《過(guò)程控制工程》邵裕森主編（第2版）PPT課件

《過(guò)程控制工程》邵裕森主編（第2版）PPT課件,過(guò)程控制工程,過(guò)程,控制工程,邵裕森,主編,PPT,課件 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.1簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成指指由由一一個(gè)個(gè)測(cè)測(cè)量量變變送送器器、一一個(gè)個(gè)控控制制器器、一一個(gè)個(gè)控控制制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。第第6 6章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定TC206后續(xù)字母表示儀表功能后續(xù)字母表示儀表功能第第1位數(shù)字表示工段號(hào)位數(shù)字表示工段號(hào)后續(xù)數(shù)字表示儀表序號(hào)后續(xù)數(shù)字表示儀表序號(hào)第第1位字母表示被控參數(shù)位字母表示被控參數(shù) LC LT儀表符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)儀表符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l說(shuō)明：l常規(guī)儀表圖形符號(hào)是直徑為常規(guī)儀表圖形符號(hào)是直徑為12mm(或或10mm)的細(xì)實(shí)線圓圈的細(xì)實(shí)線圓圈l上下有分隔直線的表示控制室儀表（集中盤面安裝）上下有分隔直線的表示控制室儀表（集中盤面安裝）l中間無(wú)分隔直線的為現(xiàn)場(chǎng)儀表（就地安裝）中間無(wú)分隔直線的為現(xiàn)場(chǎng)儀表（就地安裝）l 后續(xù)字母表示儀表功能后續(xù)字母表示儀表功能第第1位數(shù)字表示工段號(hào)位數(shù)字表示工段號(hào)TC206后續(xù)數(shù)字表示儀表序號(hào)后續(xù)數(shù)字表示儀表序號(hào)第第1位字母表示被控參數(shù)位字母表示被控參數(shù)TC206過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控制系統(tǒng)原理方框圖控制系統(tǒng)原理方框圖給定值給定值測(cè)量變送器測(cè)量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象操作量操作量被控變量被控變量干擾干擾熱物料熱物料載熱介質(zhì)載熱介質(zhì)冷物料冷物料熱交換器熱交換器 TT TC控制系統(tǒng)工藝流程圖控制系統(tǒng)工藝流程圖過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1.過(guò)程控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基本要求過(guò)程控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的基本要求2.2.生產(chǎn)過(guò)程對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的要求可簡(jiǎn)要?dú)w生產(chǎn)過(guò)程對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的要求可簡(jiǎn)要?dú)w納為納為安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。三個(gè)方面。安全性：整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，確保人員設(shè)備的安全。安全性：整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，確保人員設(shè)備的安全。穩(wěn)定性：指系統(tǒng)在一定外界干擾下，在系統(tǒng)參數(shù)、穩(wěn)定性：指系統(tǒng)在一定外界干擾下，在系統(tǒng)參數(shù)、工藝條件一定的變化范圍內(nèi)能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能工藝條件一定的變化范圍內(nèi)能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力。力。經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性：指提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量的同時(shí)，降耗節(jié)能，指提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量的同時(shí)，降耗節(jié)能，提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 2.過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 方案設(shè)計(jì)：是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心方案設(shè)計(jì)：是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心 工程設(shè)計(jì)：是在控制方案正確設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程設(shè)計(jì)：是在控制方案正確設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程安裝：是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提工程安裝：是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定：是系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定：是系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)的重要保證態(tài)的重要保證 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3.過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1）掌握生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求）掌握生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求2）建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型）建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 傳統(tǒng)的基于模型的控制，首先解決數(shù)學(xué)建模的傳統(tǒng)的基于模型的控制，首先解決數(shù)學(xué)建模的問(wèn)題：包括機(jī)理法建模和測(cè)試法建模。問(wèn)題：包括機(jī)理法建模和測(cè)試法建模。有一些情況下，由于被控過(guò)程的復(fù)雜性，實(shí)施有一些情況下，由于被控過(guò)程的復(fù)雜性，實(shí)施起來(lái)有一定的難度。起來(lái)有一定的難度。無(wú)模型控制技術(shù)正在成為研究熱點(diǎn)。無(wú)模型控制技術(shù)正在成為研究熱點(diǎn)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3）確定控制方案：）確定控制方案：包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。必須深入了解生的確定，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。必須深入了解生產(chǎn)工藝情況，結(jié)合控制要求，根據(jù)過(guò)程特性、擾動(dòng)產(chǎn)工藝情況，結(jié)合控制要求，根據(jù)過(guò)程特性、擾動(dòng)情況以及限制條件等運(yùn)用控制理論和控制技術(shù)才能情況以及限制條件等運(yùn)用控制理論和控制技術(shù)才能設(shè)計(jì)一個(gè)工藝上合理的正確控制方案。設(shè)計(jì)一個(gè)工藝上合理的正確控制方案。4）控制設(shè)備選型（選擇傳感器、變送器、控制器）控制設(shè)備選型（選擇傳感器、變送器、控制器與執(zhí)行器）與執(zhí)行器）5）實(shí)驗(yàn)（或仿真）驗(yàn)證：）實(shí)驗(yàn)（或仿真）驗(yàn)證：過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.2被控參數(shù)與控制變量的選擇被控參數(shù)與控制變量的選擇6.2.2.1被控參數(shù)的選擇被控參數(shù)的選擇被被控控變變量量生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程中中希希望望借借助助自自動(dòng)動(dòng)控控制制保保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。合合理理選選擇擇被被控控變變量量，關(guān)關(guān)系系到到生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝能能否否達(dá)達(dá)到穩(wěn)定操作、保證質(zhì)量、保證安全等目的。到穩(wěn)定操作、保證質(zhì)量、保證安全等目的。被控變量的選擇依據(jù)：被控變量的選擇依據(jù)：1 1、根根據(jù)據(jù)生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝的的要要求求，找找出出影影響響生生產(chǎn)產(chǎn)的的關(guān)關(guān)鍵變量作為被控變量鍵變量作為被控變量過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例1 儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)工工藝藝要要求求儲(chǔ)儲(chǔ)槽槽液液位位穩(wěn)穩(wěn)定定。那那么么設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)就應(yīng)以儲(chǔ)槽液位為被控變量。就應(yīng)以儲(chǔ)槽液位為被控變量。LC TTh過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例2 換熱器出口溫度控制系統(tǒng)換熱器出口溫度控制系統(tǒng)工工藝藝要要求求出出口口溫溫度度為為定定值值。那那么么設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的控控制制系系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。熱物料熱物料載熱介質(zhì)載熱介質(zhì)冷物料冷物料熱交換器熱交換器 TT TC過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章2、當(dāng)當(dāng)不不能能用用直直接接工工藝藝參參數(shù)數(shù)作作為為被被控控變變量量時(shí)時(shí)，應(yīng)應(yīng)選選擇擇與與直直接接工工藝藝參參數(shù)數(shù)有有單單值值函函數(shù)數(shù)關(guān)關(guān)系系的的間間接接工工藝藝參數(shù)作為被控變量。參數(shù)作為被控變量。例例3 化化工工的的精精餾餾物物純純度控制系統(tǒng)度控制系統(tǒng)精精餾餾工工藝藝是是利利用用被被分分離離物物中中各各組組分分的的揮揮發(fā)發(fā)溫溫度度不同，將各組分分離。不同，將各組分分離。如如圖圖將將苯苯甲甲苯苯混混合合液進(jìn)行分離。液進(jìn)行分離。苯苯甲苯甲苯苯苯甲苯甲苯 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 該該精精餾餾塔塔的的工工藝藝要要求求是是要要使使塔塔頂頂（或或塔塔底底）餾餾出出物物達(dá)達(dá)到到規(guī)規(guī)定定的的純純度度。按按照照被被控控變變量量的的選選擇擇原原則則1，塔塔頂頂（或或塔塔底底）餾餾出出物物的的組組分分應(yīng)應(yīng)作為被控變量。作為被控變量。但但是是，沒(méi)沒(méi)有有合合適適的的儀儀表表在在線線檢檢測(cè)測(cè)餾餾出出物物的的純純度度，則則不不能能直直接接作作為被控變量。為被控變量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章只好在與餾出物的只好在與餾出物的純度有單值關(guān)系的工藝純度有單值關(guān)系的工藝參數(shù)中，找出合適的變參數(shù)中，找出合適的變量作為被控變量，進(jìn)行量作為被控變量，進(jìn)行間接參數(shù)控制。間接參數(shù)控制。經(jīng)工藝分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)工藝分析發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都塔內(nèi)壓力和塔內(nèi)溫度都對(duì)餾出物純度有影響。對(duì)餾出物純度有影響。需要對(duì)二者進(jìn)行比較試需要對(duì)二者進(jìn)行比較試驗(yàn)，選出一個(gè)合適的變驗(yàn)，選出一個(gè)合適的變量。量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章間接控制參數(shù)的確定間接控制參數(shù)的確定經(jīng)經(jīng)試試驗(yàn)驗(yàn)得得出出，塔塔頂頂餾餾出出物物苯苯的的濃濃度度分分別別與與壓壓力力和和溫溫度度有有單單值值對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系。（塔塔底底餾餾出出物物甲甲苯苯也也一一樣樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3 3、被控變量必須有足夠大的靈敏度、被控變量必須有足夠大的靈敏度被控變量必須靈敏，容易被測(cè)量。被控變量必須靈敏，容易被測(cè)量。4、選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性選擇被控變量時(shí)，必須考慮工藝合理性上上例例中中，選選擇擇塔塔內(nèi)內(nèi)溫溫度度作作被被控控變變量量，就就是是考考慮慮了了工工藝藝上上，塔塔內(nèi)內(nèi)壓壓力力是是最最佳佳分分離離效效率率控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的被被控變量，要求保持恒定。控變量，要求保持恒定。上上例例中中，若若塔塔頂頂、塔塔底底的的產(chǎn)產(chǎn)品品純純度度都都分分別別設(shè)設(shè)置置溫溫控控系系統(tǒng)統(tǒng)，會(huì)會(huì)相相互互干干擾擾，存存在在關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)。因因此此，若若采采用用簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)，只只能能設(shè)設(shè)置置一一個(gè)個(gè)溫溫控控系系統(tǒng)統(tǒng)，保保證證塔塔頂頂或塔底一端的產(chǎn)品質(zhì)量?；蛩滓欢说漠a(chǎn)品質(zhì)量。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l補(bǔ)充原則：選取獨(dú)立變量補(bǔ)充原則：選取獨(dú)立變量l例例1：對(duì)鍋爐產(chǎn)生的：對(duì)鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽飽和蒸汽質(zhì)量進(jìn)行控制，提出質(zhì)量進(jìn)行控制，提出了三種方案：了三種方案：l（1）壓力）壓力P與溫度與溫度T皆為被控變量皆為被控變量l（2）溫度）溫度T為被控變量為被控變量l（3）壓力）壓力P為被控變量為被控變量l原則：遵循相律關(guān)系，原則：遵循相律關(guān)系，F(xiàn)=C-P+2,l其中其中F自由度自由度,C為組分?jǐn)?shù)為組分?jǐn)?shù),P為相數(shù)為相數(shù)lF=1-2+2=1,表示獨(dú)立變量只有一個(gè)，選取壓表示獨(dú)立變量只有一個(gè)，選取壓力或溫度即可力或溫度即可l（一般選擇壓力，考慮測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)，簡(jiǎn)單，可靠）（一般選擇壓力，考慮測(cè)量元件時(shí)間常數(shù)，簡(jiǎn)單，可靠）l思考：思考：若是過(guò)熱蒸汽？若是過(guò)熱蒸汽？過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.2.2控制變量選擇控制變量選擇把把用用來(lái)來(lái)克克服服干干擾擾對(duì)對(duì)被被控控變變量量的的影影響響，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)控控制制作作用用的的變變量量稱稱為為控控制制變變量量或或操操縱縱變變量量。最最常常見(jiàn)見(jiàn)的的操操縱縱變變量量是是介介質(zhì)質(zhì)的的流流量量，也也有有以以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速、電電壓壓等等作作為為操操縱變量的?？v變量的。LC TTh過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控制變量的確定控制變量的確定被被控控變變量量選選定定以以后后，應(yīng)應(yīng)對(duì)對(duì)工工藝藝進(jìn)進(jìn)行行分分析析，找找出出所所有有影影響響被被控控變變量量的的因因素素。在在這這些些變變量量中中，有有些些是是可控的，有些是不可控的?？煽氐?，有些是不可控的。q在在諸諸多多影影響響被被控控變變量量的的因因素素中中選選擇擇一一個(gè)個(gè)對(duì)對(duì)被被控控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；q其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。被控變量被控變量影響變量影響變量過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章對(duì)象特性對(duì)控制品質(zhì)影響的分析：對(duì)象特性對(duì)控制品質(zhì)影響的分析：1過(guò)程（通道）靜態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響過(guò)程（通道）靜態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響如圖所示為單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。如圖所示為單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。Gc(s)控制器的傳遞函數(shù)；控制器的傳遞函數(shù)；Go(s)廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；Gf(s)擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)。擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)。Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)F(s)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 被控參數(shù)被控參數(shù)y(t)受到設(shè)定信號(hào)受到設(shè)定信號(hào)x(t)和干擾信號(hào)和干擾信號(hào)f(t)的的共同影響：共同影響：干擾通道干擾通道控制通道控制通道 Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)F(s)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章代入系統(tǒng)偏差公式中：代入系統(tǒng)偏差公式中：將將 可見(jiàn)，控制通道偏差和干擾通道偏差的傳函可見(jiàn)，控制通道偏差和干擾通道偏差的傳函分母是一樣的。將分母是一樣的。將Gc(s)、Go(s)代入：代入：過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章vK0越大，控制作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越??；越大，控制作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越小；vK0越大，被調(diào)參數(shù)對(duì)控制作用的反應(yīng)越靈敏。越大，被調(diào)參數(shù)對(duì)控制作用的反應(yīng)越靈敏。vKf越大，干擾作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越大。越大，干擾作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越大。一一般般K0Kf,應(yīng)應(yīng)選選放放大大系系數(shù)數(shù)大大的的變變量量作作為為控控制制變變量。若不能滿足時(shí)，可調(diào)節(jié)量。若不能滿足時(shí)，可調(diào)節(jié)Kc來(lái)補(bǔ)償，使來(lái)補(bǔ)償，使K0 Kc Kf過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章2過(guò)程（通道）動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響過(guò)程（通道）動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響1）干擾通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響）干擾通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響 干干擾擾通通道道的的慣慣性性因因子子1/1/（Tf s+1）對(duì)對(duì)擾擾動(dòng)動(dòng)起起到到濾波的作用，使干擾作用濾波的作用，使干擾作用的影響緩慢的影響緩慢.vTf 越越大大，容容積積越越多多，干干擾擾對(duì)對(duì)被被控控變變量量的的影影響響越越緩慢，越有利于控制。緩慢，越有利于控制。v干干擾擾進(jìn)進(jìn)入入系系統(tǒng)統(tǒng)的的位位置置離離被被控控變變量量檢檢測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)越越遠(yuǎn)遠(yuǎn)，則則Tf 越大，控制時(shí)最大偏差越小。越大，控制時(shí)最大偏差越小。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例：某某控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)中中，干干擾擾f1、f2、f3分分別別在在三三個(gè)個(gè)位位置置進(jìn)進(jìn)入入系系統(tǒng)統(tǒng)。干干擾擾離離被被控控變變量量檢檢測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)越越遠(yuǎn)遠(yuǎn)，則則干干擾通道的時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)被控變量的影響越慢。擾通道的時(shí)間常數(shù)越大，對(duì)被控變量的影響越慢。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 f1(t)通道慣性小，受干擾后被調(diào)參數(shù)變化速度通道慣性小，受干擾后被調(diào)參數(shù)變化速度快；當(dāng)控制作用見(jiàn)效時(shí)，被調(diào)參數(shù)已經(jīng)變化較大快；當(dāng)控制作用見(jiàn)效時(shí)，被調(diào)參數(shù)已經(jīng)變化較大造成動(dòng)態(tài)偏差較大。造成動(dòng)態(tài)偏差較大。所以擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)越所以擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)越遠(yuǎn)，干擾對(duì)被控參數(shù)影響越小。遠(yuǎn)，干擾對(duì)被控參數(shù)影響越小。y(t)yk(t)tyyk(t)yy(t)tyk(t)yy(t)t過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 因?yàn)椋驗(yàn)?，f 使干擾對(duì)被使干擾對(duì)被控變量的影響推遲了控變量的影響推遲了f 時(shí)間時(shí)間，則控制作用也推遲則控制作用也推遲f 時(shí)間時(shí)間，整個(gè)過(guò)渡過(guò)程曲線也推遲整個(gè)過(guò)渡過(guò)程曲線也推遲時(shí)間時(shí)間f，但控制品質(zhì)未變。但控制品質(zhì)未變。v干擾通道純滯后干擾通道純滯后f不影響控制質(zhì)量。不影響控制質(zhì)量。含有含有e f s過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 設(shè)控制系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)為設(shè)控制系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)為Kmax，臨界振蕩頻率為，臨界振蕩頻率為c 可控性指標(biāo)：可控性指標(biāo)：在一定程度上代表了被控過(guò)程的控在一定程度上代表了被控過(guò)程的控制性能：制性能：Kmax越大，表示可選放大系數(shù)越大，表示可選放大系數(shù)K越大，從而穩(wěn)態(tài)越大，從而穩(wěn)態(tài)誤差越小；誤差越??；c越大，表示系統(tǒng)可選工作頻率越大，過(guò)渡越大，表示系統(tǒng)可選工作頻率越大，過(guò)渡過(guò)程越快。過(guò)程越快。一般，控制通道時(shí)間常數(shù)大、階數(shù)高、有純滯后環(huán)節(jié)都將一般，控制通道時(shí)間常數(shù)大、階數(shù)高、有純滯后環(huán)節(jié)都將使過(guò)程的使過(guò)程的Kmax與與c值變小，從而使控制性能小，從而使控制性能變差。差。2）控制通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響）控制通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制品質(zhì)的影響l 系統(tǒng)控制性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)控制性能評(píng)價(jià)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章GCGVGO2GFGmfreGO1yv控制通道時(shí)間常數(shù)控制通道時(shí)間常數(shù)T0太大，使控制速度變太大，使控制速度變慢，動(dòng)態(tài)偏差變大，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間變長(zhǎng)。慢，動(dòng)態(tài)偏差變大，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間變長(zhǎng)。v控制通道控制通道G01的時(shí)間常數(shù)的時(shí)間常數(shù)T01增大，使控增大，使控制速度變慢，最大偏差增大；制速度變慢，最大偏差增大；G02是控制、干是控制、干擾共用通道，擾共用通道，T02不影響最大偏差不影響最大偏差l控制通道時(shí)間常數(shù)控制通道時(shí)間常數(shù)To對(duì)控制品質(zhì)的影響對(duì)控制品質(zhì)的影響過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l控制通道時(shí)間常數(shù)控制通道時(shí)間常數(shù)T0的大小反映了控制作用的強(qiáng)的大小反映了控制作用的強(qiáng)弱，反映了控制器的校正作用克服擾動(dòng)對(duì)被控參弱，反映了控制器的校正作用克服擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)影響的快慢。數(shù)影響的快慢。l若若T0太大太大，控制作用太弱，被控參數(shù)變化緩慢，控制作用太弱，被控參數(shù)變化緩慢，控制不及時(shí)，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，控制質(zhì)量下降?？刂撇患皶r(shí)，系統(tǒng)過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，控制質(zhì)量下降。l若若T0太小太小，易引起系統(tǒng)振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。，易引起系統(tǒng)振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。l所以，所以，T0應(yīng)適當(dāng)小一點(diǎn)。應(yīng)適當(dāng)小一點(diǎn)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 3）控制通道多個(gè)時(shí)間常數(shù)關(guān)系對(duì)控制品質(zhì)的影響控制通道多個(gè)時(shí)間常數(shù)關(guān)系對(duì)控制品質(zhì)的影響例：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：例：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：T1 T2 T3KmaxcKmaxc原始數(shù)據(jù)10 5 212.60.415.2減小T15 5 29.80.494.8減小T210 2.5 213.50.547.3減小T310 5 119.80.5711.2增大T120 5 219.20.377.1減小T2、T310 2.5 119.30.7414.2過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控制通道多個(gè)時(shí)間常數(shù)匹配問(wèn)題控制通道多個(gè)時(shí)間常數(shù)匹配問(wèn)題控制通道多個(gè)時(shí)間常數(shù)匹配問(wèn)題控制通道多個(gè)時(shí)間常數(shù)匹配問(wèn)題l從表中可以看出，控制通道的時(shí)間常數(shù)數(shù)值錯(cuò)開(kāi)，從表中可以看出，控制通道的時(shí)間常數(shù)數(shù)值錯(cuò)開(kāi)，減小中間的時(shí)間常數(shù)，可提高系統(tǒng)的工作頻率，減小中間的時(shí)間常數(shù)，可提高系統(tǒng)的工作頻率，減小過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和最大偏差，改善控制質(zhì)量。減小過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和最大偏差，改善控制質(zhì)量。l在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，若過(guò)程本身存在多個(gè)時(shí)間常在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，若過(guò)程本身存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)，則最大的時(shí)間常數(shù)往往涉及生產(chǎn)設(shè)備的核心，數(shù)，則最大的時(shí)間常數(shù)往往涉及生產(chǎn)設(shè)備的核心，不能輕易改動(dòng)，但是減小第二、三個(gè)時(shí)間常數(shù)比不能輕易改動(dòng)，但是減小第二、三個(gè)時(shí)間常數(shù)比較容易實(shí)現(xiàn)。較容易實(shí)現(xiàn)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章4 4）控制通道滯后時(shí)間對(duì)控制品質(zhì)的影響）控制通道滯后時(shí)間對(duì)控制品質(zhì)的影響）控制通道滯后時(shí)間對(duì)控制品質(zhì)的影響）控制通道滯后時(shí)間對(duì)控制品質(zhì)的影響GCGVGO2GFGmfreGO1y控制通道的時(shí)間滯后包括純滯后控制通道的時(shí)間滯后包括純滯后 和容量和容量滯后滯后 ，它們對(duì)控制質(zhì)量的影響不利，尤其是，它們對(duì)控制質(zhì)量的影響不利，尤其是 影響最壞。影響最壞。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章y2(t)yk(t)tyy1(t)01v控制通道控制通道G01的純滯后的純滯后，使控制作用滯后使控制作用滯后01到達(dá)，造到達(dá)，造成控制偏差增大。成控制偏差增大。vG02是控制、干擾共用通道，是控制、干擾共用通道，干擾作用滯后干擾作用滯后02產(chǎn)生，但控產(chǎn)生，但控制作用再滯后制作用再滯后02到達(dá)，同樣造到達(dá)，同樣造成控制偏差增大。成控制偏差增大。y2(t)yk(t)tyy1(t)220202過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控制通道純滯后控制通道純滯后0越小越好。越小越好。0會(huì)使控制時(shí)間延長(zhǎng)、會(huì)使控制時(shí)間延長(zhǎng)、最大偏差增大。最大偏差增大?？刂谱兞康倪x擇原則：控制變量的選擇原則：1、控制變量應(yīng)是工藝上允許控制的變量，并且、控制變量應(yīng)是工藝上允許控制的變量，并且要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。2、控制通道應(yīng)當(dāng)放大系數(shù)大、時(shí)間常數(shù)小、純、控制通道應(yīng)當(dāng)放大系數(shù)大、時(shí)間常數(shù)小、純滯后時(shí)間越小越好。滯后時(shí)間越小越好。3、干擾通道的放大系數(shù)盡可能小，時(shí)間常數(shù)盡、干擾通道的放大系數(shù)盡可能小，時(shí)間常數(shù)盡可能大，擾動(dòng)引入位置要遠(yuǎn)離被控參數(shù)，盡可能靠可能大，擾動(dòng)引入位置要遠(yuǎn)離被控參數(shù)，盡可能靠近調(diào)節(jié)閥。近調(diào)節(jié)閥。4、多個(gè)時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開(kāi)。、多個(gè)時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開(kāi)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例1中中，影影響響儲(chǔ)儲(chǔ)槽槽液液位位的的主主要要因因素素有有：液液體體流流入入量量和和流流出出量量。這這兩兩個(gè)個(gè)變變量量影影響響力力相相當(dāng)當(dāng)，顯顯然然，液液體體流出量可控。故選液體流出量作為控制變量。流出量可控。故選液體流出量作為控制變量。LC TThQiQo過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例2中中，影影響響出出口口溫溫度度的的主主要要因因素素有有：載載熱熱介介質(zhì)質(zhì)溫溫度度、載載熱熱介介質(zhì)質(zhì)流流量量、冷冷物物料料溫溫度度、冷冷物物料料流流量量等等。顯顯然然，載載熱熱介介質(zhì)質(zhì)流流量量影影響響力力最最大大且且可可控控。故故選選載載熱熱介質(zhì)流量作為控制變量。介質(zhì)流量作為控制變量。熱物料熱物料載熱介質(zhì)載熱介質(zhì)冷物料冷物料熱交換器熱交換器 TT TCQrQiTiTr過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例3中中，若若選選擇擇提提餾餾段段某某塊塊塔塔板板（靈靈敏敏板板）的的溫溫度度作作為為被被控控變變量量。那那么么，影影響響靈靈敏敏板板溫溫度度T靈靈的的因因素主要有：素主要有：TT進(jìn)料的流量（進(jìn)料的流量（Q入入）、）、進(jìn)料的成分（進(jìn)料的成分（x入入）、）、進(jìn)料的溫度（進(jìn)料的溫度（T入入），），回流的流量（回流的流量（Q回回）、）、回流的溫度（回流的溫度（T回回），），加熱蒸汽流量（加熱蒸汽流量（Q蒸蒸）、）、冷凝器冷卻溫度等。冷凝器冷卻溫度等。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 這些影響因素分為可控的和不可控的兩大類：這些影響因素分為可控的和不可控的兩大類：回流量和蒸汽流量為可控因素回流量和蒸汽流量為可控因素其它基本為不可控因素其它基本為不可控因素 TT過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章1、蒸蒸汽汽流流量量對(duì)對(duì)提提餾餾段段溫溫度度影影響響比比回回流流量量對(duì)對(duì)提提餾餾段段溫溫度度影影響響更更迅速、更顯著。迅速、更顯著。2、從從節(jié)節(jié)能能角角度度來(lái)來(lái)講講，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。在兩個(gè)可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。在兩個(gè)可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篢T過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.3檢測(cè)環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正負(fù)作用選擇檢測(cè)環(huán)節(jié)、執(zhí)行器及調(diào)節(jié)器正負(fù)作用選擇 6.2.3.1傳感器、變送器選擇傳感器、變送器選擇1按照生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合按照生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合適的測(cè)量范圍（量程）與精度等級(jí)。適的測(cè)量范圍（量程）與精度等級(jí)。檢測(cè)儀表的精度反映測(cè)量值接近真實(shí)值的準(zhǔn)確程度，一般用檢測(cè)儀表的精度反映測(cè)量值接近真實(shí)值的準(zhǔn)確程度，一般用一系列誤差來(lái)衡量。一系列誤差來(lái)衡量。絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差 指儀表指示值與被測(cè)參數(shù)真值之間的差值指儀表指示值與被測(cè)參數(shù)真值之間的差值 引用誤差引用誤差 把絕對(duì)誤差折合成標(biāo)尺范圍的百分?jǐn)?shù)表示，即把絕對(duì)誤差折合成標(biāo)尺范圍的百分?jǐn)?shù)表示，即 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章精度等級(jí)精度等級(jí) 按儀表工業(yè)規(guī)定，去掉最大引用誤差的按儀表工業(yè)規(guī)定，去掉最大引用誤差的“”號(hào)和號(hào)和“%”號(hào)，稱為儀表的精度等級(jí)，目前已號(hào)，稱為儀表的精度等級(jí)，目前已系列化。只能從下列數(shù)系中選取最接近的合適數(shù)值系列化。只能從下列數(shù)系中選取最接近的合適數(shù)值作為精度等級(jí)，即作為精度等級(jí)，即0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。等。注意：在確定一個(gè)儀表的精度等級(jí)時(shí)，要求儀表的注意：在確定一個(gè)儀表的精度等級(jí)時(shí)，要求儀表的允許誤差應(yīng)該大于或等于儀表校驗(yàn)時(shí)所得到的最大允許誤差應(yīng)該大于或等于儀表校驗(yàn)時(shí)所得到的最大引用誤差；而根據(jù)工藝要求來(lái)選擇儀表的精度等級(jí)引用誤差；而根據(jù)工藝要求來(lái)選擇儀表的精度等級(jí)時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該小于或等于工藝上所允許時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該小于或等于工藝上所允許的最大引用誤差。這一點(diǎn)在實(shí)際工作中要特別注意。的最大引用誤差。這一點(diǎn)在實(shí)際工作中要特別注意。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章2測(cè)量?jī)x表反應(yīng)慢，會(huì)造成測(cè)量失真。應(yīng)盡可能選測(cè)量?jī)x表反應(yīng)慢，會(huì)造成測(cè)量失真。應(yīng)盡可能選擇時(shí)間常數(shù)小的傳感器、變送器。擇時(shí)間常數(shù)小的傳感器、變送器。減小減小減小減小T Tmm和和和和 mm均對(duì)提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量有利。若均對(duì)提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量有利。若均對(duì)提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量有利。若均對(duì)提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量有利。若T Tmm較較較較大，則會(huì)使記錄曲線與實(shí)際參數(shù)之間產(chǎn)生較大的動(dòng)大，則會(huì)使記錄曲線與實(shí)際參數(shù)之間產(chǎn)生較大的動(dòng)大，則會(huì)使記錄曲線與實(shí)際參數(shù)之間產(chǎn)生較大的動(dòng)大，則會(huì)使記錄曲線與實(shí)際參數(shù)之間產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)誤差。態(tài)誤差。態(tài)誤差。態(tài)誤差。最好選用惰性小的快速測(cè)量元件，一般選其時(shí)最好選用惰性小的快速測(cè)量元件，一般選其時(shí)最好選用惰性小的快速測(cè)量元件，一般選其時(shí)最好選用惰性小的快速測(cè)量元件，一般選其時(shí)間常數(shù)為控制通道時(shí)間常數(shù)的間常數(shù)為控制通道時(shí)間常數(shù)的間常數(shù)為控制通道時(shí)間常數(shù)的間常數(shù)為控制通道時(shí)間常數(shù)的1/101/10以下為宜。以下為宜。以下為宜。以下為宜。OtOtTmTmx(t)y(t)x(t)y(t)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l必要時(shí)在測(cè)量元件之后引入微分環(huán)節(jié)，利用超必要時(shí)在測(cè)量元件之后引入微分環(huán)節(jié)，利用超前作用來(lái)補(bǔ)償測(cè)量元件引起的動(dòng)態(tài)誤差。從減前作用來(lái)補(bǔ)償測(cè)量元件引起的動(dòng)態(tài)誤差。從減小測(cè)量變送環(huán)節(jié)誤差角度考慮，應(yīng)減少儀表的小測(cè)量變送環(huán)節(jié)誤差角度考慮，應(yīng)減少儀表的量程，即增大量程，即增大Km。l信號(hào)傳遞時(shí)延將降低控制質(zhì)量，可采取以下改信號(hào)傳遞時(shí)延將降低控制質(zhì)量，可采取以下改善措施：善措施：（1）若測(cè)量信號(hào)為電信號(hào)，可將轉(zhuǎn)換器安裝在儀表盤附近，）若測(cè)量信號(hào)為電信號(hào)，可將轉(zhuǎn)換器安裝在儀表盤附近，以縮短氣壓信號(hào)的傳送距離以縮短氣壓信號(hào)的傳送距離（2）若調(diào)節(jié)器輸出為氣壓信號(hào)，可在）若調(diào)節(jié)器輸出為氣壓信號(hào)，可在5060 m距離間，裝距離間，裝一繼動(dòng)器，提高氣壓信號(hào)的傳輸功率，減小傳遞時(shí)間。一繼動(dòng)器，提高氣壓信號(hào)的傳輸功率，減小傳遞時(shí)間。（3）若調(diào)節(jié)器輸出為電信號(hào)，應(yīng)將轉(zhuǎn)換器安裝在調(diào)節(jié)閥附）若調(diào)節(jié)器輸出為電信號(hào)，應(yīng)將轉(zhuǎn)換器安裝在調(diào)節(jié)閥附近，或采用電氣閥門定位器。近，或采用電氣閥門定位器。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章3合理選擇檢測(cè)點(diǎn)，避免測(cè)量造成對(duì)象純滯后合理選擇檢測(cè)點(diǎn)，避免測(cè)量造成對(duì)象純滯后0圖圖6.15 pH值控制系統(tǒng)圖值控制系統(tǒng)圖 pHT LT LC pHC中和槽中和槽貯酸槽貯酸槽l04測(cè)量信號(hào)的處理測(cè)量信號(hào)的處理 測(cè)量信號(hào)的校正與補(bǔ)償、測(cè)量噪聲的抑制、測(cè)量測(cè)量信號(hào)的校正與補(bǔ)償、測(cè)量噪聲的抑制、測(cè)量信號(hào)的線性化處理。信號(hào)的線性化處理。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.3.2執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器的選擇l一、概述一、概述l執(zhí)行器組成：執(zhí)行器組成：執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)又稱調(diào)節(jié)閥。l執(zhí)行器作用：接受控制器輸出的控制信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為執(zhí)行器作用：接受控制器輸出的控制信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為直線位移和角位移，操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，自動(dòng)改變操作變量，直線位移和角位移，操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，自動(dòng)改變操作變量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程變量的自動(dòng)控制。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程變量的自動(dòng)控制。l根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所使用能源的不同，執(zhí)行器可以分為氣動(dòng)、根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所使用能源的不同，執(zhí)行器可以分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。電動(dòng)、液動(dòng)三大類。l執(zhí)行器的選擇和使用將直接影響過(guò)程控制系統(tǒng)的安全性和執(zhí)行器的選擇和使用將直接影響過(guò)程控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。可靠性。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l二、氣動(dòng)執(zhí)行器二、氣動(dòng)執(zhí)行器l1氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和原理氣動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和原理l氣動(dòng)執(zhí)行器接受氣動(dòng)執(zhí)行器接受0.21051.0105a的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，氣氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分組成。l按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的差別可分為薄膜式和活塞式兩種。氣動(dòng)活塞式按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的差別可分為薄膜式和活塞式兩種。氣動(dòng)活塞式執(zhí)行結(jié)構(gòu)主要適用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝執(zhí)行結(jié)構(gòu)主要適用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置，工業(yè)上薄膜式應(yīng)用最多。置，工業(yè)上薄膜式應(yīng)用最多。l氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。執(zhí)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由彈性薄膜平衡彈簧和推桿組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，即它接受標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)后，經(jīng)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，即它接受標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)后，經(jīng)膜片轉(zhuǎn)換成推力，使推桿產(chǎn)生位移，同時(shí)帶動(dòng)閥芯動(dòng)作，使膜片轉(zhuǎn)換成推力，使推桿產(chǎn)生位移，同時(shí)帶動(dòng)閥芯動(dòng)作，使閥芯產(chǎn)生相應(yīng)位移，改變閥的開(kāi)度。閥芯產(chǎn)生相應(yīng)位移，改變閥的開(kāi)度。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按推桿位移的方向有：氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按推桿位移的方向有：l正作用形式正作用形式：如果當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向下移動(dòng)：如果當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向下移動(dòng)l反作用形式反作用形式：當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向上移動(dòng)：當(dāng)輸入氣壓信號(hào)增加時(shí)，推桿向上移動(dòng)l調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)際上就是閥門，直接與介質(zhì)接觸，其結(jié)構(gòu)、材料、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)際上就是閥門，直接與介質(zhì)接觸，其結(jié)構(gòu)、材料、和性能將直接影響過(guò)程控制系統(tǒng)的安全性、可靠性和系統(tǒng)的和性能將直接影響過(guò)程控制系統(tǒng)的安全性、可靠性和系統(tǒng)的控制質(zhì)量。控制質(zhì)量。根據(jù)流體力學(xué)的觀點(diǎn)，控制閥是一個(gè)局部阻力可根據(jù)流體力學(xué)的觀點(diǎn)，控制閥是一個(gè)局部阻力可變的節(jié)流元件。變的節(jié)流元件。通過(guò)改變閥芯的行程而改變控制閥的阻力系通過(guò)改變閥芯的行程而改變控制閥的阻力系數(shù)，以達(dá)到控制流量的目的。數(shù)，以達(dá)到控制流量的目的。l根據(jù)不同的使用要求，控制閥有直通雙座控制閥、直通單座根據(jù)不同的使用要求，控制閥有直通雙座控制閥、直通單座控制閥、蝶閥、三通閥、高壓閥、角形閥、隔膜閥等多種結(jié)控制閥、蝶閥、三通閥、高壓閥、角形閥、隔膜閥等多種結(jié)構(gòu)形式。構(gòu)形式。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l2控制閥的流量特性控制閥的流量特性l控制閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)控制閥閥門的相對(duì)流量與相控制閥的流量特性是指介質(zhì)流過(guò)控制閥閥門的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度（即閥的相對(duì)位移）之間的關(guān)系。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：對(duì)開(kāi)度（即閥的相對(duì)位移）之間的關(guān)系。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：l從過(guò)程控制的角度看，流量特性是控制閥最重要的特性，它從過(guò)程控制的角度看，流量特性是控制閥最重要的特性，它對(duì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)有很大影響。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)改對(duì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的品質(zhì)有很大影響。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)改變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控變控制閥閥芯與閥座間的流通截面積，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。制。l 理想流量特性理想流量特性l當(dāng)控制閥閥前后壓差固定不變時(shí)得到的流量特性就叫做理想當(dāng)控制閥閥前后壓差固定不變時(shí)得到的流量特性就叫做理想流量特性。流量特性。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l理想流量特性取決于閥芯的形狀，不同的閥芯曲面得到的理想流量特性取決于閥芯的形狀，不同的閥芯曲面得到的理想特性是不同的。理想流量特性主要有直線、對(duì)數(shù)、拋理想特性是不同的。理想流量特性主要有直線、對(duì)數(shù)、拋物線和快開(kāi)四種。物線和快開(kāi)四種。l直線流量特性直線流量特性l控制閥的相對(duì)流量與閥芯的相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系?？刂崎y的相對(duì)流量與閥芯的相對(duì)開(kāi)度成直線關(guān)系。l從流量特性上來(lái)看，直線閥的放大系數(shù)在任何一點(diǎn)都是相從流量特性上來(lái)看，直線閥的放大系數(shù)在任何一點(diǎn)都是相同的，但其對(duì)流量的控制力（即流量變化的相對(duì)值）在每同的，但其對(duì)流量的控制力（即流量變化的相對(duì)值）在每點(diǎn)都不同。直線流量特性小開(kāi)度時(shí)，流量相對(duì)變化量大，點(diǎn)都不同。直線流量特性小開(kāi)度時(shí)，流量相對(duì)變化量大，在大開(kāi)度時(shí)，流量相對(duì)變化量小。在大開(kāi)度時(shí)，流量相對(duì)變化量小。這就說(shuō)明，直線閥在小這就說(shuō)明，直線閥在小開(kāi)度時(shí)，控制作用太強(qiáng)，易產(chǎn)生振蕩；大開(kāi)度時(shí)，控制作開(kāi)度時(shí)，控制作用太強(qiáng)，易產(chǎn)生振蕩；大開(kāi)度時(shí)，控制作用太弱，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。用太弱，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l 對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性對(duì)數(shù)（等百分比）流量特性l閥桿的相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量閥桿的相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與該點(diǎn)的相對(duì)流量成正比，即控制閥的放大系數(shù)隨相對(duì)流量的增加而增大。成正比，即控制閥的放大系數(shù)隨相對(duì)流量的增加而增大。l對(duì)數(shù)流量特性的曲率是隨著流量的增大而增大的，但是相對(duì)行對(duì)數(shù)流量特性的曲率是隨著流量的增大而增大的，但是相對(duì)行程變化引起的流量相對(duì)變化值是相等的。程變化引起的流量相對(duì)變化值是相等的。l 由于對(duì)具有對(duì)數(shù)流量特性的控制閥而言，小開(kāi)度由于對(duì)具有對(duì)數(shù)流量特性的控制閥而言，小開(kāi)度時(shí)，放大系數(shù)較小，控制平穩(wěn)緩和，大開(kāi)度時(shí)，放大時(shí)，放大系數(shù)較小，控制平穩(wěn)緩和，大開(kāi)度時(shí)，放大系數(shù)較大，控制及時(shí)有效，因此，從過(guò)程控制看，利系數(shù)較大，控制及時(shí)有效，因此，從過(guò)程控制看，利用對(duì)數(shù)流量特性是有利的。用對(duì)數(shù)流量特性是有利的。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l拋物線流量特性拋物線流量特性l相對(duì)流量與閥桿的相對(duì)開(kāi)度成拋物線關(guān)系，即平方關(guān)系。相對(duì)流量與閥桿的相對(duì)開(kāi)度成拋物線關(guān)系，即平方關(guān)系。l l 快開(kāi)流量特性快開(kāi)流量特性l在小開(kāi)度時(shí)流量就比較大，隨著開(kāi)度的增大，流量很快達(dá)在小開(kāi)度時(shí)流量就比較大，隨著開(kāi)度的增大，流量很快達(dá)到最大。到最大。l工作流量特性工作流量特性l實(shí)際應(yīng)用中，控制閥與其他設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián)安裝在管道中，實(shí)際應(yīng)用中，控制閥與其他設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián)安裝在管道中，其前后的壓差是變化的，此時(shí)的流量特性稱為工作特性。其前后的壓差是變化的，此時(shí)的流量特性稱為工作特性。理想流量特性會(huì)因控制閥前后壓差遭受阻力損失而畸變成理想流量特性會(huì)因控制閥前后壓差遭受阻力損失而畸變成工作流量特性。工作流量特性。lS:畸變系數(shù)畸變系數(shù)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 三、調(diào)節(jié)閥的選擇三、調(diào)節(jié)閥的選擇 1調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇 正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度應(yīng)在正常工況下，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度應(yīng)在15%85%區(qū)間。據(jù)此區(qū)間。據(jù)此原則計(jì)算、確定控制閥的口徑尺寸。原則計(jì)算、確定控制閥的口徑尺寸。2調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇 一般分兩步進(jìn)行選擇：首先按照過(guò)程控制系統(tǒng)的要求，一般分兩步進(jìn)行選擇：首先按照過(guò)程控制系統(tǒng)的要求，確定工作流量特性，再根據(jù)流量特性曲線的畸變程度以及工確定工作流量特性，再根據(jù)流量特性曲線的畸變程度以及工藝要求和工藝配管情況，確定理想流量特性。藝要求和工藝配管情況，確定理想流量特性。一般由數(shù)學(xué)分析和經(jīng)驗(yàn)法兩種，目前較多采用經(jīng)驗(yàn)法。一般由數(shù)學(xué)分析和經(jīng)驗(yàn)法兩種，目前較多采用經(jīng)驗(yàn)法。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章l3調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)作用方式選擇調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)作用方式選擇l氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥：隨著控制信號(hào)的增加而開(kāi)度加大，無(wú)控制信號(hào)氣開(kāi)調(diào)節(jié)閥：隨著控制信號(hào)的增加而開(kāi)度加大，無(wú)控制信號(hào)時(shí)，閥門處于全開(kāi)狀態(tài)；時(shí)，閥門處于全開(kāi)狀態(tài)；l氣關(guān)調(diào)節(jié)閥：隨著信號(hào)壓力的增加，閥門逐漸關(guān)小，無(wú)信號(hào)氣關(guān)調(diào)節(jié)閥：隨著信號(hào)壓力的增加，閥門逐漸關(guān)小，無(wú)信號(hào)時(shí)，閥門處于全開(kāi)狀態(tài)。時(shí)，閥門處于全開(kāi)狀態(tài)。l選擇原則選擇原則：l人身安全、系統(tǒng)與設(shè)備安全人身安全、系統(tǒng)與設(shè)備安全（首要原則）（首要原則）l保證產(chǎn)品質(zhì)量原則保證產(chǎn)品質(zhì)量原則(如：全回流，不出廢品）如：全回流，不出廢品）l減少原料和動(dòng)力浪費(fèi)（停止進(jìn)料）減少原料和動(dòng)力浪費(fèi)（停止進(jìn)料）l基于介質(zhì)特點(diǎn)的工藝設(shè)備安全原則（將物料放空）基于介質(zhì)特點(diǎn)的工藝設(shè)備安全原則（將物料放空）l舉例舉例過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.2.3.3調(diào)節(jié)器正反作用的選擇調(diào)節(jié)器正反作用的選擇負(fù)負(fù)反反饋饋控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的控控制制作作用用對(duì)對(duì)被被控控變變量量的的影影響響應(yīng)應(yīng)與與干干擾擾作作用用對(duì)對(duì)被被控控變變量量的的影影響響相相反反，才才能能使使被被控控變變量量值值回回復(fù)復(fù)到到給給定定值值。為為了了保保證證負(fù)負(fù)反反饋饋，必必須須正正確確選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。選擇調(diào)節(jié)器的正反作用。給定值給定值測(cè)量變送器測(cè)量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象操作量操作量被控變量被控變量干擾干擾過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章為了說(shuō)明選擇方法，先定義作用方向：為了說(shuō)明選擇方法，先定義作用方向：當(dāng)當(dāng)某某個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)的的輸輸入入增增加加時(shí)時(shí)，其其輸輸出出也也增增加加，稱稱該該環(huán)節(jié)為環(huán)節(jié)為“正作用正作用”；反之，稱為；反之，稱為“反作用反作用”。按此按此定義：定義：q變送器都是正作用變送器都是正作用q氣開(kāi)閥是正作用，氣關(guān)閥是反作用氣開(kāi)閥是正作用，氣關(guān)閥是反作用q被控對(duì)象有的正作用，有的反作用被控對(duì)象有的正作用，有的反作用q控制器作用方向以測(cè)量輸入與輸出的關(guān)系定義：控制器作用方向以測(cè)量輸入與輸出的關(guān)系定義：正作用：測(cè)量值正作用：測(cè)量值給定值給定值反作用：給定值反作用：給定值測(cè)量值測(cè)量值 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)中中，各各個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)的的作作用用方方向向組組合合不不當(dāng)當(dāng)?shù)牡脑捲?，?huì)會(huì)使使系系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成成正正反反饋饋，不不但但不不能能起起控控制制作作用用，反而會(huì)破壞生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定。反而會(huì)破壞生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定。因?yàn)閳?zhí)行器和對(duì)象有正、反作用，為了保證控因?yàn)閳?zhí)行器和對(duì)象有正、反作用，為了保證控制系統(tǒng)負(fù)反饋，調(diào)節(jié)器必須有正、反作用之調(diào)整。制系統(tǒng)負(fù)反饋，調(diào)節(jié)器必須有正、反作用之調(diào)整。偏差偏差控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象變送器變送器給定值給定值被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù)干擾干擾測(cè)測(cè)量量值值正作用正作用反作用反作用正作用正作用正作用正作用過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 調(diào)節(jié)器正反作用的確定原調(diào)節(jié)器正反作用的確定原則：則：保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋 簡(jiǎn)單的判定方法：簡(jiǎn)單的判定方法：閉合回閉合回路中有奇數(shù)個(gè)反作用環(huán)節(jié)。路中有奇數(shù)個(gè)反作用環(huán)節(jié)。偏差偏差控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象變送器變送器給定值給定值被調(diào)參數(shù)被調(diào)參數(shù)干擾干擾測(cè)測(cè)量量值值反作用反作用正作用正作用正作用正作用正作用正作用過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例1：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)負(fù)反饋驗(yàn)證：負(fù)反饋驗(yàn)證：設(shè)某時(shí)刻燃料壓力設(shè)某時(shí)刻燃料壓力燃料流量燃料流量爐溫爐溫出料溫度出料溫度TC輸入輸入 TC輸出輸出閥關(guān)小閥關(guān)小爐溫爐溫出料溫度出料溫度TTTC反反正正正正正正燃料燃料出料出料過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例2：儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)：儲(chǔ)槽液位控制系統(tǒng)LTLCM正正正正正正反反出料負(fù)反饋驗(yàn)證：負(fù)反饋驗(yàn)證：設(shè)某時(shí)刻進(jìn)料量設(shè)某時(shí)刻進(jìn)料量液位液位LC輸入輸入LC輸出輸出閥開(kāi)大閥開(kāi)大出料量出料量液位液位過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.3調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律選擇調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)的影響與調(diào)節(jié)規(guī)律選擇 確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案時(shí)，要確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方案時(shí)，要根據(jù)對(duì)象的特性和工根據(jù)對(duì)象的特性和工藝要求，藝要求，選擇合適的調(diào)節(jié)規(guī)律，使組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)滿選擇合適的調(diào)節(jié)規(guī)律，使組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)滿足預(yù)期的品質(zhì)指標(biāo)。足預(yù)期的品質(zhì)指標(biāo)。調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)規(guī)規(guī)律律，即即它它的的輸輸出出量量與與輸輸入入量量（偏偏差值）之間的函數(shù)關(guān)系。差值）之間的函數(shù)關(guān)系。P=f(e)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的器的作用是根據(jù)偏差，按規(guī)定的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)產(chǎn)生輸出信號(hào)，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。生輸出信號(hào)，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.3.1調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)影響的分析調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)影響的分析 要正確地選擇調(diào)節(jié)規(guī)律，首先必須理解各要正確地選擇調(diào)節(jié)規(guī)律，首先必須理解各種調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)的影響。種調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)控制品質(zhì)的影響。最簡(jiǎn)單的最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律是位式是位式調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律。根據(jù)偏差根據(jù)偏差 e 的正、負(fù)，的正、負(fù)，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器輸出只有兩個(gè)位輸出只有兩個(gè)位置：置：0或或100%。0 e100%調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出兩位式調(diào)節(jié)的特性兩位式調(diào)節(jié)的特性位式調(diào)節(jié)下，被控參數(shù)不位式調(diào)節(jié)下，被控參數(shù)不能穩(wěn)定在給定值上。要獲得平能穩(wěn)定在給定值上。要獲得平穩(wěn)的高精度的調(diào)節(jié)，必須采用穩(wěn)的高精度的調(diào)節(jié)，必須采用連續(xù)調(diào)節(jié)規(guī)律。連續(xù)調(diào)節(jié)規(guī)律。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章要要使使控控制制過(guò)過(guò)程程平平穩(wěn)穩(wěn)準(zhǔn)準(zhǔn)確確，必必須須使使用用輸輸出出值值能能連連續(xù)續(xù)變變化化的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器，采采用用比比例例，微微分分、積積分分等等算算法法進(jìn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。行調(diào)節(jié)。6.3.1.1比例（比例（P）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響比比例例調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器輸輸出出變變化化u(t)隨隨輸輸入入偏偏差差e(t)成成比比例關(guān)系：例關(guān)系：P比例度。比例度。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章例例 自力式水位比例控制系統(tǒng)自力式水位比例控制系統(tǒng)浮浮球球?yàn)闉樗晃粋鱾鞲懈衅髌?，杠杠桿桿為為控控制制器器，活活塞塞閥閥為為執(zhí)執(zhí)行行器器。如如果果某某時(shí)時(shí)刻刻Q2加加大大，造造成成水水位位下下降降，則則浮浮球帶動(dòng)活塞提高，使球帶動(dòng)活塞提高，使Q1加大阻止水位下降。加大阻止水位下降。杠桿杠桿a、b之比例關(guān)系，決定調(diào)節(jié)作用強(qiáng)弱。之比例關(guān)系，決定調(diào)節(jié)作用強(qiáng)弱。如果如果e=0，則活塞無(wú)，則活塞無(wú)法提高，法提高，Q1無(wú)法加大，調(diào)無(wú)法加大，調(diào)節(jié)無(wú)法進(jìn)行。節(jié)無(wú)法進(jìn)行。u過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章比例帶的物理意義：比例帶的物理意義：比比例例帶帶P是是放放大大倍倍數(shù)數(shù)KC的的倒倒數(shù)數(shù)，其其大大小小決決定定比比例例控制作用的強(qiáng)弱?？刂谱饔玫膹?qiáng)弱。P越越小小，控控制制作作用用越越強(qiáng)強(qiáng)、系系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)越越快快、系系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)定性越小。定性越小。P越小，控制余差越小。越小，控制余差越小。q比例帶比例帶P對(duì)控制過(guò)程的影響對(duì)控制過(guò)程的影響過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 振振蕩蕩逐逐漸漸加加劇劇PPPPPuuuuu P越越小小，控控制制過(guò)過(guò)程程曲曲線線越振蕩，周期縮短。越振蕩，周期縮短。P越越大大，控控制制過(guò)過(guò)程程曲曲線線越越平平穩(wěn)穩(wěn)，但但控控制制過(guò)過(guò)程程時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，余差也越大。間越長(zhǎng)，余差也越大。出現(xiàn)等幅振蕩，這時(shí)的出現(xiàn)等幅振蕩，這時(shí)的比例度稱為臨界比例度比例度稱為臨界比例度Pmin，振蕩頻率稱為臨，振蕩頻率稱為臨界振蕩頻率界振蕩頻率M過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 q系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能指標(biāo)（又稱可控性指標(biāo)）系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能指標(biāo)（又稱可控性指標(biāo)）調(diào)節(jié)過(guò)程的概貌主要由四個(gè)品質(zhì)指標(biāo)來(lái)衡量：調(diào)節(jié)過(guò)程的概貌主要由四個(gè)品質(zhì)指標(biāo)來(lái)衡量：1.1.衰減率：反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性衰減率：反映系統(tǒng)的穩(wěn)定性2.2.振蕩頻率：反映調(diào)節(jié)速度振蕩頻率：反映調(diào)節(jié)速度3.3.余差：反映穩(wěn)態(tài)精度余差：反映穩(wěn)態(tài)精度4.4.最大動(dòng)態(tài)偏差：反映動(dòng)態(tài)精度最大動(dòng)態(tài)偏差：反映動(dòng)態(tài)精度5.5.上上述述指指標(biāo)標(biāo)的的提提高高是是有有限限度度的的，受受制制于于控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的臨界比例度臨界比例度Pmin 和臨界振蕩頻率和臨界振蕩頻率M6.6.而而被被控控對(duì)對(duì)象象的的特特性性決決定定了了控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)Pmin 和和M 的大小。的大小。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章臨界比例度臨界比例度Pmin的倒數(shù)是臨界放大倍數(shù)的倒數(shù)是臨界放大倍數(shù)KmaxKmax與與M的的乘乘積積KmaxM在在一一定定程程度度上上代代表表了了被控過(guò)程的控制性能。被控過(guò)程的控制性能。KmaxM越大，意味著：越大，意味著：1.控控制制器器放放大大系系數(shù)數(shù)Kc的的可可選選上上限限越越大大（P的的下下限限越越?。瑒t系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。?。?，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差越小。2.控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)可可選選的的工工作作頻頻率率c越越大大，則則過(guò)過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程程越快。越快。3.因因此此，KmaxM作作為為調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)性性能能指指標(biāo)標(biāo)，越越大大表表明明系系統(tǒng)的控制性能越好。統(tǒng)的控制性能越好?？煽捎糜诠こ躺系暮?jiǎn)便判斷。用于工程上的簡(jiǎn)便判斷。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章v 比例控制的特點(diǎn)比例控制的特點(diǎn)q控控制制及及時(shí)時(shí)、適適當(dāng)當(dāng)。只只要要有有偏偏差差，輸輸出出立立刻刻成成比比例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)。例地變化，偏差越大，輸出的控制作用越強(qiáng)。q控控制制結(jié)結(jié)果果存存在在余余差差。如如果果被被調(diào)調(diào)量量偏偏差差為為零零，調(diào)調(diào)節(jié)器的輸出也就為零節(jié)器的輸出也就為零 u=e/P即即調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用是是以以偏偏差差存存在在為為前前提提條條件件，不不可可能能做到無(wú)靜差調(diào)節(jié)。做到無(wú)靜差調(diào)節(jié)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章6.3.1.2積積分分（I）調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)與與比比例例積積分分（PI）調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)對(duì)對(duì)系系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響統(tǒng)控制質(zhì)量的影響1 積分控制積分控制（I）輸出變化量輸出變化量p與輸入偏差與輸入偏差e的積分成正比的積分成正比當(dāng)輸入偏差當(dāng)輸入偏差e是幅值為是幅值為e 的階躍時(shí)：的階躍時(shí)：TI 積分時(shí)間積分時(shí)間tu過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 2 比例積分控制（比例積分控制（PI）將比例與積分組合起來(lái)，這樣既控制及時(shí)，又將比例與積分組合起來(lái)，這樣既控制及時(shí)，又能消除余差，可以用于控制精度要求高的場(chǎng)合。能消除余差，可以用于控制精度要求高的場(chǎng)合。若偏差是幅值為若偏差是幅值為e 的階躍干擾的階躍干擾ee ttu過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章積分時(shí)間的物理意義：積分時(shí)間的物理意義：若偏差是幅值為若偏差是幅值為e的階躍的階躍:當(dāng)當(dāng) t=TI 時(shí)時(shí):q積分時(shí)間積分時(shí)間TI對(duì)控制過(guò)程的影響對(duì)控制過(guò)程的影響e e/P2e/PuttTIe過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章1.TI越越大大，積積分分作作用用越越弱弱，TI=，積積分分作作用用為為零零。TI減減小小，積積分分作作用用增增強(qiáng)強(qiáng)，系系統(tǒng)統(tǒng)振振蕩蕩加加劇劇，穩(wěn)穩(wěn)定定性性下下降降。因因此此，加加積積分分后后，比比例例帶帶要適當(dāng)加大。要適當(dāng)加大。2.如如果果T1適適當(dāng)當(dāng)，系系統(tǒng)統(tǒng)能很快消除余差。能很快消除余差。積分時(shí)間積分時(shí)間TI 對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響對(duì)過(guò)渡過(guò)程的影響uuuu過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章q積分控制可以消除余差。積分控制可以消除余差。v 積分控制的特點(diǎn)積分控制的特點(diǎn)有有偏偏差差時(shí)時(shí)，積積分分輸輸出出隨隨時(shí)時(shí)間間增增大大（或或減減小?。划?dāng)偏差消失時(shí)，輸出保持在某一值上。當(dāng)偏差消失時(shí)，輸出保持在某一值上。ee ttuq積積分分輸輸出出信信號(hào)號(hào)是是隨隨時(shí)時(shí)間間逐逐漸漸增增強(qiáng)強(qiáng)的的，控控制制作作用用緩緩慢慢，故故一一般般積積分分作作用用不不單獨(dú)使用。單獨(dú)使用。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章 6.3.1.3比例微分（比例微分（PD）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響）調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響 對(duì)對(duì)于于慣慣性性較較大大的的對(duì)對(duì)象象，常常常常希希望望能能加加快快控控制制速速度度，此時(shí)可增加微分作用。此時(shí)可增加微分作用。式中：式中：TD 微分時(shí)間微分時(shí)間 偏差變化速度偏差變化速度 理想微分理想微分1 微分控制（微分控制（D）ee ttu過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章q 微微分分控控制制能能在在偏偏差差出出現(xiàn)現(xiàn)或或變變化化的的瞬瞬間間，立立即即根根據(jù)據(jù)變變化化的的趨趨勢(shì)勢(shì)，產(chǎn)產(chǎn)生生強(qiáng)強(qiáng)烈烈的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)作作用用，使使偏偏差差盡盡快快地地消消除除于于萌芽狀態(tài)之中。萌芽狀態(tài)之中。q當(dāng)當(dāng)偏偏差差存存在在，但但不不變變化化時(shí)時(shí)，微微分分輸輸出出為為零零，對(duì)對(duì)靜靜態(tài)態(tài)偏偏差差毫毫無(wú)無(wú)抑抑制制能能力力。因因此此不不能能單單獨(dú)獨(dú)使使用用，總總要要和和比比例例或或比比例例積積分分調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)規(guī)規(guī)律律結(jié)結(jié)合合起起來(lái)來(lái)，組組成成PD調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器或器或PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。v 微分控制的特點(diǎn)微分控制的特點(diǎn)eettu過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章2 比例微分控制（比例微分控制（PD）理想的比例微分控制理想的比例微分控制eettutu 理想的微分作用持續(xù)時(shí)理想的微分作用持續(xù)時(shí)間太短，執(zhí)行器來(lái)不及響應(yīng)。間太短，執(zhí)行器來(lái)不及響應(yīng)。一般使用實(shí)際的比例微分作一般使用實(shí)際的比例微分作用。用。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第6章章微分時(shí)間的物理意義微分時(shí)間的物理意