第4章單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-zhm

1、4.1 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的組成、各部分功能及方框圖的組成、各部分功能及方框圖: 單參數(shù)單回路單參數(shù)單回路第第 4 4 章章 單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)特點(diǎn)：單回路控制系統(tǒng)特點(diǎn)： 約占約占8585以上以上 最簡單、最基本；應(yīng)用最廣泛、最成熟。最簡單、最基本；應(yīng)用最廣泛、最成熟。 是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)整定的基礎(chǔ)。是各種復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)整定的基礎(chǔ)。適用場合：被控對象滯后時(shí)間較??；負(fù)載和干擾不大；適用場合：被控對象滯后時(shí)間較??；負(fù)載和干擾不大； 控制質(zhì)量要求不很高的場合控制質(zhì)量要求不很高的場合http:/ 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本內(nèi)基本內(nèi)容容

2、確定控制方案確定控制方案調(diào)研，論證調(diào)研，論證包括被控變量的選擇與確認(rèn)操縱變量的選擇與確認(rèn)包括被控變量的選擇與確認(rèn)操縱變量的選擇與確認(rèn)檢測點(diǎn)的初步選擇、繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和編檢測點(diǎn)的初步選擇、繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和編寫初步控制方案設(shè)計(jì)說明書等等。寫初步控制方案設(shè)計(jì)說明書等等。 儀表及裝置的選型儀表及裝置的選型要考慮到供貨方的信譽(yù)產(chǎn)品的質(zhì)量價(jià)格可靠性要考慮到供貨方的信譽(yù)產(chǎn)品的質(zhì)量價(jià)格可靠性精度供貨方便程度技術(shù)支持維護(hù)等因素。精度供貨方便程度技術(shù)支持維護(hù)等因素。 相關(guān)工程內(nèi)容的設(shè)計(jì)相關(guān)工程內(nèi)容的設(shè)計(jì)包括控制室設(shè)計(jì)供電和供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)儀表配管和配線設(shè)計(jì)包括控制室設(shè)計(jì)供電和供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)儀表配

3、管和配線設(shè)計(jì)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等等，提供相關(guān)的圖表。和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等等，提供相關(guān)的圖表。4.2 簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟步驟1.熟悉系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)2.建立被控過程的數(shù)學(xué)模型 3.確定控制方案 4.根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行理論分析與綜合 5.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 6.工程設(shè)計(jì) 7.工程安裝 8.控制器的參數(shù)整定 4.2.2 4.2.2 被控變量被控變量(y)(y)的選擇的選擇y y選擇：希望通過自動(dòng)控制系統(tǒng)保持恒定（或按一定規(guī)律變化）選擇：希望通過自動(dòng)控制系統(tǒng)保持恒定（或按一定規(guī)律變化） 的變量，決定了控制系統(tǒng)是否有價(jià)值的關(guān)鍵。的變量

4、，決定了控制系統(tǒng)是否有價(jià)值的關(guān)鍵。一、選擇基準(zhǔn)：影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量一、選擇基準(zhǔn)：影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量二、直接指標(biāo)控制與間接指標(biāo)控制二、直接指標(biāo)控制與間接指標(biāo)控制1 1、直接指標(biāo)控制、直接指標(biāo)控制2 2、間接指標(biāo)控制、間接指標(biāo)控制y y本身就需要控制的工藝指標(biāo)，本身就需要控制的工藝指標(biāo)，y y可測且測量變送環(huán)節(jié)的滯可測且測量變送環(huán)節(jié)的滯后也要比較小。后也要比較小。 如：液位控制系統(tǒng)中選如：液位控制系統(tǒng)中選y=Ly=L 占比例較大占比例較大當(dāng)直接指標(biāo)缺乏合適的檢測手段，或可檢測到，但信號(hào)很弱或當(dāng)直接指標(biāo)缺乏合適的檢測手段，或可檢測到，但信號(hào)很弱或滯后很大，則選擇與直接質(zhì)量指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系而反應(yīng)又快

5、滯后很大，則選擇與直接質(zhì)量指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系而反應(yīng)又快的另一變量作為間接控制指標(biāo)（如：奶粉的產(chǎn)品質(zhì)量）的另一變量作為間接控制指標(biāo)（如：奶粉的產(chǎn)品質(zhì)量） 或測出或測出與與y y有函數(shù)關(guān)系的間接變量，然后利用函數(shù)關(guān)系計(jì)算出該變量的有函數(shù)關(guān)系的間接變量，然后利用函數(shù)關(guān)系計(jì)算出該變量的值作為間接控制指標(biāo)（如：軟測量技術(shù)）值作為間接控制指標(biāo)（如：軟測量技術(shù)） 例：精餾塔控制系統(tǒng)例：精餾塔控制系統(tǒng)關(guān)鍵變量：對生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量和安全具有決定性的作用，關(guān)鍵變量：對生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量和安全具有決定性的作用， 而人工操作難以滿足要求，或人工操作雖可滿足而人工操作難以滿足要求，或人工操作雖可滿足 要求但這種操作即緊張

6、又頻繁的變量要求但這種操作即緊張又頻繁的變量回流泵原料塔頂產(chǎn)品塔底產(chǎn)品精餾塔再沸器冷凝器回流罐控制目標(biāo)：保證塔頂產(chǎn)品純度控制目標(biāo)：保證塔頂產(chǎn)品純度但純度難以檢測但純度難以檢測, 塔頂產(chǎn)品純度塔頂產(chǎn)品純度塔頂溫度塔頂溫度T塔壓塔壓P具有一定關(guān)系具有一定關(guān)系當(dāng)當(dāng)P(T)一定時(shí)，一定時(shí)，T(P)與純度成一一對應(yīng)關(guān)系與純度成一一對應(yīng)關(guān)系y y選選P P還是還是T T？考慮工藝合理性考慮工藝合理性選擇選擇y=T 塔壓波動(dòng)則破壞氣液平衡，影響塔壓波動(dòng)則破壞氣液平衡，影響 相對揮發(fā)度，并且會(huì)影響進(jìn)料相對揮發(fā)度，并且會(huì)影響進(jìn)料 （PQ進(jìn)料進(jìn)料） 故：故：P恒定選恒定選y=T 所選所選y要有足夠的靈敏度；要有足

7、夠的靈敏度； （塔體積大，選擇靈敏板的溫度作為（塔體積大，選擇靈敏板的溫度作為y） 各被控變量之間的獨(dú)立性（各各被控變量之間的獨(dú)立性（各y之間的耦合盡量小）之間的耦合盡量?。?如：設(shè)計(jì)如：設(shè)計(jì) T塔頂塔頂和和T塔底塔底的兩個(gè)單回路控制系統(tǒng)的兩個(gè)單回路控制系統(tǒng) T塔頂塔頂 回流量回流量間接影響間接影響 T塔低塔低 兩個(gè)變量之間存在耦合兩個(gè)變量之間存在耦合單回路不能滿足要求，需要復(fù)雜控制，如解耦控制單回路不能滿足要求，需要復(fù)雜控制，如解耦控制操作目的：操作目的：通過反復(fù)的部分通過反復(fù)的部分汽化與部分冷凝，汽化與部分冷凝，將混合液中沸點(diǎn)將混合液中沸點(diǎn)不同的各組分分不同的各組分分離成產(chǎn)品。離成產(chǎn)品。操

8、作代價(jià)：操作代價(jià)：消耗能量，塔底消耗能量，塔底需要加熱使塔底需要加熱使塔底液部分汽化；塔液部分汽化；塔頂需要冷卻使塔頂需要冷卻使塔頂組分冷凝。頂組分冷凝。例：精餾塔控制中例：精餾塔控制中y y的選擇的選擇三、被控變量選擇的基本原則三、被控變量選擇的基本原則 簡單題簡單題1、代表一定工藝操作指標(biāo)或反應(yīng)工藝操作狀態(tài)，、代表一定工藝操作指標(biāo)或反應(yīng)工藝操作狀態(tài)， 是重要的變量是重要的變量2、經(jīng)常受到一些干擾的影響，需要頻繁的調(diào)節(jié)、經(jīng)常受到一些干擾的影響，需要頻繁的調(diào)節(jié)3、盡量采用直接指標(biāo)作為、盡量采用直接指標(biāo)作為y （不可測時(shí)，采用間接指標(biāo)）（不可測時(shí)，采用間接指標(biāo)）4、被控變量可測，并有足夠的靈敏度

9、、被控變量可測，并有足夠的靈敏度5、考慮工藝合理性、考慮工藝合理性6、各被控變量之間應(yīng)該是獨(dú)立可控的、各被控變量之間應(yīng)該是獨(dú)立可控的常見的常見的q有：介質(zhì)流量有：介質(zhì)流量Q、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n/變頻器、電壓變頻器、電壓U等等4.2.2操縱變量（操縱變量（q）的選擇）的選擇 稱：控制參數(shù)稱：控制參數(shù)/ /調(diào)節(jié)參數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)/ /控制量控制量一、操縱變量：一、操縱變量：用來克服用來克服f對對y的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量對象輸入輸出？對象輸入輸出？在控制系統(tǒng)中在控制系統(tǒng)中,正是由于控制器的正確控制改變正是由于控制器的正確控制改變q的大小和變化的大小和變化的方向的方向,使使 q 對對

10、y的影響的影響正好正好與與 f 對對y的影響的方向的影響的方向相反相反,從而從而,當(dāng)當(dāng)f使使y發(fā)生變化而偏離發(fā)生變化而偏離x時(shí)時(shí),控制作用就可抑制干擾的影響控制作用就可抑制干擾的影響,把已經(jīng)變把已經(jīng)變化的化的y拉回到拉回到x上來上來.例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)例：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)所有影響所有影響y的因素有：的因素有：n個(gè)輸入個(gè)輸入 選其中一個(gè)可調(diào)量且對選其中一個(gè)可調(diào)量且對y影響最大的量作為操縱變量（影響最大的量作為操縱變量（q） 則其它輸入即為對象的干擾信號(hào)（則其它輸入即為對象的干擾信號(hào)（f） 可見可見: f 與與 q 同時(shí)影響同時(shí)影響 y，如圖所示：，如圖所示：多輸入單輸出多輸入單輸出

11、例例1 1：換熱器物料出口溫度控制：換熱器物料出口溫度控制 Q Q物料物料、Q Q載熱體載熱體均可改變均可改變T T Q Q物料物料可能是上一道工序留下來可能是上一道工序留下來 根據(jù)工藝合理性選擇根據(jù)工藝合理性選擇q=Qq=Q載熱體載熱體例例2 2：Q物料Q水原則原則1 1：q q應(yīng)可控，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量應(yīng)可控，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量 如溫度如溫度/ /液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)原則原則2：考慮工藝的合理性考慮工藝的合理性如：生產(chǎn)負(fù)荷不宜選作如：生產(chǎn)負(fù)荷不宜選作q生產(chǎn)上負(fù)荷一般不要求隨便改變，否則影響產(chǎn)量生產(chǎn)上負(fù)荷一般不要求隨便改變，否則影響產(chǎn)量多種因素會(huì)對多種因素會(huì)對y y產(chǎn)生影響，有些

12、可控，有些不可控，產(chǎn)生影響，有些可控，有些不可控，選擇對選擇對y y影響顯著且可控的變量作為影響顯著且可控的變量作為q. q. 原則有：原則有：1 13二、二、q q選擇的原則選擇的原則 簡單題簡單題原則原則3 3：考慮被控對象的特性考慮被控對象的特性若有多個(gè)可控變量時(shí)，應(yīng)考慮對象靜動(dòng)態(tài)特性，選擇合適若有多個(gè)可控變量時(shí)，應(yīng)考慮對象靜動(dòng)態(tài)特性，選擇合適q：q選擇應(yīng)使控制通道的選擇應(yīng)使控制通道的Ko、To適中，純滯后越小越好適中，純滯后越小越好q選擇應(yīng)使擾動(dòng)通道的選擇應(yīng)使擾動(dòng)通道的Kf盡可能小，盡可能小，Tf越大越好越大越好例：精餾塔提留段靈敏板溫度控制系統(tǒng)例：精餾塔提留段靈敏板溫度控制系統(tǒng) 將所

13、有影響將所有影響y的因素找出來？的因素找出來？物料物料水水例例2：濃度控制系統(tǒng)：濃度控制系統(tǒng)Q物料物料、Q水水改變均影響濃度改變均影響濃度根據(jù)工藝合理性，物料經(jīng)濟(jì)價(jià)格比較高，根據(jù)工藝合理性，物料經(jīng)濟(jì)價(jià)格比較高，且物料也可能來自上一道工序；水價(jià)格且物料也可能來自上一道工序；水價(jià)格低廉，加多加少影響不大，故選低廉，加多加少影響不大，故選q=Q水水影響影響T T因素因素可控性可控性進(jìn)料流量進(jìn)料流量Q Q入入不好控不好控進(jìn)料成分進(jìn)料成分X X入入 不可控不可控進(jìn)料溫度進(jìn)料溫度T T入入 不可控不可控回流流量回流流量Q Q回回 可控可控 回流溫度回流溫度T TH H 不可控不可控加熱蒸汽流量加熱蒸汽流量

14、Q Q蒸汽蒸汽 可控可控 冷凝器冷卻溫度冷凝器冷卻溫度 不可控不可控塔壓塔壓P/TP/TD D不可控不可控其它：其它：T T環(huán)境環(huán)境等等不可控不可控可能是上一可能是上一道工序留下道工序留下來的，故不來的，故不好調(diào)（雖然好調(diào)（雖然可控但工藝可控但工藝上一般不允上一般不允許，因許，因Q進(jìn)進(jìn)的波動(dòng)意味的波動(dòng)意味著生產(chǎn)負(fù)荷著生產(chǎn)負(fù)荷的波動(dòng)）的波動(dòng)）Q Q回回和和Q Q蒸汽蒸汽均可控，且都是工藝上允許變化的量均可控，且都是工藝上允許變化的量 均可選作均可選作q q。因因Q Q蒸汽蒸汽對對T T的影響比的影響比Q Q回回對對T T的影響來說更及時(shí)、更顯著，的影響來說更及時(shí)、更顯著，故選擇故選擇q=Qq=Q

15、蒸汽。蒸汽。因因提留段在塔下半部而回流量在塔頂，意味著：提留段在塔下半部而回流量在塔頂，意味著：Q Q回回變化到影響塔底提留段溫變化到影響塔底提留段溫度變化需經(jīng)多層塔板，每層塔板都有氣液平衡、熱量交換過程，塔板數(shù)越多度變化需經(jīng)多層塔板，每層塔板都有氣液平衡、熱量交換過程，塔板數(shù)越多該通道時(shí)間常數(shù)就越大，滯后就越大（不利于控制）；該通道時(shí)間常數(shù)就越大，滯后就越大（不利于控制）；而而Q Q蒸汽蒸汽直接進(jìn)塔底提留直接進(jìn)塔底提留段，它段，它對提餾段溫度影響的通道短，時(shí)間常數(shù)小。對提餾段溫度影響的通道短，時(shí)間常數(shù)小。同時(shí)從節(jié)能角度，控制蒸汽流量比控制回流量消耗的能量要小同時(shí)從節(jié)能角度，控制蒸汽流量比控制

16、回流量消耗的能量要小T T回回 Q Q回回Q Q入入、T T入入、x x入入Q蒸汽蒸汽T T、P PT T、P P.3檢測變送環(huán)節(jié)的選擇檢測變送環(huán)節(jié)的選擇（性能、信號(hào)處理）（性能、信號(hào)處理）一、檢測變送環(huán)節(jié)的性能一、檢測變送環(huán)節(jié)的性能 1.檢測元件和變送器的作用：檢測元件和變送器的作用：2.對檢測變送單元的基本要求：對檢測變送單元的基本要求：及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)T T、P P、F F、L L、A A等物理量等物理量 模擬信號(hào)模擬信號(hào)DDZ:4DDZ:420mA20mA、1 15VQDZ:0.02QDZ:0.020.1MPa0.1MPaDDZDDZ:0

17、:010mA10mA智能變送器智能變送器及時(shí)體現(xiàn)在：能迅速地反應(yīng)及時(shí)體現(xiàn)在：能迅速地反應(yīng)y y的變化的變化 （快速性，動(dòng)態(tài)特性）（快速性，動(dòng)態(tài)特性）準(zhǔn)確體現(xiàn)在：要能正確地反應(yīng)準(zhǔn)確體現(xiàn)在：要能正確地反應(yīng)y y，且誤差?。ň雀撸?，且誤差?。ň雀撸┛煽矿w現(xiàn)在：（基本要求）應(yīng)能在可靠體現(xiàn)在：（基本要求）應(yīng)能在環(huán)境工況環(huán)境工況 下長期安全穩(wěn)定運(yùn)行下長期安全穩(wěn)定運(yùn)行 1)(sTKsHmsmmm測量變送環(huán)節(jié)傳函：儀表量程越大儀表量程越大Km越小越小 量程越小量程越小Km越大越大3.選用時(shí)的基本考慮：選用時(shí)的基本考慮：（1）（）（4）（1）能否適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過程的環(huán)境，能否長期穩(wěn)定運(yùn)行）能否適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過程

18、的環(huán)境，能否長期穩(wěn)定運(yùn)行（可靠性）（可靠性）對高溫、高壓、低溫、易腐蝕、易燃易爆、粉塵等環(huán)境狀況對高溫、高壓、低溫、易腐蝕、易燃易爆、粉塵等環(huán)境狀況下，主要從材料和防腐上考慮下，主要從材料和防腐上考慮 如：沖刷嚴(yán)重考慮耐磨性如：沖刷嚴(yán)重考慮耐磨性 耐高溫性耐高溫性 彈簧管壓力表彈簧管壓力表(氨氣對銅有腐蝕性氨氣對銅有腐蝕性)等等（2）降低測量誤差）降低測量誤差測量誤差產(chǎn)生原因：測量誤差產(chǎn)生原因：儀表自身的誤差：精度、量程儀表自身的誤差：精度、量程（精度決定準(zhǔn)確性，（精度決定準(zhǔn)確性，量程量程應(yīng)滿足讀數(shù)應(yīng)滿足讀數(shù)誤差誤差 的精度要求）的精度要求） 儀表量程大儀表量程大Km小，而量程小則小，而量程小

19、則Km大大環(huán)境條件引起誤差：熱電偶冷端補(bǔ)償不合理、電源電壓波動(dòng)、環(huán)環(huán)境條件引起誤差：熱電偶冷端補(bǔ)償不合理、電源電壓波動(dòng)、環(huán) 境溫度波動(dòng)、流體密度的變化境溫度波動(dòng)、流體密度的變化安裝不當(dāng)引起的誤差：孔板安裝不當(dāng)、熱電偶連接方式不當(dāng)安裝不當(dāng)引起的誤差：孔板安裝不當(dāng)、熱電偶連接方式不當(dāng)測量中的動(dòng)態(tài)誤差：測量中的動(dòng)態(tài)誤差：不可避免不可避免如何降低測量誤差：如何降低測量誤差：正確選型、精心安裝維護(hù)、排除干擾正確選型、精心安裝維護(hù)、排除干擾防爆的要求：本安防爆或隔爆，達(dá)到要求的等級(jí)防爆的要求：本安防爆或隔爆，達(dá)到要求的等級(jí)m（3 3）測量元件的動(dòng)態(tài)特性）測量元件的動(dòng)態(tài)特性Tm、 都會(huì)引起測量的動(dòng)態(tài)誤差，分

20、別討論：都會(huì)引起測量的動(dòng)態(tài)誤差，分別討論：測量元件的時(shí)間常數(shù)測量元件的時(shí)間常數(shù)任何測量元件均具有時(shí)間常數(shù)，相對于對象的任何測量元件均具有時(shí)間常數(shù)，相對于對象的T0來說，多數(shù)檢測變來說，多數(shù)檢測變送環(huán)節(jié)的送環(huán)節(jié)的Tm較小，但測溫元件的較小，但測溫元件的Tm較大（熱阻、熱容、保護(hù)裝較大（熱阻、熱容、保護(hù)裝置）、氣動(dòng)儀表的置）、氣動(dòng)儀表的Tm較大、成分分析儀表較大、成分分析儀表Tm和滯后都很大，從而和滯后都很大，從而造成測量滯后，選型時(shí)應(yīng)注意：造成測量滯后，選型時(shí)應(yīng)注意：Tm不要太大，否則應(yīng)采取必要的措施不要太大，否則應(yīng)采取必要的措施 即：即：選用小慣性檢測元件、具有快速響應(yīng)特性的儀表選用小慣性檢測

21、元件、具有快速響應(yīng)特性的儀表 縮短氣動(dòng)管線長度克服傳輸滯后、引入微分單元來克服容積滯后等縮短氣動(dòng)管線長度克服傳輸滯后、引入微分單元來克服容積滯后等 Tm 0.6 0.60.3 0.3 S S 0.6 0.6S S 0.3 0.6 特性曲線畸變不嚴(yán)重，工作特性是什么，理想特性就選什么特性曲線畸變不嚴(yán)重，工作特性是什么，理想特性就選什么S 0.6 0.60.3 0.3 S S 0.6 0.6S S 0.3 0.3所需工作所需工作流量特性流量特性線性線性等百等百分比分比快開快開線性線性等百等百分比分比快開快開宜用宜用低低S S控制閥控制閥應(yīng)選理想應(yīng)選理想流量特性流量特性線性線性等百等百分比分比快開快

22、開等百等百分比分比等百等百分比分比線性線性（3）S值的選擇值的選擇S越小則流量特性畸變越嚴(yán)重，故希望越小則流量特性畸變越嚴(yán)重，故希望S盡量大，但某些情況下盡量大，但某些情況下S必須很低必須很低，如何消除低，如何消除低S值對流量特性的影響：值對流量特性的影響：工藝情況決定的，工藝能夠分給該閥門的壓降就這么大，不能在高了，故工藝情況決定的，工藝能夠分給該閥門的壓降就這么大，不能在高了，故S必須很低必須很低或其它情況導(dǎo)致的或其它情況導(dǎo)致的S值必須很低值必須很低改變閥芯的型面，即改變閥的理想流量特性；改變閥芯的型面，即改變閥的理想流量特性；采用串級(jí)控制系統(tǒng)的形式；采用串級(jí)控制系統(tǒng)的形式；（即再構(gòu)成一個(gè)

23、流量副回路，將調(diào)節(jié)閥包含在副回路中，從而減少（即再構(gòu)成一個(gè)流量副回路，將調(diào)節(jié)閥包含在副回路中，從而減少 閥門流量特性畸變對整個(gè)控制系統(tǒng)的影響，從閥門流量特性畸變對整個(gè)控制系統(tǒng)的影響，從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上）分析工作點(diǎn)的變動(dòng)情況分析工作點(diǎn)的變動(dòng)情況（隨工作點(diǎn)改變，對象非線性并不明顯的話，即使閥流量特性畸變嚴(yán)重，（隨工作點(diǎn)改變，對象非線性并不明顯的話，即使閥流量特性畸變嚴(yán)重， 對整個(gè)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)的影響較也是可以忽略的）對整個(gè)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)的影響較也是可以忽略的）（4）調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性）調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性 尤其氣動(dòng)閥尤其氣動(dòng)閥 動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較長動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較長 控制閥控制閥+氣動(dòng)管線氣動(dòng)

24、管線=一階純滯后一階純滯后 來近似來近似5、控制閥口徑大小的選擇、控制閥口徑大小的選擇 內(nèi)容多內(nèi)容多(控制裝置中詳細(xì)介紹控制裝置中詳細(xì)介紹)從控制角度看：從控制角度看：口徑過大：口徑過大：口徑過?。嚎趶竭^小：控制閥口徑大小直接決定控制介質(zhì)流過它的能力控制閥口徑大小直接決定控制介質(zhì)流過它的能力. 選擇是否合適將選擇是否合適將直接影響控制效果直接影響控制效果 調(diào)節(jié)閥選擇是否要求必須管徑一致？調(diào)節(jié)閥選擇是否要求必須管徑一致？控制閥將經(jīng)常處于小開度工作控制閥將經(jīng)常處于小開度工作, 流體對閥芯、閥座的沖流體對閥芯、閥座的沖擊力大，也會(huì)引起閥的流量特性發(fā)生畸變擊力大，也會(huì)引起閥的流量特性發(fā)生畸變, 控制性

25、能也控制性能也會(huì)變差，甚至引起控制閥失靈，而且浪費(fèi)設(shè)備投資會(huì)變差，甚至引起控制閥失靈，而且浪費(fèi)設(shè)備投資（一般來說，價(jià)格與口徑成正比，口徑過大造成浪費(fèi)）（一般來說，價(jià)格與口徑成正比，口徑過大造成浪費(fèi)）。流過控制閥的介質(zhì)達(dá)不到所需最大流量，在大的干擾下，流過控制閥的介質(zhì)達(dá)不到所需最大流量，在大的干擾下，閥全開仍不能滿足要求，系統(tǒng)會(huì)因介質(zhì)流量不足而失控。閥全開仍不能滿足要求，系統(tǒng)會(huì)因介質(zhì)流量不足而失控。另外，在正常情況下都在大開度下工作另外，在正常情況下都在大開度下工作, 閥的特性也不好；閥的特性也不好；控制閥口徑選得過小也不適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要控制閥口徑選得過小也不適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要, 一旦需要一旦

26、需要設(shè)備增加負(fù)荷時(shí)設(shè)備增加負(fù)荷時(shí), 控制閥原有口徑太小就不夠用控制閥原有口徑太小就不夠用,因此因此, 控控制閥口徑的選擇應(yīng)留有一定的余量制閥口徑的選擇應(yīng)留有一定的余量. 控制閥口徑的大小控制閥口徑的大小, 通過計(jì)算控制閥流通能力通過計(jì)算控制閥流通能力Kv的大小來決定的大小來決定 正常工況下要求控制閥開度處于正常工況下要求控制閥開度處于1585%之間之間（1）流量系數(shù)：）流量系數(shù)：Kv閥前后差壓為閥前后差壓為100kPa,流體密度為流體密度為1g/cm3(540的水的水)的條件下，的條件下，調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，每小時(shí)通過閥門的流體量（調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，每小時(shí)通過閥門的流體量（m3）如：如： Kv=32的調(diào)

27、節(jié)閥的調(diào)節(jié)閥,表示當(dāng)閥全開、閥前后差壓為表示當(dāng)閥全開、閥前后差壓為100kPa時(shí)時(shí), 540的水流過閥的流量為的水流過閥的流量為32m3/h Kv值的大小表示調(diào)節(jié)閥的流通能力值的大小表示調(diào)節(jié)閥的流通能力,也就是調(diào)節(jié)閥的容量也就是調(diào)節(jié)閥的容量 kPaPPQKkPaPhmPKPAQscmPAQvv:10100:)/(09. 5)/(233單位單位或根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)根據(jù)調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)Kv的計(jì)算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。的計(jì)算，就可以確定選擇調(diào)節(jié)閥的口徑。選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟：選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟：（2）選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟：）選擇調(diào)節(jié)閥口徑的步驟：確定計(jì)算流量確定計(jì)算流量 依據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、

28、設(shè)備負(fù)荷即介質(zhì)狀況決定最大計(jì)算流量依據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力、設(shè)備負(fù)荷即介質(zhì)狀況決定最大計(jì)算流量Qmax確定計(jì)算差壓確定計(jì)算差壓 依據(jù)所選擇的流量特性及系統(tǒng)特性選定依據(jù)所選擇的流量特性及系統(tǒng)特性選定S值，再計(jì)算差壓值，再計(jì)算差壓計(jì)算流量系數(shù)計(jì)算流量系數(shù) 依據(jù)流量系數(shù)計(jì)算公式求取最大流量系數(shù)依據(jù)流量系數(shù)計(jì)算公式求取最大流量系數(shù)Kvmax選取流量系數(shù)選取流量系數(shù) 在所選產(chǎn)品型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于或最接近在所選產(chǎn)品型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)系列中，選取大于或最接近Kvmax值的那一檔值的那一檔驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥開度驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥開度 一般要求：一般要求：Qmax時(shí)的開度時(shí)的開度90%， Qmin10%驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比驗(yàn)算調(diào)節(jié)閥

29、實(shí)際可調(diào)比確定調(diào)節(jié)閥口徑確定調(diào)節(jié)閥口徑 依據(jù)依據(jù)Kv確定閥的公稱直徑和閥座直徑確定閥的公稱直徑和閥座直徑說明：當(dāng)閥門口徑與管道口徑不一致時(shí)，要加變徑（此時(shí)需要說明：當(dāng)閥門口徑與管道口徑不一致時(shí)，要加變徑（此時(shí)需要 對流量系數(shù)進(jìn)行修正，有相應(yīng)的公式，自行查閱）對流量系數(shù)進(jìn)行修正，有相應(yīng)的公式，自行查閱）http:/ 調(diào)節(jié)閥信息網(wǎng)調(diào)節(jié)閥信息網(wǎng)參考書：調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型使用參考書：調(diào)節(jié)閥計(jì)算選型使用 明賜東編著（公共郵箱有掃描版）明賜東編著（公共郵箱有掃描版） 調(diào)節(jié)閥選型軟件調(diào)節(jié)閥選型軟件1296011001010minmaxPQKv例：在某系統(tǒng)中，擬選擇一臺(tái)直線流量特性的直通雙座閥，根據(jù)工藝要例：在某

30、系統(tǒng)中，擬選擇一臺(tái)直線流量特性的直通雙座閥，根據(jù)工藝要求，最大流量為求，最大流量為Qmax=100m3/h,Qmax=100m3/h,最小流量為最小流量為Qmin=30m3/h,Qmin=30m3/h,閥前壓力閥前壓力P1=800kPa,P1=800kPa,最小壓差為最小壓差為Pmin=60kPa,Pmin=60kPa,最大壓差最大壓差Pmax=500kPa.Pmax=500kPa.被調(diào)介被調(diào)介質(zhì)是水，水溫為質(zhì)是水，水溫為1818，安裝時(shí)初定管道直徑為，安裝時(shí)初定管道直徑為125mm125mm，閥阻比，閥阻比S=0.5S=0.5，問，問應(yīng)選擇多大的閥門口徑？應(yīng)選擇多大的閥門口徑？本題已給出最大

31、流量為本題已給出最大流量為Qmax=100m3/hQmax=100m3/h和最小和最小流量為流量為QminQmin=30m3/h,=30m3/h,按計(jì)算流量的，確定按計(jì)算流量的，確定原則就選這兩個(gè)值。原則就選這兩個(gè)值。題設(shè)已給出最小壓差為題設(shè)已給出最小壓差為Pmin=60kPa依據(jù)依據(jù)Kv=129,查直通雙座閥產(chǎn)品得相應(yīng)的流量系數(shù)為：查直通雙座閥產(chǎn)品得相應(yīng)的流量系數(shù)為： Kv=160(圓整值圓整值)，初選，初選DN=%8.14%10003.0)113060.0160(5.05.003.1%8.68%10003.0)1110060.0160(5.05.003.1%10003.0)1(03.122

32、222min2maxminKQPKSSKiV最最小小開開度度時(shí)時(shí)最最大大開開度度時(shí)時(shí)minmaxQQRr75 . 01010SRr故滿足要求故滿足要求3 . 330100minmaxQQ6 6、閥門定位器選擇、閥門定位器選擇 ( (閥前后閥前后P P 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的準(zhǔn)確定位實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的準(zhǔn)確定位) ) 意義：用來消除閥門的滯環(huán)非線性意義：用來消除閥門的滯環(huán)非線性 如圖如圖 “回差回差”注意：閥門定位器并不是在所有的控制系統(tǒng)中都適用，應(yīng)根據(jù)情況注意：閥門定位器并不是在所有的控制系統(tǒng)中都適用，應(yīng)根據(jù)情況 而定，若對象的時(shí)間常數(shù)很小，閥的時(shí)間常數(shù)有可能成為最而定，若對象的時(shí)間常數(shù)很小，閥的時(shí)間常數(shù)有可能

33、成為最 大時(shí)間常數(shù)時(shí)，這樣的系統(tǒng)就不宜安裝定位器大時(shí)間常數(shù)時(shí)，這樣的系統(tǒng)就不宜安裝定位器閥門定位器有氣動(dòng)閥門定位器和電閥門定位器有氣動(dòng)閥門定位器和電氣閥門氣閥門定位器兩種，后者還兼有電定位器兩種，后者還兼有電氣轉(zhuǎn)換功能。氣轉(zhuǎn)換功能。其工作原理：參考其工作原理：參考“控制裝置控制裝置”閥門定位器的功能：閥門定位器的功能：定位功能：在干摩擦較大的情況下，大大減小回差；定位功能：在干摩擦較大的情況下，大大減小回差； 在高壓差下，減少不平衡力對閥桿位移的影響；在高壓差下，減少不平衡力對閥桿位移的影響；在閥桿移動(dòng)具有較大阻力時(shí)，時(shí)閥門良好工作；在閥桿移動(dòng)具有較大阻力時(shí)，時(shí)閥門良好工作；利用不同的反饋凸輪

34、來產(chǎn)生不同的非線性來改變閥原有流量特性；利用不同的反饋凸輪來產(chǎn)生不同的非線性來改變閥原有流量特性；改變啟動(dòng)作用范圍，可用于分程控制；改變啟動(dòng)作用范圍，可用于分程控制；改變啟動(dòng)傳輸管線與閥的動(dòng)態(tài)特性。改變啟動(dòng)傳輸管線與閥的動(dòng)態(tài)特性。7、執(zhí)行器、執(zhí)行器的安裝與維護(hù)的安裝與維護(hù)最好正最好正立立垂直垂直安裝于水平管道上，且在前后有安裝于水平管道上，且在前后有不小于不小于10D10D（D D為管為管 道直徑）的直管段；道直徑）的直管段；盡量盡量靠近地面或樓板的地方，在其上、下方應(yīng)留有足夠的間隙靠近地面或樓板的地方，在其上、下方應(yīng)留有足夠的間隙閥體上的箭頭方向與管道流體流動(dòng)方向應(yīng)相同，若閥的口徑與管道閥體

35、上的箭頭方向與管道流體流動(dòng)方向應(yīng)相同，若閥的口徑與管道 的管徑不同時(shí)，應(yīng)加漸縮管或擴(kuò)大管來連接；為防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄的管徑不同時(shí)，應(yīng)加漸縮管或擴(kuò)大管來連接；為防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的薄 膜老化，盡量遠(yuǎn)離高溫、振動(dòng)、有毒、及腐蝕嚴(yán)重的場地；膜老化，盡量遠(yuǎn)離高溫、振動(dòng)、有毒、及腐蝕嚴(yán)重的場地；當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場有檢測儀表時(shí)，應(yīng)盡量與其靠近，以利于調(diào)整；當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場有檢測儀表時(shí)，應(yīng)盡量與其靠近，以利于調(diào)整； 另外要注意工藝過程對控制閥位置的要求。另外要注意工藝過程對控制閥位置的要求。 為了安全起見，控制閥應(yīng)加旁通管路，并裝有切斷閥及旁路閥。以為了安全起見，控制閥應(yīng)加旁通管路，并裝有切斷閥及旁路閥。以 便在控制閥發(fā)生故障或

36、維修時(shí)，通過旁路使生產(chǎn)過程繼續(xù)進(jìn)行。便在控制閥發(fā)生故障或維修時(shí)，通過旁路使生產(chǎn)過程繼續(xù)進(jìn)行。 旁路閥安裝有如下幾種形式：旁路閥安裝有如下幾種形式：執(zhí)行器應(yīng)安裝在執(zhí)行器應(yīng)安裝在便于調(diào)整、檢查和拆卸便于調(diào)整、檢查和拆卸的地方。在保證安全生產(chǎn)的地方。在保證安全生產(chǎn)的同時(shí)也應(yīng)該考慮的同時(shí)也應(yīng)該考慮節(jié)約投資節(jié)約投資、整齊美觀整齊美觀。介紹一些安裝的原則。介紹一些安裝的原則:a a、執(zhí)行器的安裝執(zhí)行器的安裝旁路旁路組合的形式較多，現(xiàn)舉常用的四種方案如圖所示組合的形式較多，現(xiàn)舉常用的四種方案如圖所示:(a)(a)是過去習(xí)慣采用的方案，旁路可以自動(dòng)放空，但由于兩個(gè)切斷閥與控制是過去習(xí)慣采用的方案，旁路可以自動(dòng)

37、放空，但由于兩個(gè)切斷閥與控制閥在一根管線上，難于拆卸、安裝，且所占空間大。閥在一根管線上，難于拆卸、安裝，且所占空間大。(b)(b)這種方案比較好，布置緊湊，占地面積小，便于拆卸。這種方案比較好，布置緊湊，占地面積小，便于拆卸。(c)(c)這種形式也比較好，便于拆卸，但占地面積比這種形式也比較好，便于拆卸，但占地面積比(b)(b)大一些。大一些。(d)(d)這種方案只適用于小口徑控制閥，否則執(zhí)行器安裝位置高，拆裝不便。這種方案只適用于小口徑控制閥，否則執(zhí)行器安裝位置高，拆裝不便。為何要安裝為何要安裝截止閥和旁截止閥和旁路閥？路閥？b b、 執(zhí)行器的維護(hù)執(zhí)行器的維護(hù) 執(zhí)行器的正常工作與維護(hù)檢修有

38、很大關(guān)系。日常維護(hù)工作執(zhí)行器的正常工作與維護(hù)檢修有很大關(guān)系。日常維護(hù)工作主要是觀察閥的工作狀態(tài)，使填料密封部分保持良好的潤主要是觀察閥的工作狀態(tài)，使填料密封部分保持良好的潤滑狀態(tài)。定期檢修能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并更換零件。維護(hù)檢滑狀態(tài)。定期檢修能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并更換零件。維護(hù)檢修時(shí)重點(diǎn)檢查的部位是：修時(shí)重點(diǎn)檢查的部位是：（1 1）閥體內(nèi)壁：對于控制閥使用在高壓差和腐蝕性的場合，閥體內(nèi)壁、隔膜閥）閥體內(nèi)壁：對于控制閥使用在高壓差和腐蝕性的場合，閥體內(nèi)壁、隔膜閥 的隔膜經(jīng)常受到介質(zhì)的沖擊和腐蝕，必須重點(diǎn)檢查耐壓、耐腐的隔膜經(jīng)常受到介質(zhì)的沖擊和腐蝕，必須重點(diǎn)檢查耐壓、耐腐 蝕的情況。蝕的情況。（2 2）閥

39、座：控制閥在工作時(shí)，因介質(zhì)滲入，固定閥座用的螺絲內(nèi)表面易受腐蝕）閥座：控制閥在工作時(shí)，因介質(zhì)滲入，固定閥座用的螺絲內(nèi)表面易受腐蝕 而使閥座松弛，檢查時(shí)應(yīng)予以注意。而使閥座松弛，檢查時(shí)應(yīng)予以注意。（3 3）閥芯：閥芯是控制閥工作時(shí)的活動(dòng)部分，受介質(zhì)的沖擊最為嚴(yán)重。檢查時(shí)）閥芯：閥芯是控制閥工作時(shí)的活動(dòng)部分，受介質(zhì)的沖擊最為嚴(yán)重。檢查時(shí) 要認(rèn)真檢查閥芯各部分是否腐蝕、磨損，特別是在高差壓的情況下要認(rèn)真檢查閥芯各部分是否腐蝕、磨損，特別是在高差壓的情況下 閥芯因汽蝕現(xiàn)象而磨損，更應(yīng)予以注意。閥芯損壞嚴(yán)重時(shí)應(yīng)進(jìn)行更閥芯因汽蝕現(xiàn)象而磨損，更應(yīng)予以注意。閥芯損壞嚴(yán)重時(shí)應(yīng)進(jìn)行更 換，另外還應(yīng)注意閥桿是否有類

40、似現(xiàn)象，或與閥芯連接松動(dòng)等。換，另外還應(yīng)注意閥桿是否有類似現(xiàn)象，或與閥芯連接松動(dòng)等。（4 4）膜片和）膜片和“O”O(jiān)”型密封圈：檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片和型密封圈：檢查執(zhí)行機(jī)構(gòu)的膜片和“O”O(jiān)”型密封圈是否有老化或型密封圈是否有老化或 斷裂損壞情況。斷裂損壞情況。（5 5）密封填料：檢查聚四氟乙烯填料是否老化，檢查配合面是否損壞）密封填料：檢查聚四氟乙烯填料是否老化，檢查配合面是否損壞4.2.5 控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇控制規(guī)律及控制器作用方向的選擇測量變送：測量變送：y y一定變送器就選定了，其特性比較簡單，一般也一定變送器就選定了，其特性比較簡單，一般也 是不可以改變的是不可以改變的對象：

41、控制系統(tǒng)中儀表選型確定后，對象特性是固定的不好改變對象：控制系統(tǒng)中儀表選型確定后，對象特性是固定的不好改變執(zhí)行器及閥門定位器：有一定程度的調(diào)整，執(zhí)行器及閥門定位器：有一定程度的調(diào)整，但靈活性不大但靈活性不大控制器：控制器：P P、I I、D D參數(shù)及組合是可以調(diào)整的參數(shù)及組合是可以調(diào)整的實(shí)質(zhì)上正是利用控制器中不同的實(shí)質(zhì)上正是利用控制器中不同的P、I、D 參數(shù)值來使得整個(gè)系統(tǒng)的性能能參數(shù)值來使得整個(gè)系統(tǒng)的性能能夠達(dá)到我們的最終要求。系統(tǒng)設(shè)置控制器的目的也是通過控制器改變整個(gè)夠達(dá)到我們的最終要求。系統(tǒng)設(shè)置控制器的目的也是通過控制器改變整個(gè)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，以達(dá)到控制的目的。控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，以

42、達(dá)到控制的目的。 取決于取決于u大小和方向如何？大小和方向如何？1 1、控制規(guī)律選擇的原則、控制規(guī)律選擇的原則1 1）廣義對象控制通道）廣義對象控制通道T T或容量滯后較大，引入或容量滯后較大，引入D D調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)； 工藝容許有靜差時(shí)，選用工藝容許有靜差時(shí)，選用PDPD調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)； 工藝要求無靜差時(shí)，選用工藝要求無靜差時(shí)，選用PIDPID調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)2 2）控制通道）控制通道T T小、負(fù)荷變化不大且要求允許有靜差，選用小、負(fù)荷變化不大且要求允許有靜差，選用P P 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 控制通道控制通道T T較小、負(fù)荷變化不大，工藝要求無靜差，選較小、負(fù)荷變化不大，工藝要求無靜差，選PIPI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3 3）控制

43、通道）控制通道T T很大且純很大且純 較大、負(fù)荷變化劇烈，簡單控制系統(tǒng)難以較大、負(fù)荷變化劇烈，簡單控制系統(tǒng)難以 滿足工藝要求，應(yīng)采用復(fù)雜控制系統(tǒng)或其他控制方案。滿足工藝要求，應(yīng)采用復(fù)雜控制系統(tǒng)或其他控制方案。 sesTKsGo1)(ooo4 4）若廣義過程的傳遞函數(shù)具有以下形式：）若廣義過程的傳遞函數(shù)具有以下形式：o o/ /T To o0.20.2，選用，選用P P或或PIPI調(diào)節(jié)規(guī)律；調(diào)節(jié)規(guī)律； 0.20.2o o/ /T To o1.01.01.0，簡單控制系統(tǒng)一般難以滿足要求，簡單控制系統(tǒng)一般難以滿足要求， 需要采用他控制方式。需要采用他控制方式。 各環(huán)節(jié)增益各環(huán)節(jié)增益(K)的正負(fù)：可

44、由穩(wěn)態(tài)條件下該環(huán)節(jié)的輸出增量與輸入的正負(fù)：可由穩(wěn)態(tài)條件下該環(huán)節(jié)的輸出增量與輸入 增量之比（增量之比（y/ x）來確定）來確定 即：若環(huán)節(jié)的輸入增加，輸出增加則該環(huán)節(jié)的增益為正（即：若環(huán)節(jié)的輸入增加，輸出增加則該環(huán)節(jié)的增益為正（K0） 若環(huán)節(jié)的輸入增加，輸出減小則該環(huán)節(jié)的增益為負(fù)（若環(huán)節(jié)的輸入增加，輸出減小則該環(huán)節(jié)的增益為負(fù)（K0）控制器的正反作用和增益：控制器的正反作用和增益： 注意注意 正作用調(diào)節(jié)器的增益：負(fù)正作用調(diào)節(jié)器的增益：負(fù) （k kc c000） 例：測量變送環(huán)節(jié)的增益：一般是正例：測量變送環(huán)節(jié)的增益：一般是正(km0), ,不予考慮不予考慮 對對 象正象正/ /反作用及增益：正作用

45、反作用及增益：正作用(k(ko o0)0)，反作用反作用(ko0 氣關(guān)式（反）氣關(guān)式（反） kv0條件條件正作用正作用 Kv0正作用正作用 Kp0反作用反作用 K根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式根據(jù)生產(chǎn)工藝安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式按被控過程特性，確定其正、反作用按被控過程特性，確定其正、反作用根據(jù)原理或負(fù)反饋原則來確定調(diào)節(jié)器的正、反作用形式根據(jù)原理或負(fù)反饋原則來確定調(diào)節(jié)器的正、反作用形式 記作：記作： 正作用：正作用：+ + 反作用：反作用：- -運(yùn)算規(guī)律：運(yùn)算規(guī)律： 正作用正作用反作用反作用= =反作用反作用 正正/ /反反作用作用正正/ /反反作用作用= =正作用正作用

46、( (同號(hào)同號(hào)) )為構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)（為構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)（要求閉環(huán)回路上各環(huán)節(jié)的增益乘積要求閉環(huán)回路上各環(huán)節(jié)的增益乘積0） 必須有奇數(shù)個(gè)反作用，即奇數(shù)個(gè)必須有奇數(shù)個(gè)反作用，即奇數(shù)個(gè)“-” -” 例：例：方法二方法二: :直接判斷法直接判斷法例：加熱爐溫度控制系統(tǒng)例：加熱爐溫度控制系統(tǒng) 直接判斷法直接判斷法 B B、液位控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)工藝要求：不能被抽干以防物料流失工藝要求：不能被抽干以防物料流失燃料氣燃料氣TCA A、加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)、加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求：爐溫不能太高工藝要求：爐溫不能太高TT物料物料x先看執(zhí)行器正反作用：先看執(zhí)行器正反作用：工藝安全角度考慮工藝安全角度

47、考慮 圖圖A A 當(dāng)信號(hào)中斷時(shí)閥應(yīng)全關(guān)，故選氣開閥當(dāng)信號(hào)中斷時(shí)閥應(yīng)全關(guān)，故選氣開閥 （正作用）（正作用） Kv:+ Kv:+依據(jù)依據(jù)“奇數(shù)個(gè)反作用奇數(shù)個(gè)反作用”原則原則再看再看對象正反作用：對象正反作用： q=Q燃燃 時(shí)，時(shí)，y=T也也 ,故對象正作用故對象正作用 Ko:+ 控制器：控制器： 反作用反作用（Kc:+ + ）顯然，滿足顯然，滿足KcKvKoKm0的要求的要求4.34.3控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定概念：概念：確定調(diào)節(jié)器的確定調(diào)節(jié)器的比例度比例度、積分時(shí)間、積分時(shí)間TI和和微分時(shí)間微分時(shí)間TD其實(shí)質(zhì)是通過改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)其實(shí)質(zhì)是通過改變調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以改變系統(tǒng)的動(dòng)

48、態(tài)和靜態(tài)指標(biāo)，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量和靜態(tài)指標(biāo)，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求，爭取最佳控制效果。指標(biāo)要求，爭取最佳控制效果?？刂破鞯膮?shù)整定的若干原則：控制器的參數(shù)整定的若干原則：控制器的參數(shù)整定的若干原則：控制器的參數(shù)整定的若干原則：Ko大則大則K c?。恍?； Ko小，則小，則Kc大，為保持閉環(huán)穩(wěn)定性則開環(huán)增益大，為保持閉環(huán)穩(wěn)定性則開環(huán)增益 KoKc不變不變2、若已知滯后時(shí)間、若已知滯后時(shí)間 ，則，則Ti取取2 ,Td取取0.53、在、在P、I、D中，中，P為最基本的，先為最基本的，先P，后，后Ti,再再Td作用作用4、I作用消除誤差，但響應(yīng)速度變慢，穩(wěn)定性變差，引

49、入作用消除誤差，但響應(yīng)速度變慢，穩(wěn)定性變差，引入I之后，之后， Kc應(yīng)適當(dāng)減小，應(yīng)適當(dāng)減小，Ti=2 或或Ti=（0.51）Tp（Tp:工作周期）工作周期）5、D作用主要用在作用主要用在y=T或成分或成分A的控制系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)中(存在較大容量滯后，存在較大容量滯后， 系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，而系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，而D作用具有作用具有“超前超前”作用作用 提高系統(tǒng)性能提高系統(tǒng)性能)， 一般取一般取Td=(0.250.5)Ti. 引入引入D后穩(wěn)定性后穩(wěn)定性，故，故Kc可適當(dāng)增加可適當(dāng)增加6、在含有高頻噪音時(shí)，不宜用、在含有高頻噪音時(shí)，不宜用D作用作用（D作用對高頻噪聲有放大作用）作用對高頻噪聲有放大作用

50、）7、隨動(dòng)系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為、隨動(dòng)系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為10 ：1 定值系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為定值系統(tǒng)的控制品質(zhì)要求衰減比為 4 ：1（工程上常作為一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)來定性地考慮控制系統(tǒng)能否達(dá)到控制要求（工程上常作為一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)來定性地考慮控制系統(tǒng)能否達(dá)到控制要求 ）sosTKsG1)(001、在廣義對象傳函：、在廣義對象傳函：對數(shù)頻率特性法對數(shù)頻率特性法 根軌跡法根軌跡法理論計(jì)算整定方法理論計(jì)算整定方法經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法 衰減曲線法衰減曲線法 臨界比例度法臨界比例度法響應(yīng)曲線法響應(yīng)曲線法工程整定法工程整定法需要知道數(shù)學(xué)模型需要知道數(shù)學(xué)模型不需要事先知道過程的不需要事先知道過程的數(shù)學(xué)模型，

51、可直接在系數(shù)學(xué)模型，可直接在系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場整定，比統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場整定，比較簡單（較簡單（廣泛使用廣泛使用）自整定法：對運(yùn)行中的系統(tǒng)進(jìn)行整定自整定法：對運(yùn)行中的系統(tǒng)進(jìn)行整定方法有：方法有：控制器參數(shù)整定方法有：控制器參數(shù)整定方法有：1 1、經(jīng)驗(yàn)整定法（、經(jīng)驗(yàn)整定法（經(jīng)驗(yàn)試湊法）經(jīng)驗(yàn)試湊法）按照工程人員長期從事過程控制的經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整控制器參數(shù)按照工程人員長期從事過程控制的經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整控制器參數(shù)按典型的受控對象類型來進(jìn)行整定的按典型的受控對象類型來進(jìn)行整定的(針對典型的過程特性而言針對典型的過程特性而言)不需計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)不需計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn), ,（如表（如表1 1）先確定一組控制器參數(shù)并將系統(tǒng)

52、投）先確定一組控制器參數(shù)并將系統(tǒng)投運(yùn)，然后人為加入干擾（改變運(yùn)，然后人為加入干擾（改變x x）觀察過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對）觀察過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應(yīng)的控制參數(shù)值，進(jìn)行反復(fù)湊試，直到獲得過渡過程的不同影響來改變相應(yīng)的控制參數(shù)值，進(jìn)行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。滿意的控制質(zhì)量為止。 按表按表1 1參數(shù)來整定會(huì)提高參數(shù)整定的速度和效果參數(shù)來整定會(huì)提高參數(shù)整定的速度和效果20208080純純P P控制控制 一般允許上下波動(dòng)一般允許上下波動(dòng) 比例度要大比例度要大液液 位位0.40.43 330307070液體壓力：調(diào)節(jié)近似流量調(diào)節(jié)液體壓力：調(diào)節(jié)近

53、似流量調(diào)節(jié)蒸汽壓力：調(diào)節(jié)近似溫度調(diào)節(jié)蒸汽壓力：調(diào)節(jié)近似溫度調(diào)節(jié)對象容量滯后不算大對象容量滯后不算大, ,一般不加一般不加D D壓壓 力力0.50.53 33 3101020206060PID PID 存在傳遞滯后和較大存在傳遞滯后和較大T T 故需加故需加D D作用作用 TiTi要長要長溫溫 度度0.30.31I PI 往往需精確控制往往需精確控制 TiTi要短要短流流 量量T TD D（minmin）T TI I（minmin）(%)(%)規(guī)律的選擇規(guī)律的選擇被控變量被控變量表表1 1 控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)整定步驟：整定步驟： 純純P調(diào)節(jié)（令調(diào)節(jié)（令

54、Ti= ，Td0）下調(diào)出）下調(diào)出4：1衰減振蕩衰減振蕩若需消除余差，引入若需消除余差，引入I作用，則作用，則Kp適當(dāng)減少適當(dāng)減少（約減少（約減少10%左右）左右） 或或 增大純比例時(shí)的增大純比例時(shí)的1.2倍倍若需加入若需加入D作用：允許適當(dāng)減少作用：允許適當(dāng)減少 和和Ti 經(jīng)驗(yàn)法整定時(shí)，如何確定整定的參數(shù)是否合適？經(jīng)驗(yàn)法整定時(shí)，如何確定整定的參數(shù)是否合適？ 如何調(diào)整當(dāng)前參數(shù)使得它接近我所期望的控制系統(tǒng)的性能？如何調(diào)整當(dāng)前參數(shù)使得它接近我所期望的控制系統(tǒng)的性能？這就需對不同參數(shù)這就需對不同參數(shù)Kp、Ti及及Td對控制系統(tǒng)品質(zhì)影響要清楚了解對控制系統(tǒng)品質(zhì)影響要清楚了解 不同參數(shù)對過渡過程曲線的影響

55、：不同參數(shù)對過渡過程曲線的影響：（1）比例度）比例度 過小、過小、Ti過小及過小及Td過大所引起的振蕩的區(qū)別過大所引起的振蕩的區(qū)別a 積分時(shí)間過?。ㄖ芷谳^長）積分時(shí)間過小（周期較長） b 比例度過?。ㄖ芷谳^短）比例度過?。ㄖ芷谳^短）c 微分時(shí)間過大（周期最短）微分時(shí)間過大（周期最短）經(jīng)驗(yàn)整定法適用于各種控制系統(tǒng)，特別適用對象干擾頻繁、過渡經(jīng)驗(yàn)整定法適用于各種控制系統(tǒng)，特別適用對象干擾頻繁、過渡過程曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)。但是，使用此法主要憑經(jīng)驗(yàn)，對于過程曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)。但是，使用此法主要憑經(jīng)驗(yàn)，對于缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作人員來說，整定所花費(fèi)的時(shí)間較多缺乏經(jīng)驗(yàn)的操作人員來說，整定所花費(fèi)的時(shí)間較多 （

56、2）比例度）比例度 過大、過大、Ti過大都會(huì)引起過大都會(huì)引起y偏離給定值偏離給定值x，二者區(qū)別：，二者區(qū)別：首先根據(jù)表首先根據(jù)表1固定固定Ti和和Td，通常取，通常取Td=(1/31/4 )Ti ，再反復(fù)湊試再反復(fù)湊試若開始時(shí)和設(shè)置得不合適，則有可能得不到要求的理想曲線。若開始時(shí)和設(shè)置得不合適，則有可能得不到要求的理想曲線。這時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整和再重新湊試，使曲線最終符合控制要求。這時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整和再重新湊試，使曲線最終符合控制要求。 經(jīng)驗(yàn)整定法二：經(jīng)驗(yàn)整定法二：a:比例度過大（曲線波動(dòng)較劇烈、不規(guī)則地較大地偏離給定值，波浪式起伏）比例度過大（曲線波動(dòng)較劇烈、不規(guī)則地較大地偏離給定值，波浪式起伏）b:

57、積分時(shí)間過大（曲線通過非周期的不正常路徑，慢慢低回復(fù)到給定值）積分時(shí)間過大（曲線通過非周期的不正常路徑，慢慢低回復(fù)到給定值）2 2、臨界比例度法、臨界比例度法-閉環(huán)整定方法閉環(huán)整定方法將將PIDPID置純置純P P作用（即作用（即T TI I=，T TD D=0=0） 置為較大數(shù)值置為較大數(shù)值, , 系統(tǒng)投閉環(huán)系統(tǒng)投閉環(huán) 系統(tǒng)穩(wěn)定后，施加一階躍輸入；減小系統(tǒng)穩(wěn)定后，施加一階躍輸入；減小 ，直到出現(xiàn)等幅振蕩為止，直到出現(xiàn)等幅振蕩為止 記錄臨界比例帶記錄臨界比例帶 K K和等幅振蕩周期和等幅振蕩周期T TK K。采用下表的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算采用下表的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算控制器各參數(shù)控制器各參數(shù) 按先按先P P，

58、后，后I I，最后，最后D D的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)到計(jì)算值上；的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)到計(jì)算值上； 觀察其運(yùn)行曲線，作進(jìn)一步做微調(diào)。觀察其運(yùn)行曲線，作進(jìn)一步做微調(diào)。采用這種方法注意：受限制采用這種方法注意：受限制 （1 1）工藝上允許）工藝上允許y y承受等幅震蕩的波動(dòng)，系統(tǒng)要能夠產(chǎn)生等幅震蕩（否則等幅震承受等幅震蕩的波動(dòng)，系統(tǒng)要能夠產(chǎn)生等幅震蕩（否則等幅震 蕩對正常工作影響較大時(shí)，此法不能使用）蕩對正常工作影響較大時(shí)，此法不能使用）（2 2）當(dāng)）當(dāng) 例例2、 噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝對象工藝對象對干燥后產(chǎn)品質(zhì)量要求對干燥后產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，水分

59、含量不能波較高，水分含量不能波動(dòng)太大動(dòng)太大, ,因而對干燥的溫因而對干燥的溫度要嚴(yán)格控制。溫度波度要嚴(yán)格控制。溫度波動(dòng)小于動(dòng)小于 2 2 最好。最好。由于乳化物屬于膠由于乳化物屬于膠體物質(zhì)體物質(zhì), ,激烈攪拌激烈攪拌易固化易固化, , 不能用泵不能用泵輸送輸送, ,采用高位槽采用高位槽除去凝結(jié)塊等雜質(zhì)除去凝結(jié)塊等雜質(zhì). .傳遞上存在滯后，故傳遞上存在滯后，故風(fēng)管為純滯后環(huán)節(jié)風(fēng)管為純滯后環(huán)節(jié)換熱器為一雙容環(huán)節(jié)換熱器為一雙容環(huán)節(jié)如圖是奶粉生產(chǎn)工藝中如圖是奶粉生產(chǎn)工藝中的噴霧式干燥設(shè)備。此的噴霧式干燥設(shè)備。此工藝要求保證奶粉含水工藝要求保證奶粉含水量在量在2%2.5%。已濃縮的奶液從儲(chǔ)槽流已濃縮的奶

60、液從儲(chǔ)槽流下，經(jīng)過濾后從干燥器下，經(jīng)過濾后從干燥器頂部噴出。干燥空氣被頂部噴出。干燥空氣被加熱后經(jīng)風(fēng)管吹入干燥加熱后經(jīng)風(fēng)管吹入干燥器。滴狀奶液在熱風(fēng)中器。滴狀奶液在熱風(fēng)中干燥成奶粉，并被氣流干燥成奶粉，并被氣流帶出干燥器帶出干燥器閥閥2換熱器換熱器鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)品產(chǎn)品干干燥燥器器蒸汽蒸汽乳液乳液閥閥1閥閥3冷凝水冷凝水風(fēng)管風(fēng)管濕熱濕熱空氣空氣高高位位槽槽過濾器過濾器AB按工藝要求應(yīng)首選奶粉含水量為被控變量，但此類在線測量儀表按工藝要求應(yīng)首選奶粉含水量為被控變量，但此類在線測量儀表精度低、速度慢。精度低、速度慢。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，奶粉含水量與干燥器出口溫度之間存在單值關(guān)系。出試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，奶粉含水量與干燥器