恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、节能、改善劳动条件保护环境卫生等具有决定性意义。改善劳动条件保护环境卫生等具有决定性意义。改善劳动条件保护环境卫生等具有决定性意义。改善劳动条件保护环境卫生等具有决定性意义。若选择不当,则无论组成什么样的控制系统,选择多么先若选择不当,则无论组成什么样的控制系统,选择多么先若选择不当,则无论组成什么样的控制系统,选择多么先若选择不当,则无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,都不能达到预期的控制
9、效果进的过程检测控制仪表,都不能达到预期的控制效果进的过程检测控制仪表,都不能达到预期的控制效果进的过程检测控制仪表,都不能达到预期的控制效果。1 1 1 1、选择的意义、选择的意义、选择的意义、选择的意义(P157P157P157P157)2 2 2 2、选择的方法、选择的方法、选择的方法、选择的方法 (1)(1)(1)(1)选直接参数选直接参数选直接参数选直接参数 即能直接发映生产过程产品质量和产量,以及安全运行即能直接发映生产过程产品质量和产量,以及安全运行即能直接发映生产过程产品质量和产量,以及安全运行即能直接发映生产过程产品质量和产量,以及安全运行的参数。的参数。的参数。的参数。(如
10、锅炉的水位、蒸汽的温度等。如锅炉的水位、蒸汽的温度等。如锅炉的水位、蒸汽的温度等。如锅炉的水位、蒸汽的温度等。)(2)(2)(2)(2)选间接参数选间接参数选间接参数选间接参数例:在化工生产中常用精馏塔将混合物分离为较纯组成的例:在化工生产中常用精馏塔将混合物分离为较纯组成的例:在化工生产中常用精馏塔将混合物分离为较纯组成的例:在化工生产中常用精馏塔将混合物分离为较纯组成的产品或中间产品产品或中间产品产品或中间产品产品或中间产品控制目标(直接参数):控制目标(直接参数):控制目标(直接参数):控制目标(直接参数):纯度纯度纯度纯度 或或或或 浓度浓度浓度浓度浓度浓度浓度浓度温度温度温度温度压力
11、压力压力压力 由于压力由于压力由于压力由于压力P P P P不仅与不仅与不仅与不仅与分离纯度分离纯度分离纯度分离纯度有关,而且影响塔的有关,而且影响塔的有关,而且影响塔的有关,而且影响塔的工作工作工作工作效率效率效率效率以及以及以及以及经济性经济性经济性经济性,因而选择温度为间接参数。,因而选择温度为间接参数。,因而选择温度为间接参数。,因而选择温度为间接参数。当选直接参数有困难时采用。当选直接参数有困难时采用。当选直接参数有困难时采用。当选直接参数有困难时采用。间接参数的选择原则间接参数的选择原则间接参数的选择原则间接参数的选择原则(P158P158P158P158)必须考虑工艺生产的合理性
12、和仪表的现状。必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。间接参数要有足够的灵敏度。间接参数要有足够的灵敏度。间接参数要有足够的灵敏度。间接参数要有足够的灵敏度。3 3 3 3、选择被控参数的一般原则(、选择被控参数的一般原则(、选择被控参数的一般原则(、选择被控参数的一般原则(P158P158P158P158)选选选选择择择择对对对对产产产产品品品品的的的的产产产产
13、量量量量和和和和质质质质量量量量、安安安安全全全全生生生生产产产产、经经经经济济济济运运运运行行行行和和和和环环环环境境境境保护具有决定作用的、可直接测量的工艺参数为被控量保护具有决定作用的、可直接测量的工艺参数为被控量保护具有决定作用的、可直接测量的工艺参数为被控量保护具有决定作用的、可直接测量的工艺参数为被控量。当不能用直接参数作为被控量时,应选择一个与直接参当不能用直接参数作为被控量时,应选择一个与直接参当不能用直接参数作为被控量时,应选择一个与直接参当不能用直接参数作为被控量时,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。数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。数有单值函
14、数关系的间接参数作为被控参数。数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。被控参数必须具有足够大的灵敏度。被控参数必须具有足够大的灵敏度。被控参数必须具有足够大的灵敏度。被控参数必须具有足够大的灵敏度。被控参数的选取,必须考虑工艺过程的合理性和所用仪被控参数的选取,必须考虑工艺过程的合理性和所用仪被控参数的选取,必须考虑工艺过程的合理性和所用仪被控参数的选取,必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。表的性能。表的性能。表的性能。二、控制参数(操纵量)的选择二、控制参数(操纵量)的选择二、控制参数(操纵量)的选择二、控制参数(操纵量)的选择设单回路控制系统的框图如下图所示:设单回路控制系统的框图如
15、下图所示:设单回路控制系统的框图如下图所示:设单回路控制系统的框图如下图所示:以控制质量为依据,以控制质量为依据,以控制质量为依据,以控制质量为依据,通过对过程静态特性、动态特性通过对过程静态特性、动态特性通过对过程静态特性、动态特性通过对过程静态特性、动态特性的分析,讨论控制参数选择的一般原则。的分析,讨论控制参数选择的一般原则。的分析,讨论控制参数选择的一般原则。的分析,讨论控制参数选择的一般原则。1 1 1 1、过程静态特性的分析、过程静态特性的分析、过程静态特性的分析、过程静态特性的分析控制通道克服扰动的能力强,动态响应比扰动通道快控制通道克服扰动的能力强,动态响应比扰动通道快控制通道
16、克服扰动的能力强,动态响应比扰动通道快控制通道克服扰动的能力强,动态响应比扰动通道快。则被控量对扰动的闭环传递函数为:则被控量对扰动的闭环传递函数为:则被控量对扰动的闭环传递函数为:则被控量对扰动的闭环传递函数为:设传递函数分别为:设传递函数分别为:设传递函数分别为:设传递函数分别为:由于系统是稳定的,则在单位阶跃扰动下系统的稳态值为:由于系统是稳定的,则在单位阶跃扰动下系统的稳态值为:由于系统是稳定的,则在单位阶跃扰动下系统的稳态值为:由于系统是稳定的,则在单位阶跃扰动下系统的稳态值为:结论:结论:结论:结论:2 2 2 2、过程动态特性的分析、过程动态特性的分析、过程动态特性的分析、过程动
17、态特性的分析(1 1 1 1)过程扰动通道的动态特性对控制)过程扰动通道的动态特性对控制)过程扰动通道的动态特性对控制)过程扰动通道的动态特性对控制质量影响质量影响质量影响质量影响时间常数时间常数时间常数时间常数 的影响:的影响:的影响:的影响:结论:结论:结论:结论:延迟时间延迟时间延迟时间延迟时间 的影响:的影响:的影响:的影响:扰动作用点的位置:扰动作用点的位置:扰动作用点的位置:扰动作用点的位置:见下页图见下页图见下页图见下页图结论:结论:结论:结论:结论:结论:结论:结论:干扰从不同的位置进入控制系统干扰从不同的位置进入控制系统干扰从不同的位置进入控制系统干扰从不同的位置进入控制系统
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