鄭州大學(xué)電氣工程過程控制3-13-2單回路控制系統(tǒng).

1、過程控制工程過程控制工程 多媒體課件多媒體課件主講：李曉媛主講：李曉媛Email：tel: 67781423第三章第三章 簡單過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計簡單過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計3 31 1 過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計概述過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計概述3 32 2 控制方案設(shè)計控制方案設(shè)計3 33 3 檢測、變送器選擇檢測、變送器選擇3 34 4 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）選擇執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）選擇3 35 5 控制器（調(diào)節(jié)器）選擇控制器（調(diào)節(jié)器）選擇3 36 6 過程計算機控制系統(tǒng)過程計算機控制系統(tǒng)3 37 7 過程控制系統(tǒng)投運和控制器參數(shù)整定過程控制系統(tǒng)投運和控制器參數(shù)整定3 38 8 單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計實例單回路控

2、制系統(tǒng)工程設(shè)計實例 簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成簡單控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成指由一個測量變送器、一個控制器、一個控制指由一個測量變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構(gòu)成的閥和一個對象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。單閉環(huán)控制系統(tǒng)。單回路研究意義單回路研究意義 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)字表示工段號位數(shù)字表示工段號后續(xù)數(shù)字表示儀表序號后續(xù)數(shù)字表示儀表序號第第1位字母表示被控參數(shù)位字母表示被控參數(shù) LC LT儀表符號標(biāo)準(zhǔn)儀表符號標(biāo)準(zhǔn)單回路控制系統(tǒng)原理方框圖單回路控制系統(tǒng)原理方框圖給定值給定值測量變送器測量變送器控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象操作量操作量被控變量被控變量干擾

3、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)工藝流程圖單回路控制系統(tǒng)特點單回路控制系統(tǒng)特點 結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于整定和投運； 可滿足一般生產(chǎn)過程的工藝要求； 占控制回路的85%以上，應(yīng)用廣泛； 適用于被控過程的純滯后與慣性不大、負(fù)荷與干擾變化比較平穩(wěn)或者工藝要求不太高的場合。 3.1 簡單控制系統(tǒng)工程設(shè)計概述簡單控制系統(tǒng)工程設(shè)計概述1.1.過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計的基本要求過程控制系統(tǒng)方案設(shè)計的基本要求 生產(chǎn)過程對過程控制系統(tǒng)的要求可簡要歸納為生產(chǎn)過程對過程控制系統(tǒng)的要求可簡要歸納為安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性三個方面。安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性三個方

4、面。 2. 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 過程控制系統(tǒng)設(shè)計包括控制系統(tǒng)方案設(shè)計、工過程控制系統(tǒng)設(shè)計包括控制系統(tǒng)方案設(shè)計、工程設(shè)計、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等程設(shè)計、工程安裝和儀表調(diào)校、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等四個主要內(nèi)容。四個主要內(nèi)容。 其中控制方案設(shè)計是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心。其中控制方案設(shè)計是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心。 自動控制系統(tǒng)的方案設(shè)計自動控制系統(tǒng)的方案設(shè)計: :控制系統(tǒng)的方案設(shè)計是整個自動化工程中的關(guān)鍵一步。 工程設(shè)計工程設(shè)計: :控制系統(tǒng)的工程設(shè)計是在方案設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的，包括儀表的選擇、控制室及儀表控制盤設(shè)計、儀表供電供氣系統(tǒng)設(shè)計、信號系統(tǒng)設(shè)計和儀表防護設(shè)計等

5、。 工程安裝和儀表的單校及系統(tǒng)的聯(lián)校工程安裝和儀表的單校及系統(tǒng)的聯(lián)校:自動控制系統(tǒng)的正確安裝是保證自動化儀表能發(fā)揮作用的前提。 控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定: :控制系統(tǒng)質(zhì)量的好壞主要決定于被控對象的特性與控制器特性的配合。 3-1 概述3. 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟過程控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟1）掌握生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求）掌握生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求2）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型）建立被控過程的數(shù)學(xué)模型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)的確定，是過程包括控制方式和系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的確定，是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。 4）控制設(shè)備選型）控制設(shè)備

6、選型5）實驗（或仿真）驗證）實驗（或仿真）驗證 3.2控制方案設(shè)計控制方案設(shè)計確定控制方案是核心。確定控制方案是核心。3.2.1單回路控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計包括：單回路控制系統(tǒng)控制方案設(shè)計包括：1）根據(jù)生產(chǎn)工藝要求合理選擇系統(tǒng)性能指標(biāo)；）根據(jù)生產(chǎn)工藝要求合理選擇系統(tǒng)性能指標(biāo)； 2）合理選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)；）合理選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)； 3）合理設(shè)計控制規(guī)律；）合理設(shè)計控制規(guī)律；4）執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）選?。唬﹫?zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）選?。?）檢測、變送器選擇。）檢測、變送器選擇。 3.2.2被控參數(shù)的選擇被控參數(shù)的選擇被控變量被控變量生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按

7、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。合理選擇被控變量，關(guān)系到生產(chǎn)工藝能否達(dá)合理選擇被控變量，關(guān)系到生產(chǎn)工藝能否達(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、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)、根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量（直接選?。╂I變量作為被控變量（直接選取）例例1 儲槽液位控制系統(tǒng)儲槽液位控制系統(tǒng)工藝要求儲槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)工藝要求儲槽液位穩(wěn)定。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就應(yīng)以儲槽液位為被控變量。就應(yīng)以儲槽液位為被控變量。 LC LTh例例2 換熱器出口溫度

8、控制系統(tǒng)換熱器出口溫度控制系統(tǒng)工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計的控制系工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計的控制系統(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 TC2、當(dāng)不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時，、當(dāng)不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時，稱為間接選取。稱為間接選取。選取原則選取原則:(1)應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)。數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)。例例3 化工的精餾物純化工的精餾物純度控制系統(tǒng)度控制系統(tǒng)精餾工藝是利用被分精餾工藝是利用被分離物中各組分的揮發(fā)溫度離物中各組分的揮發(fā)溫度

9、不同，將各組分分離。不同，將各組分分離。如圖將苯如圖將苯甲苯混合甲苯混合液進行分離。液進行分離。苯苯甲苯甲苯苯苯甲苯甲苯 該精餾塔的工藝該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達(dá)到規(guī)定的底）餾出物達(dá)到規(guī)定的純度。按照被控變量的純度。按照被控變量的選擇原則選擇原則1，塔頂（或，塔頂（或塔底）餾出物的組分應(yīng)塔底）餾出物的組分應(yīng)作為被控變量。作為被控變量。但是，沒有合適但是，沒有合適的儀表在線檢測餾出物的儀表在線檢測餾出物的純度，則不能直接作的純度，則不能直接作為被控變量。為被控變量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯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

10、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，進行量作為被控變量，進行間接參數(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)溫度都對餾出物純度有影響。對餾出物純度有影響。需要對二者進行比較試需要對二者進行比較試驗，選出一個合適的變驗，選出一個合適的變量。量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯間接控制參數(shù)的確定間接控制參數(shù)的確定經(jīng)試驗得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力經(jīng)試驗得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力和溫度有單值對應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）和溫度有單值對應(yīng)關(guān)系。（塔底餾出物甲苯也一樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量。從工藝合理性

11、考慮，選擇溫度作為被控變量。 例例4：卷煙生產(chǎn)中的煙葉含水率：卷煙生產(chǎn)中的煙葉含水率例例5：混凝土生產(chǎn)中的塌落度控制：混凝土生產(chǎn)中的塌落度控制例例6：奶粉生產(chǎn)中的含水率：奶粉生產(chǎn)中的含水率（2 2）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，容易被測量。被控變量必須靈敏，容易被測量。（3）選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性上例中，選擇塔內(nèi)溫度作被控變量，就是考上例中，選擇塔內(nèi)溫度作被控變量，就是考慮了工藝上，塔內(nèi)壓力是最佳分離效率控制系統(tǒng)的慮了工藝上，塔內(nèi)壓力是最佳分離效率控制系統(tǒng)的被控變量。被控變量。上例中，若塔頂、塔底的產(chǎn)品

12、純度都分別設(shè)上例中，若塔頂、塔底的產(chǎn)品純度都分別設(shè)置溫控系統(tǒng)，會相互干擾，存在關(guān)聯(lián)。因此，若采置溫控系統(tǒng)，會相互干擾，存在關(guān)聯(lián)。因此，若采用簡單控制系統(tǒng)，只能設(shè)置一個溫控系統(tǒng)，保證塔用簡單控制系統(tǒng)，只能設(shè)置一個溫控系統(tǒng)，保證塔頂或塔底一端的產(chǎn)品質(zhì)量。頂或塔底一端的產(chǎn)品質(zhì)量。3.2.3控制參數(shù)（操縱量）選擇控制參數(shù)（操縱量）選擇把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量稱為作用的變量稱為控制變量控制變量或或操縱變量操縱變量。最常見的操。最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的?？v變量

13、的。 LC LTh控制變量的確定控制變量的確定被控變量選定以后，應(yīng)對工藝進行分析，找出被控變量選定以后，應(yīng)對工藝進行分析，找出所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是可控的，有些是不可控的?？煽氐模行┦遣豢煽氐?。q在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被控在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被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對象特性對控制品質(zhì)影響的分析：對象特性對控制品質(zhì)影響的分析：1

14、過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響過程（通道）靜態(tài)特性對控制品質(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) 擾動通道的傳遞函數(shù)。擾動通道的傳遞函數(shù)。 Gc(s) Gf(s) Go(s)X(s)Y(s)F(s) 被控參數(shù)被控參數(shù)y(t)受到設(shè)定信號受到設(shè)定信號x(t)和干擾信號和干擾信號f(t)的的共同影響：共同影響：000( )( )( )( )X( )( )1( )( )1( )( )fcccG

15、sGs GsY ssFsGs GsGs Gs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) 代入系統(tǒng)偏差公式中：代入系統(tǒng)偏差公式中：)()()(sYsXsE將將 可見，控制通道偏差和干擾通道偏差的傳函可見，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：11sTK)s(GK)s(GsTK)s(Gfffccooo)()()()()(1)()()()(11)(sEsEsFsGsGsGsXsGsGsEfxocfoc+=+=11sTK)s(GK)s(GsTK)s(Gfffccooo000( )( )( )

16、( )X ( )( )1( )( )1( )( )fcccGsGs GsY ssFsGs GsGs Gs)()1(1)()()(11)(sXKKsTsTsXsGsGsEcoooocx+=+=)() 1() 1)(1() 1()()()(1)()(sFsTKKsTsTsTKsFsGsGsGsEfcofoofocff+=+=vK0Kc越大，控制作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越??；越大，控制作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越?。籿Kc越大，被調(diào)參數(shù)對控制作用的反應(yīng)越靈敏，越大，被調(diào)參數(shù)對控制作用的反應(yīng)越靈敏，系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性越低。系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性越低。vKf越大，干擾作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越大。越大，干擾作用越強，穩(wěn)態(tài)誤差越大。

17、故應(yīng)選放大系數(shù)大的變量作為控制變量。故應(yīng)選放大系數(shù)大的變量作為控制變量。 例：合成氨廠變換爐 CO + H2O = CO2 + H2 N2 + 3H2 = 2NH3被控變量：反應(yīng)溫度控制量：？干擾量：煤氣流量、壓力、溫度、成分；蒸汽流量、壓力；冷激量；觸媒活性 操縱量三種選擇：冷激量、煤氣量、蒸汽量 1001001=/0.85004002.51002=/0.31500625014.513=/0.4850016.5KKK 溫度相對變化量冷激量相對變化量溫度相對變化量煤氣量相對變化量溫度相對變化量蒸汽量相對變化量2過程（通道）動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響過程（通道）動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響2.1干擾通

18、道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響干擾通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響(1)時間常數(shù)時間常數(shù)Tf 的影響的影響 f( )(1)Y (s)( )( )1( )( )(1)(1)(1)ffocoofocfG sK T sF sF sG s G sT sT sK K T s Gc(s) Gf(s) Go(s)X(s)Y(s)F(s) 干擾通道的慣性因子（干擾通道的慣性因子（Tf s+1）使干擾作用）使干擾作用的的影響緩慢。影響緩慢。vTf 越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。利于控制。 vTf 越大，慣性越強，對干擾的越大，慣性越強，對干擾的“濾波濾波”效果效果

19、越明顯，干擾對輸出的動態(tài)影響越小，所以希望越明顯，干擾對輸出的動態(tài)影響越小，所以希望Tf越大越好。越大越好。 因為，因為， f 使干擾對被使干擾對被控變量的影響推遲了控變量的影響推遲了f 時間時間，則控制作用也推遲則控制作用也推遲f 時間時間 ，整個過渡過程曲線也推遲整個過渡過程曲線也推遲時間時間f ，但控制品質(zhì)未變。但控制品質(zhì)未變。f( )(1)Y (s)( )( )1( )( )(1)(1)(1)ffocoofocfG sK T sF sF sG s G sT sT sK K T s含有含有e f s例：例：某控制系統(tǒng)中，干擾某控制系統(tǒng)中，干擾f1、f2、f3分別在三個分別在三個位置進入系

20、統(tǒng)。干擾離被控變量檢測點越遠(yuǎn)，則干位置進入系統(tǒng)。干擾離被控變量檢測點越遠(yuǎn)，則干擾通道的時間常數(shù)越大，對被控變量的影響越慢。擾通道的時間常數(shù)越大，對被控變量的影響越慢。010203f30G(s)G(s)G(s)Y ( )( )1( )( )csF sGs Gs0201012100G( )G(s)( )( )( )1( )( )1( )( )ccsGsFsF sGs GsGs Gs（3 3）干擾作用位置對控制質(zhì)量的影響）干擾作用位置對控制質(zhì)量的影響 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)控制作用見效時，被調(diào)參數(shù)已經(jīng)變化較大快；當(dāng)控制作用見效時，被調(diào)

21、參數(shù)已經(jīng)變化較大造成動態(tài)偏差較大。造成動態(tài)偏差較大。 所以擾動進入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測點越所以擾動進入系統(tǒng)的位置離被控參數(shù)檢測點越遠(yuǎn)，干擾對被控參數(shù)影響越小。遠(yuǎn)，干擾對被控參數(shù)影響越小。 y(t)yk(t)tyyk(t)yy(t)tyk(t)yy(t)t總結(jié)：總結(jié)：干擾通道的慣性因子（干擾通道的慣性因子（Tf s+1）使干擾作用）使干擾作用的的影響緩慢。影響緩慢。vTf 越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。利于控制。 vTf 越大，慣性越強，對干擾的越大，慣性越強，對干擾的“濾波濾波”效果效果越明顯，干擾對輸出的動態(tài)影響越小，所以希望越明顯

22、，干擾對輸出的動態(tài)影響越小，所以希望Tf越大越好。越大越好。v干擾進入系統(tǒng)的位置離被控變量檢測點越遠(yuǎn)，干擾進入系統(tǒng)的位置離被控變量檢測點越遠(yuǎn)，則則Tf 越大，控制時最大偏差越小。越大，控制時最大偏差越小。v干擾的幅值越小越好。干擾的幅值越小越好。 2.2 控制通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響控制通道動態(tài)特性對控制品質(zhì)的影響（1）時間常數(shù)）時間常數(shù)T的影響的影響tGCGVGO2GFGmfreGO1yv控制通道控制通道G01的時間常的時間常數(shù)數(shù)T01增大，使控制速度變增大，使控制速度變慢，最大偏差增大。慢，最大偏差增大。vG02是控制、干擾共用是控制、干擾共用通道，通道，T02不影響最大偏差不影響最大

23、偏差v時間常數(shù)太小穩(wěn)定性時間常數(shù)太小穩(wěn)定性下降下降y2(t)yk(t)yy1(t)y2(t)yk(t)tyy1(t)01（2）滯后）滯后0影響影響v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)220202GCGVGO2GFGmfreGO1y（3）控制通道的時間常數(shù)匹配的影響）控制通道的時間常數(shù)匹配的影

24、響這是因為，當(dāng)廣義被控過程近似為：這是因為，當(dāng)廣義被控過程近似為：其相應(yīng)的臨界穩(wěn)定增益為：其相應(yīng)的臨界穩(wěn)定增益為：控制效果見P149：表32越有利。的條件下，對保持質(zhì)量利，在保持一定穩(wěn)定性有越大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性越錯開，由此可見，時間常數(shù)越0K2332133112210/2TTTTTTTTTTTTK,) 1)(1)(1()(3210時，由控制理論可知sTsTsTKsG小結(jié)：小結(jié)： 控制通道時間常數(shù)控制通道時間常數(shù)T0 小一些好。表明控制變量小一些好。表明控制變量對被控變量的影響迅速，有利于控制。對被控變量的影響迅速，有利于控制。 控制通道純控制通道純滯后滯后0越小越好。越小越好。 0會使控制時間延

25、長、最大偏差會使控制時間延長、最大偏差增大。幾個時間常數(shù)滿足錯開原理。增大。幾個時間常數(shù)滿足錯開原理。 控制變量的選擇原則：控制變量的選擇原則： 1、控制通道應(yīng)當(dāng)放大系數(shù)大、時間常數(shù)小、純、控制通道應(yīng)當(dāng)放大系數(shù)大、時間常數(shù)小、純滯后越小越好。滯后越小越好。 2、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)濟性。要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟性。 總結(jié)：總結(jié)：操縱量的選擇原則： 從放大系數(shù)上： 從干擾通道上； 從控制通道上； 從工藝可行和經(jīng)濟性上考慮；3.8 單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計實例單回路控制系統(tǒng)工程設(shè)計實例 3.8.1噴霧式干燥設(shè)

26、備控制系統(tǒng)設(shè)計噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計如圖是奶粉生產(chǎn)工藝中的噴霧式干燥設(shè)備。此如圖是奶粉生產(chǎn)工藝中的噴霧式干燥設(shè)備。此工藝要求保證奶粉含水量在工藝要求保證奶粉含水量在2%2.5%。已濃縮的奶液從儲已濃縮的奶液從儲槽流下，經(jīng)過濾后從干槽流下，經(jīng)過濾后從干燥器頂部噴出。干燥空燥器頂部噴出。干燥空氣被加熱后經(jīng)風(fēng)管吹入氣被加熱后經(jīng)風(fēng)管吹入干燥器。滴狀奶液在熱干燥器。滴狀奶液在熱風(fēng)中干燥成奶粉，并被風(fēng)中干燥成奶粉，并被氣流帶出干燥器。氣流帶出干燥器。3.8.1.1 控制方案設(shè)計控制方案設(shè)計1. 被控參數(shù)選擇被控參數(shù)選擇按工藝要求應(yīng)首選奶粉含水量為被控變量，但按工藝要求應(yīng)首選奶粉含水量為被控變量，但此類

27、在線測量儀表精度低、速度慢。此類在線測量儀表精度低、速度慢。試驗發(fā)現(xiàn)，奶粉含水試驗發(fā)現(xiàn)，奶粉含水量與干燥器出口溫度之間量與干燥器出口溫度之間存在單值關(guān)系。出口溫度存在單值關(guān)系。出口溫度穩(wěn)定在穩(wěn)定在1502，則奶粉，則奶粉含水量符合含水量符合2%2.5% 。因此選干燥器出口流體溫因此選干燥器出口流體溫度為被控變量。度為被控變量。2. 控制變量選擇控制變量選擇影響干燥器出口奶粉流體溫度的主要影響干燥器出口奶粉流體溫度的主要可控可控因素因素有：有：乳液流量變化乳液流量變化 f1 旁路空氣流量變化旁路空氣流量變化 f2 加熱蒸汽流量變化加熱蒸汽流量變化 f3 若分別以這三個變量若分別以這三個變量為控制

28、變量，可以得到三為控制變量，可以得到三個不同的控制方案。個不同的控制方案。 f2 f1 f3 影響量作用的位置不同：影響量作用的位置不同：f3蒸氣流量蒸氣流量f2旁路冷風(fēng)流量旁路冷風(fēng)流量f1乳液流量乳液流量 熱交換器熱交換器T=100, T=100送風(fēng)管道送風(fēng)管道 =3干燥器干燥器 Go f2 f1 f3 乳液流量變化乳液流量變化f1的作的作用通道最短；旁路空氣流用通道最短；旁路空氣流量變化量變化f2的作用通道增加了的作用通道增加了3秒的滯后；加熱蒸汽流量秒的滯后；加熱蒸汽流量變化變化f3的作用通道又增加了的作用通道又增加了兩個兩個100秒的雙容滯后。秒的雙容滯后。q調(diào)節(jié)方案：調(diào)節(jié)方案：方案方

29、案1：取乳液流量取乳液流量為控制變量（調(diào)節(jié)閥為控制變量（調(diào)節(jié)閥1） v控制通道最短控制通道最短f3f2f1 熱交換器熱交換器送風(fēng)管道送風(fēng)管道干燥器干燥器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器變送器變送器ry方案方案2：取旁通冷風(fēng)流取旁通冷風(fēng)流量為控制變量（調(diào)節(jié)閥量為控制變量（調(diào)節(jié)閥2）v由于有送風(fēng)管路的傳由于有送風(fēng)管路的傳遞滯后存在，較方案遞滯后存在，較方案1多一多一個純滯后環(huán)節(jié)個純滯后環(huán)節(jié)=3sf3f2f1 熱交換器熱交換器風(fēng)管風(fēng)管干燥器干燥器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥2調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器變送器變送器ryv熱交換器為雙容特?zé)峤粨Q器為雙容特性，因而調(diào)節(jié)通道又多性，因而調(diào)節(jié)通道又多了兩個容量滯后，時間了兩個容量滯后，時間常數(shù)都

30、是常數(shù)都是T = 100秒。秒。 方案方案3：取蒸汽流量取蒸汽流量為控制變量（調(diào)節(jié)閥為控制變量（調(diào)節(jié)閥3）f3f2f1換熱器換熱器風(fēng)管風(fēng)管干燥器干燥器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥3調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器變送器變送器ry 已知系統(tǒng)各部件的模型：干燥筒：換熱器：風(fēng)管：檢測元件：soesK231) 15 . 8(22) 1100(sKose3) 15(3sKo K未給出，從略； 控制通道 方案1 方案2 方案3時間常數(shù)T 8.5 8.5 100,8.5階次 3 3 2 + 3滯后時間 2 2+3=5 2+3=5 干擾通道 方案1 方案2 方案3時間常數(shù)Tf 100,8.5 8.5 100,8.5 8.5 8.5 8.5階次

31、2 3 3 2 3 3 3 3滯后時間 2+3=5 5 5 2 5 2 q 控制方案的判別：控制方案的判別： 從控制效果考慮，方從控制效果考慮，方案案1的調(diào)節(jié)通道最短，控制的調(diào)節(jié)通道最短，控制性能最佳；方案性能最佳；方案2次之，方次之，方案案3最差。但從工藝合理性最差。但從工藝合理性考慮，方案考慮，方案1并不合適。并不合適。因為乳液量應(yīng)按該裝置的最大生產(chǎn)能力控制，且因為乳液量應(yīng)按該裝置的最大生產(chǎn)能力控制，且在濃縮乳液管道上裝調(diào)節(jié)閥，容易使調(diào)節(jié)閥堵塞而影在濃縮乳液管道上裝調(diào)節(jié)閥，容易使調(diào)節(jié)閥堵塞而影響控制效果。因此，選擇方案響控制效果。因此，選擇方案2比較合適。即：將調(diào)比較合適。即：將調(diào)節(jié)閥裝在旁通冷風(fēng)管道上。節(jié)閥裝在旁通冷風(fēng)管道上。2.檢測儀表、調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律選擇檢測儀表、調(diào)節(jié)閥及調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律選擇溫度傳感器及變送器溫度傳感器及變送器選用熱電阻溫度傳感器。為了減少測量滯后，溫度選用熱電阻溫度傳感器。為了減少測量滯后，溫度傳感器應(yīng)安裝在干燥器出口附近。傳感器應(yīng)安裝在干燥器出口附近。調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥選擇氣關(guān)型調(diào)節(jié)風(fēng)閥。其流量特性近似線性。選擇氣關(guān)型調(diào)節(jié)風(fēng)閥。其流量特性近似線性。調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器可選模擬式或數(shù)字式調(diào)節(jié)器。根據(jù)控制精度要求可選模擬式或數(shù)字式調(diào)節(jié)器。根據(jù)控制精度要求（偏差（偏差2），采用），采用PI或或PID調(diào)節(jié)