《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案

《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過程控制系統(tǒng)與儀表,過程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章第第4 4章章 執(zhí)行器及安全柵執(zhí)行器及安全柵4.1 執(zhí)行器執(zhí)行器執(zhí)執(zhí)行行器器的的作作用用是是把把控控制制器器送送來來的的控控制制信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成執(zhí)執(zhí)行行動(dòng)動(dòng)作作，從從而而操操縱縱工工藝藝量量，使使被被控控變變量量保保持持在在要求范圍內(nèi)。要求范圍內(nèi)。執(zhí)執(zhí)行行器器有有自自動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥、電電壓壓調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器、電電流流調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器、控制電機(jī)等。自動(dòng)調(diào)節(jié)閥最常見。器、控制電機(jī)等。自動(dòng)調(diào)節(jié)閥最常見。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章自動(dòng)調(diào)節(jié)閥種類繁多，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥種類繁多，按照工作能源可分為：按照工作能源可分為：q電電動(dòng)動(dòng)閥閥門門：電電源源驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)，配配備備方方便便，信信號(hào)號(hào)傳傳輸輸快快、損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。損失小，可遠(yuǎn)距離傳輸；但推力較小。q氣氣動(dòng)動(dòng)閥閥門門：氣氣源源驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單，推推力力較較大大，防火防爆；但氣源配備不方便。防火防爆；但氣源配備不方便。q液液動(dòng)動(dòng)閥閥門門：用用液液壓壓傳傳遞遞動(dòng)動(dòng)力力，推推力力最最大大；但但安安裝、維護(hù)麻煩，使用不多。裝、維護(hù)麻煩，使用不多。q自自力力式式閥閥門門：不不需需要要外外加加能能源源驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)，直直接接利利用用被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)的的能能源源驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號(hào)控制的閥門。調(diào)節(jié)閥是由氣壓信號(hào)控制的閥門。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1.1 氣氣動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與分類與分類氣動(dòng)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成?？刂茩C(jī)構(gòu)（閥）兩部分組成。q執(zhí)執(zhí)行行機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)是是推推動(dòng)動(dòng)裝裝置置，它它是是將將信信號(hào)號(hào)壓壓力力的的大大小小轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為閥閥桿位移的裝置。桿位移的裝置。q控控制制機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)是是閥閥門門，它它將將閥閥桿桿的的位位移移轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為流流通通面面積積的的大大小。小。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 1.執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出方式有角行程輸出機(jī)構(gòu)動(dòng)作。氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出方式有角行程輸出和直行程輸出兩種。和直行程輸出兩種。氣氣動(dòng)調(diào)節(jié)球球閥氣氣動(dòng)薄膜式直通薄膜式直通調(diào)節(jié)閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)直行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多是直行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多是薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜式執(zhí)行機(jī)構(gòu)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章角行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多是角行程輸出的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多是活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)調(diào)節(jié)球閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)球閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章q結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。結(jié)構(gòu)簡單、泄漏量小。q流體對(duì)閥芯的不平衡作用力大。流體對(duì)閥芯的不平衡作用力大。2調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是局部阻力可變的節(jié)流元調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就是閥門，是局部阻力可變的節(jié)流元件。閥門的結(jié)構(gòu)型式很多，各有特點(diǎn)。件。閥門的結(jié)構(gòu)型式很多，各有特點(diǎn)。（1）直通單座閥直通單座閥 適用于小口適用于小口徑、低壓差的場(chǎng)徑、低壓差的場(chǎng)合。合。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章正裝閥正裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積增大座間的流通截面積增大閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。閥門中的柱式閥芯可以正裝，也可以反裝。反裝閥反裝閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥閥芯下移時(shí)，閥芯與閥座間的流通截面積減小座間的流通截面積減小過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（2 2）直通雙座閥直通雙座閥 閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。閥體內(nèi)有兩個(gè)閥芯和閥座。q流流體體作作用用在在上上、下下兩兩個(gè)個(gè)閥閥芯芯上上的的推推力力方方向向相相反反且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。且大小相近，可以互相抵消，所以不平衡力小。q由于加工限制，上由于加工限制，上下兩個(gè)閥芯閥座不易保下兩個(gè)閥芯閥座不易保證同時(shí)密閉，因此泄漏證同時(shí)密閉，因此泄漏量較大。量較大。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（3 3）角形控制閥角形控制閥兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出。兩個(gè)接管呈直角形，一般為底進(jìn)側(cè)出。q流路簡單、對(duì)流體的阻力較小。適用于現(xiàn)場(chǎng)管流路簡單、對(duì)流體的阻力較小。適用于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和含有少道要求直角連接，介質(zhì)為高粘度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（4 4）三通控制閥三通控制閥有三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合有三個(gè)出入口與工藝管道連接。流通方式有合流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分流型（兩種介質(zhì)混合成一路）和分流型（一種介質(zhì)分成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。成兩路）兩種。適用于配比控制與旁路控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（5 5）隔膜）隔膜控制閥控制閥 采用耐腐蝕材料作隔膜（如采用耐腐蝕材料作隔膜（如氟丁橡膠、氟塑料）氟丁橡膠、氟塑料），將閥芯與流體隔開。，將閥芯與流體隔開。q結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單、流流阻阻小小、流流通通能能力力比比同同口口徑徑的的其其它它閥閥大大。用用隔隔膜膜將流體與外界隔離，不會(huì)泄漏。將流體與外界隔離，不會(huì)泄漏。氣氣動(dòng)薄膜式隔膜薄膜式隔膜閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（6）蝶閥蝶閥又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡單、流阻極小，但泄漏又名翻板閥。結(jié)構(gòu)簡單、流阻極小，但泄漏量大。量大。q適適用用于于大大口口徑徑、大大流流量量、低低壓壓差差的的場(chǎng)場(chǎng)合合。也也可可以以用用于于含含少少量量纖纖維維或或懸懸浮浮顆顆粒粒狀狀介介質(zhì)質(zhì)的的控制?？刂?。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（7 7）球閥球閥閥閥芯芯與與閥閥體體都都呈呈球球形形體體，閥閥芯芯內(nèi)內(nèi)開開孔孔。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)閥閥芯芯使使之之與與閥閥體體處處于于不不同同的的相相對(duì)對(duì)位位置置時(shí)時(shí)，就就有有不不同同的的流流通面積。通面積。q控控制制時(shí)時(shí)，流流量量變變化化較較快快，可可起起切切斷斷閥閥作作用用，用用于于雙位式控制。雙位式控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（8 8）套筒閥套筒閥閥閥內(nèi)內(nèi)有有一一個(gè)個(gè)圓圓柱柱形形套套筒筒（籠籠子子）。套套筒筒壁壁上上有有一一個(gè)個(gè)或或幾幾個(gè)個(gè)不不同同形形狀狀的的孔孔（窗窗口口），利利用用套套筒筒導(dǎo)導(dǎo)向向，閥閥芯在套筒內(nèi)上下移動(dòng)，改變閥的節(jié)流孔面積。芯在套筒內(nèi)上下移動(dòng)，改變閥的節(jié)流孔面積。q可可調(diào)調(diào)比比大大，不不平平衡衡力力小小，更更換換開開孔孔不不同同的的套套筒筒，就就可可得得到到不不同同的的流流量量特特性性。但但不不適適于于高高粘粘度度或或帶帶有有懸懸浮浮物物的的介介質(zhì)流量控制。質(zhì)流量控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章精小型氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥精小型氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（9）凸輪撓曲閥凸輪撓曲閥又又名名偏偏心心旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)閥閥。其其閥閥芯芯呈呈扇扇形形球球面面狀狀，與與撓撓曲曲臂臂及及軸軸套套一一起起鑄鑄成成，固固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。q閥閥芯芯球球面面與與閥閥座座密密封封圈圈緊緊密密接接觸觸，密密封封性性好好。適用于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。適用于高粘度或帶有懸浮物的介質(zhì)流量控制。調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥除除了了結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)類類型型的的不不同同外外，其其主主要要技技術(shù)術(shù)參參數(shù)是流量特性和口徑。數(shù)是流量特性和口徑。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1.2 調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥的的閥閥芯芯位位移移與與流流量量之之間間的的關(guān)關(guān)系系，對(duì)對(duì)控控制制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)有很大影響。流量特性的定義：流量特性的定義：被被控控介介質(zhì)質(zhì)流流過過閥閥門門的的相相對(duì)對(duì)流流量量與與閥閥門門的的相相對(duì)對(duì)開開度（相對(duì)位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。度（相對(duì)位移）間的關(guān)系稱為調(diào)節(jié)閥的流量特性。Q/Qmax 相對(duì)流量；相對(duì)流量；l/L 相對(duì)開度相對(duì)開度過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 相相對(duì)對(duì)流流量量Q/Qmax 是是控控制制閥閥某某一一開度流量開度流量Q與全開時(shí)流量與全開時(shí)流量Qmax之比；之比；相相對(duì)對(duì)開開度度l/L 是是控控制制閥閥某某一一開開度度行程行程l與全開行程與全開行程L之比。之比。調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門調(diào)節(jié)閥的流量特性不僅與閥門的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的的結(jié)構(gòu)和開度有關(guān)，還與閥前后的壓差有關(guān)，必須分開討論。壓差有關(guān)，必須分開討論。LQ過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章為為了了便便于于分分析析，先先將將閥閥前前后后壓壓差差固固定定，然然后后再再引引伸伸到到實(shí)實(shí)際際工工作作情情況況，于于是是有有固固有有流流量量特特性性與與工工作作流量特性流量特性之分。之分。在在將將控控制制閥閥前前后后壓壓差差固固定定時(shí)時(shí)得得到到的的流流量量特特性性稱稱為為固固有有流流量量特特性性。而而實(shí)實(shí)際際工工作作時(shí)時(shí)控控制制閥閥前前后后壓壓差差一一般不固定，其流量特性會(huì)畸變。般不固定，其流量特性會(huì)畸變。管路及設(shè)備管路及設(shè)備PGPT調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥P過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章1、固有（固有（理想）理想）流量特性流量特性在在將將控控制制閥閥前前后后壓壓差差固固定定時(shí)時(shí)得得到到的的流流量量特特性性稱為稱為固有固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。流量特性。它取決于閥芯的形狀。3 21 3 43 1 42（1）直線特性直線特性（2）等百分比特性等百分比特性（3）快開特性快開特性（4）拋物線特性拋物線特性過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（1）直線流量特性直線流量特性控控制制閥閥的的相相對(duì)對(duì)流流量量與與相相對(duì)對(duì)開開度度成成直直線線關(guān)關(guān)系系，即即單單位位位位移移變變化化所所引引起起的的流流量量變變化化是是常常數(shù)數(shù)。用用數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)式式表示為：表示為：3 1 42(l/L)/%R 調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比系數(shù)。的可調(diào)比系數(shù)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 可調(diào)比可調(diào)比R為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小為調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量的比值：流量的比值：Qmin不是指閥門全關(guān)不是指閥門全關(guān)時(shí)的泄漏量，而是閥門能時(shí)的泄漏量，而是閥門能平穩(wěn)控制的最小流量，約平穩(wěn)控制的最小流量，約為最大流量的為最大流量的24%，一一般閥門的可調(diào)比般閥門的可調(diào)比R=30。R=Qmax/Qmin3 1 42 Qmin Qmax過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章v直直線線閥閥的的流流量量放放大大系系數(shù)數(shù)在在量量程程的的任任何何一一點(diǎn)點(diǎn)上上都都是相同的，但其對(duì)流量的控制力卻是不同的。是相同的，但其對(duì)流量的控制力卻是不同的。3 1 42(l/L)/%控控制制力力閥閥門門開開度度改改變時(shí)，相對(duì)流量的改變率：變時(shí)，相對(duì)流量的改變率：相對(duì)流量的基數(shù)相對(duì)流量的基數(shù)相對(duì)流量的改變量相對(duì)流量的改變量過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 例如在不同的開度點(diǎn)上，再分別增加例如在不同的開度點(diǎn)上，再分別增加10%開度，開度，相對(duì)流量的變化率為：相對(duì)流量的變化率為：10點(diǎn)：點(diǎn)：（20-10）/10100%=100%50點(diǎn)：點(diǎn)：（60-50）/50100%=20%80點(diǎn)：點(diǎn)：（90-80）/80100%=12.5%Q/Q100L/Lmaxs=1 v直直線線閥閥在在小小開開度度時(shí)時(shí)控控制制力力強(qiáng)強(qiáng)，在在大大開開度度時(shí)時(shí)控控制力弱。制力弱。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章（2）等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性等百分比（對(duì)數(shù)）流量特性控控制制閥閥的的相相對(duì)對(duì)流流量量與與相相對(duì)對(duì)開開度度成成對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)關(guān)關(guān)系系。用數(shù)學(xué)式表示為：用數(shù)學(xué)式表示為：或或3 1 42從從控控制制力力角角度度考考察察，等等百百分分比比控控制制閥閥在在量量程程的的任任何何一一點(diǎn)點(diǎn)上上對(duì)對(duì)流流量量的的控控制制力力都都是相等的。是相等的。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章10%處：（處：（6.58%-4.68%）/4.68%41%50%處：（處：（25.7%-18.2%）/18.2%41%80%處：（處：（71.2%-50.6%）/50.6%41%同樣以同樣以10、50及及80三點(diǎn)為例，分別增加三點(diǎn)為例，分別增加10%開度，相對(duì)流量變化率為：開度，相對(duì)流量變化率為：Q/Q100L/Lmaxs=1過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章v等等百百分分比比閥閥在在各各流流量量點(diǎn)點(diǎn)的的放放大大系系數(shù)數(shù)不不同同，放放大系數(shù)（曲線斜率）隨開度的增大而增大。大系數(shù)（曲線斜率）隨開度的增大而增大。開開度度小小時(shí)時(shí)，流流量量變變化化小?。婚_開度度大大時(shí)時(shí)，流流量量變變化大?；?。使流量的控制力各點(diǎn)相同。使流量的控制力各點(diǎn)相同。3 1 42過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章特特性性曲曲線線為為拋拋物物線線，有有時(shí)時(shí)用用在在直直線線特特性性的的小小開開度度區(qū)區(qū)，彌彌補(bǔ)補(bǔ)其其在在小小開開度度區(qū)區(qū)控控制制特性不好的缺點(diǎn)。特性不好的缺點(diǎn)。3 1 42（3）快開特性快開特性開開度度增增大大時(shí)時(shí)，流流量量很很快快就就達(dá)達(dá)到到最最大大，故故稱稱快快開開特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。特性。適用于迅速啟閉的切斷閥或雙位控制系統(tǒng)。（4）拋物線流量特性拋物線流量特性過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章2、調(diào)節(jié)閥的工作流量特性調(diào)節(jié)閥的工作流量特性調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥工工作作時(shí)時(shí)裝裝在在管管道道系系統(tǒng)統(tǒng)中中。管管道道對(duì)對(duì)流流體體的的阻阻力力隨隨流流量量而而變變化化，因因而而閥閥前前后后壓壓差差也也變變化化，這這時(shí)時(shí)流量特性會(huì)發(fā)生畸變。流量特性會(huì)發(fā)生畸變。例：管道串聯(lián)時(shí)的工作流量特性例：管道串聯(lián)時(shí)的工作流量特性如如圖圖，管管道道系系統(tǒng)統(tǒng)總總壓壓力力P等等于于管管路路系系統(tǒng)統(tǒng)的的壓壓降降PG與控制閥的壓降與控制閥的壓降PT之和。之和。PPGQPT管路及設(shè)備管路及設(shè)備PGPT調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥PP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章從從串串聯(lián)聯(lián)管管道道中中調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥兩兩端端壓壓差差PT的的變變化化曲曲線線可可看看出出，調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥全全關(guān)關(guān)時(shí)時(shí)閥閥壓壓降降最最大大、全全開開時(shí)時(shí)閥閥降降壓壓最小，這使流量特性發(fā)生畸變。最小，這使流量特性發(fā)生畸變。調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥兩兩端端壓壓差差PT的的可可變變比比率率可可以以反反映映流流量量特特性性的的畸畸變變程程度度。為為此此用用閥閥權(quán)權(quán)度度s表表示示調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥全全開開時(shí)時(shí)，閥前后最小壓差閥前后最小壓差PTmin與總壓力與總壓力 P之比：之比：s=PTmin/PPPGQPT管路及設(shè)備管路及設(shè)備PGPT調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥PP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章v流量特性畸變：流量特性畸變：以以Qmax表表示示串串聯(lián)聯(lián)管管道道阻阻力力為為零零時(shí)時(shí)(s=1)，閥閥全全開開時(shí)時(shí)達(dá)達(dá)到到的的最最大大流流量量?？煽傻玫么?lián)聯(lián)管管道道中中的的閥閥門門在在不不同同s值時(shí)的工作流量特性。值時(shí)的工作流量特性。對(duì)數(shù)閥變?yōu)橹本€閥對(duì)數(shù)閥變?yōu)橹本€閥 直線閥變?yōu)榭扉_閥直線閥變?yōu)榭扉_閥s 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章結(jié)論結(jié)論q串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。串聯(lián)管道使調(diào)節(jié)閥的流量特性發(fā)生畸變。q串串聯(lián)聯(lián)管管道道使使調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥的的流流量量可可調(diào)調(diào)范范圍圍降降低低，最最大大流量減小。流量減小。q串串聯(lián)聯(lián)管管道道使使調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥的的放放大大系系數(shù)數(shù)減減小小，調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)能能力力降低，降低，s值低于值低于0.3時(shí)，調(diào)節(jié)能力基本喪失。時(shí)，調(diào)節(jié)能力基本喪失。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.1.2調(diào)節(jié)閥的選擇調(diào)節(jié)閥的選擇選用調(diào)節(jié)閥時(shí)，一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：選用調(diào)節(jié)閥時(shí)，一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的選擇通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介質(zhì)通常根據(jù)工藝條件，如使用溫度、壓力，介質(zhì)的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對(duì)流量的物理、化學(xué)特性（如腐蝕性、粘度等），對(duì)流量的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。的控制要求等，來選擇調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形式。例如，一般介質(zhì)條件選用例如，一般介質(zhì)條件選用直通單座閥；高壓介質(zhì)選用高直通單座閥；高壓介質(zhì)選用高壓閥；強(qiáng)腐蝕介質(zhì)采用隔膜閥壓閥；強(qiáng)腐蝕介質(zhì)采用隔膜閥等。等。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章氣氣動(dòng)薄膜精薄膜精小型小型調(diào)節(jié)閥氣氣動(dòng)V型型調(diào)節(jié)球球閥（帶閥門定位器）（帶閥門定位器）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章氣動(dòng)隔膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)隔膜調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)高壓調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)高壓調(diào)節(jié)閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章氣氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶蝶閥（帶閥門定位器）定位器）氣氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶蝶閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章2氣開式與氣關(guān)式的選擇氣開式與氣關(guān)式的選擇氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在氣壓信號(hào)的推動(dòng)下開啟或閉合，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥在氣壓信號(hào)的推動(dòng)下開啟或閉合，氣壓信號(hào)中斷后閥門會(huì)復(fù)位，有氣開氣關(guān)之分：氣壓信號(hào)中斷后閥門會(huì)復(fù)位，有氣開氣關(guān)之分：氣關(guān)式氣關(guān)式無信號(hào)時(shí)閥全開，信號(hào)增大使閥門關(guān)小。無信號(hào)時(shí)閥全開，信號(hào)增大使閥門關(guān)小。氣開式氣開式無信號(hào)時(shí)閥全閉，信號(hào)增大使閥門開大。無信號(hào)時(shí)閥全閉，信號(hào)增大使閥門開大。氣關(guān)式氣關(guān)式氣關(guān)式氣關(guān)式氣開式氣開式氣開式氣開式過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 給水閥給水閥燃?xì)忾y燃?xì)忾y蒸汽蒸汽例如：例如：選選擇擇蒸蒸汽汽鍋鍋爐爐的的控控制制閥閥門門時(shí)時(shí)，為為保保證證失失控控狀態(tài)下鍋爐的安全：狀態(tài)下鍋爐的安全：給水閥應(yīng)選氣關(guān)式給水閥應(yīng)選氣關(guān)式 燃?xì)忾y應(yīng)選氣開式燃?xì)忾y應(yīng)選氣開式v閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：閥門氣開氣關(guān)式的選擇原則：當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，閥門的復(fù)位位置能使工藝當(dāng)控制信號(hào)中斷時(shí)，閥門的復(fù)位位置能使工藝設(shè)備處于安全狀態(tài)。設(shè)備處于安全狀態(tài)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章3.調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇很很多多被被控控對(duì)對(duì)象象的的特特性性在在不不同同工工況況下下有有所所不不同同。而而保保證證控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)品品質(zhì)質(zhì)的的重重要要因因素素之之一一是是：在在工工作作區(qū)區(qū)內(nèi)盡可能保持控制系統(tǒng)的總放大倍數(shù)恒定。內(nèi)盡可能保持控制系統(tǒng)的總放大倍數(shù)恒定。給定值給定值被控量被控量干擾干擾f 控制器控制器 傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+eW c(s)W3(s)W1(s)W2(s)K=K1K2K3Kc過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章如送風(fēng)加熱器的熱水流量與送風(fēng)溫度的靜特性如送風(fēng)加熱器的熱水流量與送風(fēng)溫度的靜特性MTT熱水熱水Q/maxQ/Qmax050%50%100%100%K 由圖可見，隨著熱水流量增大，送風(fēng)溫度的增長由圖可見，隨著熱水流量增大，送風(fēng)溫度的增長越來越慢。因?yàn)闊峤粨Q需要時(shí)間，熱水流量增大但熱越來越慢。因?yàn)闊峤粨Q需要時(shí)間，熱水流量增大但熱交換時(shí)間縮短所致。若用蒸汽加熱，由于冷凝放熱很交換時(shí)間縮短所致。若用蒸汽加熱，由于冷凝放熱很快，該特性為直線特性。快，該特性為直線特性。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章很很多多對(duì)對(duì)象象特特性性在在工工作作區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)放放大大倍倍數(shù)數(shù)K不不是是常常數(shù)數(shù)，即即對(duì)對(duì)象象的的靜靜特特性性是是非非線線性性的的。此此時(shí)時(shí)希希望望調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥的的流流量特性能補(bǔ)償對(duì)象的靜特性。量特性能補(bǔ)償對(duì)象的靜特性。（1 1）若若調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)對(duì)對(duì)象象的的靜靜特特性性是是非非線線性性的的，且且工工藝藝負(fù)荷變化大，負(fù)荷變化大，用等百分比特性補(bǔ)償。用等百分比特性補(bǔ)償。（3）配配管管阻阻力力大大、s值值低低，等百分比閥會(huì)畸變成直線閥。等百分比閥會(huì)畸變成直線閥。（2）若若調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)對(duì)對(duì)象象的的靜靜特特性性是是線線性性的的，或或工工藝藝負(fù)負(fù)荷荷變變化化不不大，用直線閥。大，用直線閥。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.調(diào)節(jié)閥口徑的選擇調(diào)節(jié)閥口徑的選擇 為保證工藝的正常進(jìn)行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥為保證工藝的正常進(jìn)行，必須合理選擇調(diào)節(jié)閥的流通能力。調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能的流通能力。調(diào)節(jié)閥的口徑?jīng)Q定了調(diào)節(jié)閥的流通能力和安裝尺寸。力和安裝尺寸。如果調(diào)節(jié)閥的流通能力太大，如果調(diào)節(jié)閥的流通能力太大，閥門會(huì)經(jīng)常工作在小開度位置，閥門會(huì)經(jīng)常工作在小開度位置，造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。造成調(diào)節(jié)質(zhì)量不好。如果流通能力選得太小，閥如果流通能力選得太小，閥門全開也不能滿足最大流量的需門全開也不能滿足最大流量的需要，就難以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。要，就難以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。Dg過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章調(diào)節(jié)閥的口徑和前后壓差都影響調(diào)節(jié)閥的流通調(diào)節(jié)閥的口徑和前后壓差都影響調(diào)節(jié)閥的流通能力，調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)能力，調(diào)節(jié)閥的流通能力用流量系數(shù)C值表示。值表示。流量系數(shù)流量系數(shù)C的定義：的定義：閥門前后壓差閥門前后壓差100kPa、全開時(shí)，每小時(shí)通過閥、全開時(shí)，每小時(shí)通過閥的水流量（的水流量（m3/h）稱為該閥的）稱為該閥的流量系數(shù)流量系數(shù)C。CDg例如，某一閥門全開、例如，某一閥門全開、閥兩端壓差為閥兩端壓差為100kPa時(shí)，時(shí)，流過閥門的水流量為流過閥門的水流量為20 m3/h，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)，則該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)C=20。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章閥門的流量系數(shù)和口徑大小有對(duì)應(yīng)關(guān)系。閥門閥門的流量系數(shù)和口徑大小有對(duì)應(yīng)關(guān)系。閥門技術(shù)手冊(cè)中標(biāo)明了不同閥門口徑對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)系技術(shù)手冊(cè)中標(biāo)明了不同閥門口徑對(duì)應(yīng)的流量系數(shù)系列，供用戶選擇。列，供用戶選擇。實(shí)際使用中，閥門兩端壓差不一定是實(shí)際使用中，閥門兩端壓差不一定是100kPa，流過閥門的也不一定是水，因此必須換算。閥門流過閥門的也不一定是水，因此必須換算。閥門流流量系數(shù)量系數(shù)C值值的計(jì)算依據(jù)是基本流量公式的計(jì)算依據(jù)是基本流量公式 QDgP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章流量系數(shù)定義下的流量公式：流量系數(shù)定義下的流量公式：P=100kPa，=1000kg/m3（1）液體）液體流量系數(shù)流量系數(shù)C值值的計(jì)算的計(jì)算基本流量公式：基本流量公式：兩式相除得：兩式相除得：QDgP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 （2）氣體、蒸汽）氣體、蒸汽C值的計(jì)算值的計(jì)算氣氣體體、蒸蒸汽汽都都具具有有可可壓壓縮縮性性，其其C值值的的計(jì)計(jì)算算必必須須考考慮慮氣氣體體的的可可壓壓縮縮性性和和二二相相流流問問題題，計(jì)計(jì)算算時(shí)時(shí)進(jìn)進(jìn)行行相相應(yīng)應(yīng)的修正。的修正。根根據(jù)據(jù)實(shí)實(shí)際際的的工工藝藝流流量量和和管管道道壓壓力力換換算算出出C值值后后，查查閥閥門門手冊(cè)確定和網(wǎng)管相配的口徑。手冊(cè)確定和網(wǎng)管相配的口徑。QDgP過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章例例 某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的熱水流量為某供暖系統(tǒng)，流過加熱盤管的熱水流量為Q=31m3/h，水溫為水溫為80，管網(wǎng)入口壓差，管網(wǎng)入口壓差Pm-Pr=1.7100kPa，問安裝多大閥門？，問安裝多大閥門？解：解：給水泵給水泵熱水鍋爐熱水鍋爐盤管盤管PmPrMPmin=S（Pm-Pr）0.61.7100kPa 100kPa經(jīng)測(cè)算配管經(jīng)測(cè)算配管S 0.6過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章80熱水的密度熱水的密度=971Kg/m3，Q=31m3/h，P=100kPa，代入換算公式：代入換算公式：給水泵給水泵熱水鍋爐熱水鍋爐盤管盤管PmPrM取取標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)值值C=32，在在C=32檔檔中中，選選取取和和管管道道直直徑徑相相配配的的口口徑徑即可。即可。得得C31過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 4.1.2 4.1.2 電電/氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器電動(dòng)控制器輸出的電流信號(hào)，電動(dòng)控制器輸出的電流信號(hào)，必須轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥必須轉(zhuǎn)換為氣壓信號(hào)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥才能接收。才能接收。電電/氣轉(zhuǎn)換器作用：氣轉(zhuǎn)換器作用：將將420mA的電流信號(hào)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成成20100KPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)。給定值給定值被控量被控量干擾干擾f 控制器控制器 傳感器傳感器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 I 吸吸力力Fi 杠杠桿桿偏偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 擋擋板板與與噴噴嘴嘴間間隙隙 背背壓壓 放放大大器器輸輸入入 輸輸出出壓壓力力P 杠杠桿桿的反饋力的反饋力Ff 杠桿平衡杠桿平衡 PI工作原理工作原理負(fù)反饋負(fù)反饋磁鐵磁鐵調(diào)零調(diào)零FiFf背壓背壓140KPa或更大或更大過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.3 4.1.3 閥門定位器閥門定位器氣壓信號(hào)輸入到氣動(dòng)調(diào)節(jié)氣壓信號(hào)輸入到氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥中，推動(dòng)閥桿位移。氣壓推力閥中，推動(dòng)閥桿位移。氣壓推力要克服彈簧的反作用力和閥桿閥要克服彈簧的反作用力和閥桿閥體間的填料摩擦力。體間的填料摩擦力。因此，彈簧的反作用力差因此，彈簧的反作用力差異和填料壓緊程度的差異，會(huì)使異和填料壓緊程度的差異，會(huì)使閥桿移動(dòng)的位置存在誤差，影響閥桿移動(dòng)的位置存在誤差，影響輸入信號(hào)輸入信號(hào)P P的執(zhí)行精度。的執(zhí)行精度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 解決措施解決措施 在在調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥上上加加裝裝閥閥門門定定位位器器，引引入入閥閥桿桿位位移移負(fù)負(fù)反反饋饋。使使閥閥桿桿能能按按輸輸入入信信號(hào)號(hào)精精確確地地確確定自己的開度。定自己的開度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章 4.1.44.1.4 電電/氣閥門定位器氣閥門定位器 實(shí)際應(yīng)用中，常把電實(shí)際應(yīng)用中，常把電/氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)氣轉(zhuǎn)換器和閥門定位器結(jié)合成一體，組成電合成一體，組成電/氣閥門定位器。氣閥門定位器。I杠桿上端右移杠桿上端右移擋板擋板靠近噴嘴靠近噴嘴 P壓力壓力閥桿下移閥桿下移反饋凸輪反饋凸輪右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn) 反饋彈簧右拉反饋彈簧右拉杠桿平衡杠桿平衡過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章氣動(dòng)高壓調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)高壓調(diào)節(jié)閥氣氣動(dòng)調(diào)節(jié)蝶蝶閥閥門定位器閥門定位器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.5 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電電動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)閥閥接接受受來來自自控控制制器器的的電電流信號(hào)，閥門開度連續(xù)可調(diào)。流信號(hào)，閥門開度連續(xù)可調(diào)。電電磁磁閥閥也也接接受受來來自自控控制制器器的的電電流流信號(hào)，但閥門開度是信號(hào)，但閥門開度是位式的位式的。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章線圈通電時(shí)，電磁力吸線圈通電時(shí)，電磁力吸引閥芯柱上移，閥門打開。引閥芯柱上移，閥門打開。線圈斷電后，電磁力消線圈斷電后，電磁力消失，閥芯落下。在彈簧壓力失，閥芯落下。在彈簧壓力下閥門緊閉。下閥門緊閉。電磁閥是位式閥，只有全開和全關(guān)兩個(gè)位置。電磁閥是位式閥，只有全開和全關(guān)兩個(gè)位置。如直動(dòng)式電磁閥：如直動(dòng)式電磁閥：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章電動(dòng)調(diào)節(jié)閥也由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥也由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門兩部分組成。門兩部分組成。q執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動(dòng)裝置，它將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動(dòng)力，它將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的動(dòng)力，帶動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作。帶動(dòng)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作。q閥門是調(diào)節(jié)閥的控制機(jī)構(gòu)，它閥門是調(diào)節(jié)閥的控制機(jī)構(gòu)，它與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門是通用的。與氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥門是通用的。執(zhí)執(zhí)行行機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)控控制制機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用控制電機(jī)作動(dòng)力裝置。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用控制電機(jī)作動(dòng)力裝置。輸出形式有：輸出形式有：角行程角行程：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速后：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)減速后900轉(zhuǎn)角輸出。轉(zhuǎn)角輸出。直行程直行程：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線位移輸出。多轉(zhuǎn)式多轉(zhuǎn)式：多轉(zhuǎn)輸出，功率較大，主要用來控制：多轉(zhuǎn)輸出，功率較大，主要用來控制閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門。這幾種執(zhí)行機(jī)構(gòu)電這幾種執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣原理基本相同，只是氣原理基本相同，只是減速器不一樣。減速器不一樣。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章輸輸入入信信號(hào)號(hào)與與位位置置反反饋饋信信號(hào)號(hào)進(jìn)行比較，將差值放大。進(jìn)行比較，將差值放大。驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電機(jī)經(jīng)減速輸出經(jīng)減速輸出帶動(dòng)閥門帶動(dòng)閥門直直到到位位置置發(fā)發(fā)送送器器檢檢測(cè)測(cè)到到的的位位置置信信號(hào)號(hào)與與輸入信號(hào)相等時(shí)，放大器輸出為零。輸入信號(hào)相等時(shí)，放大器輸出為零。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理方框圖電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理方框圖 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章兩相電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)電路兩相電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)電路 線圈線圈、CF例例 a（+）b（-）時(shí)時(shí) 觸發(fā)電路觸發(fā)電路1工作工作 SCR1導(dǎo)通導(dǎo)通c、d間短接間短接線圈線圈 電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)220V通路通路 90 相移相移過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章4.1.5 智能式調(diào)節(jié)閥智能式調(diào)節(jié)閥隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器也被引入到調(diào)節(jié)閥中，出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥中，出現(xiàn)了智能式調(diào)節(jié)閥。主要功能如下：主要功能如下：1控制及執(zhí)行功能控制及執(zhí)行功能2補(bǔ)償及校正功能補(bǔ)償及校正功能3通信功能通信功能4診斷功能診斷功能5保護(hù)功能保護(hù)功能 智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章電動(dòng)電動(dòng)V形球閥形球閥電動(dòng)電動(dòng)O形球閥形球閥電動(dòng)三通球閥電動(dòng)三通球閥電動(dòng)蝶閥電動(dòng)蝶閥電動(dòng)高溫蝶閥電動(dòng)高溫蝶閥智能電動(dòng)蝶閥智能電動(dòng)蝶閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章電動(dòng)小型調(diào)節(jié)閥電動(dòng)小型調(diào)節(jié)閥電動(dòng)直角調(diào)節(jié)閥電動(dòng)直角調(diào)節(jié)閥電動(dòng)雙座調(diào)節(jié)閥電動(dòng)雙座調(diào)節(jié)閥電動(dòng)漿液閥電動(dòng)漿液閥電動(dòng)刀型閘閥電動(dòng)刀型閘閥電動(dòng)閘閥電動(dòng)閘閥過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第4章章作業(yè)（作業(yè)（P124）：）：4-4、4-5、4-9題題小結(jié)小結(jié)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理工作原理電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 電電/氣閥門定位器氣閥門定位器電電/氣轉(zhuǎn)換器氣轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)閥的選擇與計(jì)算選擇與計(jì)算調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流通能力調(diào)節(jié)閥的流通能力調(diào)節(jié)閥的作用方向調(diào)節(jié)閥的作用方向氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 第一章 緒論 教學(xué)目的：了解基本概念：過程控制，過程控制發(fā)展概況，過程控制分類。 教學(xué)重點(diǎn)：人工控制和自動(dòng)控制的對(duì)比，過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 教學(xué)難點(diǎn)：定值控制系統(tǒng)的過渡過程及性能指標(biāo)。 過程控制（Process control）是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕工、紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)域的生產(chǎn)過程的控制，都屬于過程控制。 連續(xù)生產(chǎn)過程的特征是：生產(chǎn)過程中的各種流體，在連續(xù)（或間歇）的流動(dòng)過程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)能量的傳遞或轉(zhuǎn)換。 例如室內(nèi)溫度的控制。 圖1 為人工控制室溫。假設(shè)在冬季，室內(nèi)加溫是通過熱水加熱器，將送風(fēng)加熱后送往恒溫室。為保證恒溫室溫符合要求，操作人員要隨時(shí)觀察溫度計(jì)的指示值，并隨時(shí)判斷和決定如何操作閥門來保證恒溫要求，然后進(jìn)行操作。 在此人的作用可分為三步：眼看，腦想，手動(dòng)。 送風(fēng) 回風(fēng) 閥門 圖1 室溫人工控制示意圖 恒溫室 溫度計(jì) 眼看——用傳感器或變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制器可接受的信號(hào)。 腦想——控制器將輸入的實(shí)測(cè)溫度信號(hào)和要求值進(jìn)行比較（相減求偏差) ,并按偏差值計(jì)算出控制量。 手動(dòng)——人工閥門換成控制閥，按控制信號(hào)自動(dòng)改變開度。 人工控制受制于人的經(jīng)驗(yàn)和注意力，控制不精確。而自動(dòng)控制按設(shè)定好的方案進(jìn)行計(jì)算控制，可以做到精確的、恰當(dāng)?shù)目刂啤? 圖2為室溫自動(dòng)控制，自動(dòng)化儀表代替了人。 恒溫室 送風(fēng)送風(fēng)風(fēng) 1 3 4 M TC TT 回水水 熱水 2 回風(fēng) 圖2 室溫自動(dòng)控制示意圖 1—熱水加熱器；3—控制器；2—傳感變送器；4—執(zhí)行器 過程控制系統(tǒng)的定義： 為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，由相互聯(lián)系的自動(dòng)化儀表、裝置及被控對(duì)象、工藝設(shè)備構(gòu)成的 一個(gè)整體。又稱自動(dòng)控制系統(tǒng)。 在討論控制系統(tǒng)工作原理時(shí)，為清楚地表示自動(dòng)控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用原理框圖來表示控制系統(tǒng)。 如圖2的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和加熱器及房間組成，如圖3所示： 給定值 被控變量 干擾f 控制器 變送器 調(diào)節(jié)閥 加熱器及房間 及房間 + e 實(shí)測(cè)值 實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)值值 － 圖3 室溫控制系統(tǒng)組成圖 過程控制系統(tǒng)方框圖通常用標(biāo)準(zhǔn)名稱表示。如圖4所示： 給定值 被控變量 干擾f 控制器 變送器 調(diào)節(jié)閥 被控對(duì)象及房間 + e 實(shí)測(cè)值 實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)值值 － 圖4 過程控制系統(tǒng)方框圖 過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。 1.1 過程控制的特點(diǎn) 1)．控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣 2)．控制方案豐富 3)．控制對(duì)象大多屬于慢過程 4)．大多數(shù)工藝要求定值控制 5)．通常使用標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化儀表及裝置 1.2 過程控制的發(fā)展概況 過程控制的發(fā)展歷程，就是過程控制裝置（自動(dòng)化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。 1.2.1過程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過程 1．局部自動(dòng)化階段 （20世紀(jì) 50～60年代） 1) 自動(dòng)化儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備上，只具備簡單的測(cè)控功能。 2) 適用于小規(guī)模、局部過程控制。 2．模擬單元儀表控制階段（20世紀(jì)60～70年代） 特點(diǎn)： 1) 自動(dòng)化儀表劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)功能單元，按需要可以組合成各種控制系統(tǒng)。 2) 控制儀表集中在控制室，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號(hào)，送往控制室。操作人員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。 3) 適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。 3．集散控制階段（20世紀(jì)70年代中期至今） 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，大大簡化了控制功能的實(shí)現(xiàn)。用一臺(tái)計(jì)算機(jī)可取代所有回路的控制儀表，實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（ DDC， Direct Digital Control ） 。 但DDC系統(tǒng)的故障危險(xiǎn)高度集中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成所有控制回路癱瘓，使生產(chǎn)過程風(fēng)險(xiǎn)加大。因此， DDC系統(tǒng)并未得到廣泛應(yīng)用。 80年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能提高、體積縮小，出現(xiàn)了內(nèi)裝CPU的數(shù)字控制儀表。基于 “集中管理，分散控制” 的理念，在數(shù)字控制儀表和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)了集中、分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng)（ DCS， Distributed Control System） 。 DCS系統(tǒng)實(shí)行分層結(jié)構(gòu)，將控制故障風(fēng)險(xiǎn)分散、管理功能集中。得到廣泛應(yīng)用。 隨著CPU進(jìn)入檢測(cè)儀表和執(zhí)行器，自動(dòng)化儀表徹底實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化。 控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了由智能儀表構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System)。 FCS系統(tǒng)把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，依靠現(xiàn)場(chǎng)智能儀表便可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測(cè)、控制。 而用開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場(chǎng)總線，將分散在現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)的通信連接起來，實(shí)現(xiàn)信息集中管理。 1.2.2過程控制策略與算法發(fā)展 伴隨著自動(dòng)化儀表的發(fā)展，過程控制策略與算法也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。 以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的PID （Proportional Integral Derivative）控制算法，由單回路控制發(fā)展了串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、Smith預(yù)估控制及選擇性控制等控制策略。 隨著現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展，解耦控制、推斷控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等控制策略與算法，也日趨完善。 現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)： 1)、功能綜合化，控制與管理一體化已成為趨勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來越大。 2)、技術(shù)密集化、系統(tǒng)集成化，是控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 3)、系統(tǒng)的智能化程度日益提高，控制精度越來越高，控制手段日益豐富。 常見的自動(dòng)化儀表生產(chǎn)企業(yè)：西安儀表廠、四川儀表廠、上海儀表公司、 Siemens 、 Yokogawa 、 Rosemount 、 Honeywell 、Foxboro等公司。 1.3 過程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo) 1.3.1過程控制系統(tǒng)的分類 過程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參數(shù)來分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來分，有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按照控制器類型來分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。 但在討論控制原理時(shí)，常用的分類方法是按設(shè)定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類。 1. 按設(shè)定值的形式分類 1）定值控制系統(tǒng)—— 設(shè)定值恒定不變。 2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)——設(shè)定值隨時(shí)可能變化。 3）程序控制系統(tǒng)——設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。 2. 按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類 1）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)） 將被控變量輸入到控制器，形成閉環(huán)，具有被控變量負(fù)反饋的控制系統(tǒng)。如圖5所示： 給定值 被控變量 干擾f 控制器 變送器 調(diào)節(jié)閥 被控對(duì)象及房間 + e 實(shí)測(cè)值 實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)值值 － 圖5 反饋控制系統(tǒng)方框圖 反饋控制系統(tǒng)是過程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式 2）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)） 控制系統(tǒng)沒有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量引入到控制器輸入端。如圖6所示： 執(zhí)行器 被控對(duì)象 變送器 干擾f 測(cè)量值 控制器 被控變量 圖6 開環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖 3）復(fù)合控制系統(tǒng) 前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如圖7所示 加法器 執(zhí)行器 被控對(duì)象 變送器1 控制器2 變送器2 給定值 + —— e 控制器1 干擾f 實(shí)測(cè)值 圖7 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖 1.3.2過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 當(dāng)被控對(duì)象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過程，反映了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對(duì)控制的要求來制定的，概括為穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。 t 0 y 1.3.2.1穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài) 1、穩(wěn)態(tài) 被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時(shí)，就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài) ，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)也都處于穩(wěn)定狀態(tài)。但生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒有改變就是了 靜態(tài)特性—靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。 靜態(tài) 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) t y 0 2、動(dòng)態(tài) 被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。當(dāng)干擾破壞了系統(tǒng)的平衡時(shí)，被控變量就會(huì)發(fā)生變化，而控制器、控制閥等自動(dòng)化裝置就要產(chǎn)生控制作用來使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。 動(dòng)態(tài)特性—在動(dòng)態(tài)過程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。 靜態(tài) 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) t y 0 1.3.2.2控制系統(tǒng)的過渡過程 控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來的平衡狀態(tài)，經(jīng)過動(dòng)態(tài)過程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)歷程稱為系統(tǒng)的過渡過程。 靜態(tài) 靜態(tài) 動(dòng)態(tài) t y 0 系統(tǒng)的過渡響應(yīng)受內(nèi)部和外部兩種因素的影響。 1、內(nèi)部因素：系統(tǒng)特性 系統(tǒng)的特性是由系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的。 2、外部因素：輸入信號(hào) 在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號(hào)。 生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾信號(hào)是隨機(jī)的。但在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了充分體現(xiàn)系統(tǒng)的特性和分析方便，常選擇一些特定的輸入信號(hào)，其中常用的是階躍信號(hào)和正弦信號(hào)。 A t f（t） t f（t） 時(shí)域分析時(shí)經(jīng)常使用階躍信號(hào)。 v 階躍信號(hào)變化突然，對(duì)被控變量的影響最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種干擾，那么對(duì)其它比較緩和的干擾也能很好地克服。 v 階躍信號(hào)的形式簡單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。 如圖，輸入信號(hào)在 t = 0時(shí)，階躍上升幅度為 A ，其后保持。表達(dá)為f (t) = Ae ( t ) A t f（t） 在階躍輸入的擾動(dòng)作用下，定值控制系統(tǒng)過渡過程有四種形式： ①單調(diào)衰減過程 被控變量在給定值的一側(cè)作單調(diào)變化，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。 ②振蕩衰減過程 被控變量上下波動(dòng)，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。 ① t 0 θa ③等幅振蕩過程 被控變量在給定值附近來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度保持不變。 ④振蕩發(fā)散過程 被控變量來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸變大，離給定值越來越遠(yuǎn)。 ③ θa 0 t ④ t 0 θa aaa 過渡過程的分類 1）穩(wěn)定的過渡過程 單調(diào)過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定的過渡過程。被控變量經(jīng)過一段時(shí)間后，逐漸趨向原來的或新的平衡狀態(tài)。衰減振蕩過程的過渡過程較短，經(jīng)常采用。 單調(diào)過程的過渡過程較長 ，被控變量長時(shí)間地偏離給定值，一般不采用，只是在生產(chǎn)上不允許被控變量有波動(dòng)的情況下才采用。 2）不穩(wěn)定的過渡過程 發(fā)散振蕩過程中，被控變量不但不能達(dá)到平衡狀態(tài)，而且逐漸遠(yuǎn)離給定值，它將導(dǎo)致被控變量超越工藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。 3）臨界過渡過程 處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間，一般也認(rèn)為是不穩(wěn)定過程，生產(chǎn)上一般不采用。只是某些簡易的控制系統(tǒng)（如位式控制），只能達(dá)到這種效果。 1.3.2.3控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 對(duì)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)，是根據(jù)工藝對(duì)控制過程和結(jié)果的要求來衡量的?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程曲線是評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。 最典型的控制性能測(cè)試是給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信號(hào)，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。 其中階躍響應(yīng)分：給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類。二者階躍響應(yīng)曲線有所不同，但反映的控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是一致的。 (a) 干擾階躍響應(yīng) t 0 y （b）給定階躍響應(yīng) y 0 t 干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別： (a) 干擾階躍響應(yīng) t 0 y (b) 給定階躍響應(yīng) 0 t y 控制性能指標(biāo)有單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類 單項(xiàng)性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過渡過程的單項(xiàng)特征量作為性能指標(biāo)，偏差積分性能指標(biāo)則是一種綜合性指標(biāo)。 由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過程，所以以衰減振蕩的過渡過程形式為例，討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。 1. 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo) 單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性三方面的評(píng)價(jià)。 1）衰減比n和衰減率ψ 設(shè)第一個(gè)波振幅為 y1、第二個(gè)波振幅為 y3 圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線 y r y1 y3 C y(∞) Tp TS T t 衰減比 n 和衰減率ψ 是表示系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。n大于1，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。隨著n的增大，過渡過程逐漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過程。 試驗(yàn)證明：衰減比在 4: 1到10:1之間時(shí)，過渡過程的衰減程度合適，過渡過程較短。 衰減比n與衰減率ψ之間有簡單的對(duì)應(yīng)關(guān)系：n = 4:1~10:1 就相當(dāng)于ψ = 75 %～90% 2）最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)和超調(diào)量σ 最大動(dòng)態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。即: A = ymax - r 最大動(dòng)態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。 有時(shí)也采用超調(diào)量σ來表示被控參數(shù)偏離設(shè)定值的程度， σ的定義是第一個(gè)波振幅與最終穩(wěn)態(tài)值y(∞)之比。即 3）余差C 過渡過程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值y(∞)與設(shè)定值之間的殘余偏差叫做余差，也稱靜差。是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。 C= y(∞) - r 4）調(diào)節(jié)時(shí)間Ts和振蕩頻率ω Ts是指從過渡過程開始到過渡過程結(jié)束所需的時(shí)間。當(dāng)被控參數(shù)與穩(wěn)態(tài)值間的偏差進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的±5% （或±2%）范圍內(nèi)，就認(rèn)為過渡過程結(jié)束。 調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率是衡量控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。 過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期T ，其倒數(shù)稱為振蕩頻率 f = 1/ T 另外還有峰值時(shí)間Tp（又稱上升時(shí)間），是指過渡過程開始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。也是衡量控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。 例：某換熱器的溫度控制系統(tǒng)給定值為200 ℃。在階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時(shí)間。 解： 最大偏差 A = 230-200 = 30℃ 余差 C= 205-200 = 5℃ 衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1 振蕩周期 T = 20 – 5 = 15 （min 設(shè)被控變量進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的土2％，就認(rèn)為過渡過程結(jié)束，則誤差區(qū)域=205 ×（ ± 2％）＝ ± 4.1℃ 在新穩(wěn)態(tài)值（205℃）兩側(cè)以寬度為±4.1℃畫一區(qū)域（陰影線）。曲線進(jìn)入時(shí)間點(diǎn) Ts = 22min 控制系統(tǒng)的單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)小結(jié) 1） 穩(wěn)定性 衰減比n = 4:1~10:1最佳 2） 準(zhǔn)確性 余差C小好 最大偏差 A 小好 3） 快速性 過渡時(shí)間 Ts 短好 振蕩周期 T 短好 各品質(zhì)指標(biāo)之間既有聯(lián)系、又有矛盾。例如，過分減小最大偏差，會(huì)使過渡時(shí)間變長。因此，應(yīng)根據(jù)具體工藝情況分清主次，對(duì)生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。 2. 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)——偏差積分 單項(xiàng)指標(biāo)雖然清晰明了，但如何統(tǒng)籌考慮比較困難。而偏差幅度和偏差存在的時(shí)間都與偏差積分有關(guān)，因此用偏差積分一個(gè)指標(biāo)，就可以全面反映控制系統(tǒng)的品質(zhì)。 偏差積分的原始定義：IE=∫ e (t) dt 偏差的定義存在分歧： e (t) = y(t) - y(∞) 不能表達(dá)余差 e (t) = y(t) - y(r) 如有余差則積分無窮大 y r C y(∞) t y r C y(∞) t 偏差積分指標(biāo)有以下幾種形式： ①偏差積分IE（Integral of Error） 缺點(diǎn)：不能保證系統(tǒng)是衰減振蕩。 圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線 y r y1 y3 C y(∞) Tp TS T t ②絕對(duì)偏差積分IAE（Integral Absolute value of Error） 這種方法實(shí)現(xiàn)了排除正負(fù)，偏差抵消的可能。 ③平方偏差積分ISE（Integral of Squared Error） 這種方法對(duì)偏差幅度敏感 ④時(shí)間與絕對(duì)偏差乘積積分ITAE（Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error） 這種處理方法對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間敏感 1.3.2.4影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 控制系統(tǒng)的過渡響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性。 從第二章開始，將分別討論控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特性、各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特性及設(shè)計(jì)方法。 本章小結(jié)：過程控制的基本概念，重點(diǎn)是過程控制系統(tǒng)的分類及性能指標(biāo)。