過(guò)程控制系統(tǒng)教學(xué)課件

1、過(guò)程控制系統(tǒng)及工程,§0-1 課程的性質(zhì)和教學(xué)安排,凡是采用數(shù)字或模擬控制方式對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的某一或某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制通稱為過(guò)程控制。(另有運(yùn)動(dòng)控制方向),1、過(guò)程控制的概念,第0章 緒論,,,,,,,3、教學(xué)安排,4、主要參考書(shū),(1)、過(guò)程控制工程，孫洪程，化學(xué)化工出版社,（1）學(xué)時(shí):40學(xué)時(shí)；（2）實(shí)驗(yàn)情況：6個(gè)實(shí)驗(yàn)，12學(xué)時(shí),(2)、從實(shí)際應(yīng)用看,(1)、從專業(yè)特點(diǎn)看,,2、過(guò)程控制是自動(dòng)化專業(yè)的主要內(nèi)容之一,

2、§0-2 過(guò)程控制的發(fā)展概況,生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、減少成本、改善勞動(dòng)條件、保證安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率重要手段，一直起著極其重要的作用。其發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)方面,,過(guò)程控制系統(tǒng)在控制結(jié)構(gòu)上經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：分散控制階段, 集中控制階段和集散控制階段。 從過(guò)程控制采用的理論與技術(shù)手段來(lái)看，可以粗略地把它劃為三個(gè)階段：,第一階段 70 年代之前 初級(jí)階段，包括人工控制，以古典控制理論為主要基礎(chǔ)，采用常

3、規(guī)氣動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)儀表，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、流量、壓力和液位進(jìn)行控制，在諸多控制系統(tǒng)中，以單回路結(jié)構(gòu)、PID 策略為主，同時(shí)針對(duì)不同的對(duì)象與要求，創(chuàng)造了一些專門的控制系統(tǒng)，如：使物料按比例配制的比值控制，克服大滯后的Smith 預(yù)估器，克服干擾的前饋控制和串級(jí)控制等等，這階段的主要任務(wù)是穩(wěn)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)定值控制。這與當(dāng)時(shí)生產(chǎn)水平是相適應(yīng)的。,第二階段（70 年代——90 年代初） 發(fā)展階段，以現(xiàn)代控制理論為主要基礎(chǔ)，以微型計(jì)算機(jī)和高檔

4、儀表為工具，對(duì)較復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制。這階段的建模理論、在線辨識(shí)和實(shí)時(shí)控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先進(jìn)控制系統(tǒng)和高級(jí)控制策略，如克服對(duì)象特性時(shí)變和環(huán)境干擾等不確定影響的自適應(yīng)控制，消除因模型失配而產(chǎn)生不良影響的預(yù)測(cè)控制等。這階段的主要任務(wù)是克服干擾和模型變化，滿足復(fù)雜的工藝要求，提高控制質(zhì)量。1975 年，世界上第一臺(tái)分散控制系統(tǒng)在美國(guó)Honeywell公司問(wèn)世，從而揭開(kāi)了過(guò)程控制嶄新的一頁(yè)。分散控制系統(tǒng)也叫集散控制系統(tǒng)，它

5、綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，采用多層分級(jí)的結(jié)構(gòu)形式,按總體分散、管理集中的原則，完成對(duì)工業(yè)過(guò)程的操作、監(jiān)視、控制。由于采用了分散的結(jié)構(gòu)和冗余等技術(shù)，使系統(tǒng)的可靠性極高，再加上硬件方面的開(kāi)放式框架和軟件方面的模塊化形式，使得它組態(tài)、擴(kuò)展極為方便，還有眾多的控制算法(幾十至上百種) 、較好的人—機(jī)界面和故障檢測(cè)報(bào)告功能。經(jīng)過(guò)20 多年的發(fā)展，它已日臻完善，在眾多的控制系統(tǒng)中，顯示出出類拔萃的風(fēng)范，因此，可以毫不夸張地說(shuō)，

6、分散控制系統(tǒng)是過(guò)程控制發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。,第三階段 90 年代后。 高級(jí)階段。目前，過(guò)程控制正朝高級(jí)階段走來(lái)，不論是從過(guò)程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過(guò)程控制發(fā)展的必要性、可能性來(lái)看，過(guò)程控制是朝綜合化、智能化方向發(fā)展，以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、計(jì)劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)庫(kù)到產(chǎn)品出廠的自動(dòng)化、整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。它表現(xiàn)的最大特征是仿人腦功能，這一點(diǎn)在某種程度上是回

7、復(fù)到初級(jí)階段的人工控制，但更多的是在人工控制基礎(chǔ)上的進(jìn)步與飛躍。,§0-3 過(guò)程控制的特點(diǎn),過(guò)程控制的目的：保持過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)為一定值或按一定規(guī)律變化。,1、被空對(duì)象的多樣性 2、對(duì)象特性的難辨性 白色系統(tǒng)、黑色系統(tǒng)、灰色系統(tǒng)的概念 3、普遍存在滯后 4、特性往往具有非線性。,,1-1典型單回路控制系統(tǒng),§0-4 過(guò)程控制的組成及術(shù)語(yǔ),一、系統(tǒng)組成,1、控制原理

8、(如下圖),以液體儲(chǔ)槽的水位控制為例進(jìn)行說(shuō)明。,液位變送器,液位控制器,執(zhí)行器,,2、系統(tǒng)方塊圖,,,,,,,,,3、主要組成部分,(1)、被控對(duì)象：生產(chǎn)過(guò)程中被控制的工藝設(shè)備或裝置。 (2)、檢測(cè)變送單元：儀表課中已做介紹。 (3)、控制器：實(shí)時(shí)地對(duì)被控系統(tǒng)施加控制作用。 (4)、執(zhí)行器：將控制信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)控制閥。常見(jiàn)的有氣動(dòng)和電動(dòng)兩種。 (5)、控制閥：控制進(jìn)料量。有氣開(kāi)式和氣關(guān)式之別。,1、被控對(duì)象

9、 (簡(jiǎn)稱對(duì)象或過(guò)程)：前已述及。2、被控變量：按照生產(chǎn)過(guò)程要求，某些變量應(yīng)該維持在穩(wěn)定的變化范圍內(nèi)，如果對(duì)其施加控制作用，就稱其為被控參數(shù)。如溫度、壓力、流量、液位、成分等。,二、常用術(shù)語(yǔ),,3、干擾: 凡是影響被控量的各種作用均叫做干擾或擾動(dòng)。4、操縱量：受控于執(zhí)行器(控制閥)，用于調(diào)節(jié)被控變量大小的物理量，稱為操縱變量。它是系統(tǒng)的一種擾動(dòng)。 5、測(cè)量值：被控變量經(jīng)檢測(cè)變送后即是測(cè)量值。6、給定值：即被控變量的設(shè)定值

10、。7、偏差值：準(zhǔn)確地說(shuō)，應(yīng)是被控量的給定值與實(shí)際值之差。但能夠直接得到的信號(hào)是被控量的測(cè)量值，故通常把測(cè)量值與給定值之差稱作為偏差。 對(duì)于控制系統(tǒng)而言，外部輸入為給定值，故偏差定義為：給定值-測(cè)量值（sp-pv） 對(duì)于控制器而言，外部輸入為測(cè)量值，故偏差定義為：測(cè)量值-給定值（pv-sp） 8、調(diào)節(jié)器輸出：根據(jù)偏差值、經(jīng)一定算法得到的輸出值。調(diào)節(jié)器輸出亦稱控制作用。,,一、一般分類,1、按工藝參數(shù)分類：,有溫度控

11、制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、成分控制系統(tǒng)、物位控制系統(tǒng)等。,2、按系統(tǒng)的任務(wù)分類：,有比例控制、均勻控制、前饋控制等。,,,,,,,,,§0-5 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類,,二、按設(shè)定值形式分類,5、按是否形成閉合回路分類：,是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最大的一種過(guò)程控制系統(tǒng)。在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近波動(dòng)。,4、按控制器的動(dòng)作分類：,有開(kāi)環(huán)、閉環(huán),1、定值控制系

12、統(tǒng),,,,P,PI,PID,,位式,,,2、隨動(dòng)控制系統(tǒng),其給定值按預(yù)定的時(shí)間程序來(lái)變化。如機(jī)械工業(yè)中的退火爐的溫度控制系統(tǒng)，其給定值是按升溫、 保溫、 逐次降溫等程序變化的。家用電器中應(yīng)用定值控制系統(tǒng)的也很多，如電腦控制的洗衣機(jī)、電飯煲等。,是一種被控量的給定值隨時(shí)間任意變化的控制系統(tǒng)。它的主要作用是克服一切擾動(dòng)，使被控量隨時(shí)跟蹤給定值。,3、程序控制系統(tǒng),,,,,,1、衰減比,見(jiàn)圖,一般認(rèn)為，n=4:1時(shí)穩(wěn)定性好，但溫度等慢

13、變化過(guò)程約取10:1為好，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活處理。,2、衰減率,是衡量過(guò)度過(guò)程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)(于遞減比含義相同).一般取?=0.75～0.9。,§0-6 控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),見(jiàn)圖,,3、動(dòng)態(tài)偏差（亦即超調(diào)量）,為被控量偏離穩(wěn)定值或設(shè)定值的最大偏差值。其它課程已做介紹，不再詳述。,4、調(diào)節(jié)時(shí)間、靜態(tài)偏差（即余差）,見(jiàn)以下兩圖中的C。,,,超調(diào)量,上升時(shí)間,調(diào)節(jié)時(shí)間,穩(wěn)態(tài)誤差e(∞),數(shù)學(xué)模型的有關(guān)概念,數(shù)學(xué)模型:指過(guò)程在各

14、輸入量的作用下，其相應(yīng)輸出量變化的函數(shù)關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式。通道:輸入量與輸出量間的信號(hào)聯(lián)系。 控制通道--控制作用與被控量間的信號(hào)聯(lián)系； 擾動(dòng)通道--擾動(dòng)作用與被控量間的信號(hào)聯(lián)系。,0-7 過(guò)程控制對(duì)象的特性,,一.自衡過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,自衡的定義：對(duì)象受到干擾作用后，平衡狀態(tài)被破壞 ，無(wú)須外加任何控制作用，依靠對(duì)象本身自動(dòng)平衡的傾向，逐漸地達(dá)到新的平衡狀態(tài)的性質(zhì)，稱為平衡能力。,(一)、單容

15、過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,1、單容過(guò)程的定義：只有一個(gè)儲(chǔ)蓄容量的過(guò)程。如下頁(yè)圖所示。,0-8 有自平衡能力對(duì)象特性,,,過(guò)程演示,2-1,,返回,2、參量關(guān)系分析,討論：(1)、靜態(tài)時(shí)，q10=q20=dh0/dt=0 ; (2)、當(dāng)q1變化時(shí)?h變化? q2變化。 經(jīng)線性化處理，有,其中，R2為閥門2的阻力，稱為液阻或流阻。,,3、建立數(shù)學(xué)模型,由式(*)可畫(huà)出框圖如圖所示。即

16、 AsR2H(s)+H(s)=R2Q1(s) , 故,式中，時(shí)間常數(shù)TO=AR2=R2C , C為容量系數(shù)(或容量)。,由式(2-6)和式(2-7)，有,,(1)、容量C 含義：生產(chǎn)設(shè)備和傳輸管路都具有一定的儲(chǔ)蓄物質(zhì)或能量的能力。被控對(duì)象儲(chǔ)存能力的大小，稱為容量或容量系數(shù)，其意義是：引起單位被控量變化時(shí)，被控過(guò)程儲(chǔ)存量變化量。

17、 種類：有電容、熱容、氣容、液容等等。 (2)、阻力 概念：凡是物質(zhì)或能量的轉(zhuǎn)移，都要克服阻力，阻力的大小決定于不同的勢(shì)頭和流率。 種類：電阻、熱阻、氣阻、流(液)阻。,4、容量和阻力的概念,,返回,(二)、具有純滯后單容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,1、純滯后的概念 純滯后是普遍存在的，如下頁(yè)圖所示。,2、數(shù)學(xué)模型,,無(wú)純滯后,有純滯后,,(三)、多容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,1、多容過(guò)程是工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的，如下兩圖。,,2

18、-5,,h1,h2,2、三容過(guò)程的微分方程模型: 如式(2-10),,3、三容過(guò)程的方框圖,由式(2-10)的拉氏變換，可得圖2-6。,4、三容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型由圖2-6，應(yīng)用自控理論即可獲得其模型。,,無(wú)自衡過(guò)程的概念：如下圖。,,,(四)、無(wú)自平衡能力對(duì)象特性,(1)、單容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,1、參量關(guān)系分析 在自衡過(guò)程(圖2-7)下，有,,返回,而在無(wú)自衡過(guò)程(圖2-8)下，因q2=0，故,2、傳遞函數(shù),二容、三容過(guò)程形式：如圖

19、2-9、圖2-10所示。,(2)、多容過(guò)程的數(shù)學(xué)模型,,圖2-8,,2-10,,第一章 單回路控制系統(tǒng),§1-1 概述,1、典型例子：見(jiàn)下圖,一、單回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成,單回路控制系統(tǒng)又稱為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。雖然簡(jiǎn)單，但應(yīng)用較廣；過(guò)程控制的基本概念主要是在本章建立的。因此，本章內(nèi)容無(wú)疑是重點(diǎn)之一。,,液位變送器,液位控制器,執(zhí)行器,,控制器選擇反作用，分兩種情況討論該控制系統(tǒng)：情況1：流入量突然增大（正偏差）情況2：流出量

20、突然增大（負(fù)偏差）,氣開(kāi),2、系統(tǒng)方框圖,,,,,,,,,,,3、特點(diǎn),①最簡(jiǎn)單、最基本；應(yīng)用最廣泛、最成熟。 ②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)。 ③適用于被控對(duì)象滯后時(shí)間較小，負(fù)載和干擾不大，控制質(zhì)量要求不很高的場(chǎng)合。,二、 過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求,1、安全性2、穩(wěn)定性3、經(jīng)濟(jì)性,三、 過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟,1、建立被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型2、選擇控制方案3、選擇控制設(shè)備型號(hào)規(guī)格4、實(shí)驗(yàn)（與仿真）,,四、控制系統(tǒng)的工

21、程考慮,包括儀表（微機(jī)）選型、控制室和儀表盤設(shè)計(jì)、供水供電供氣設(shè)計(jì)、信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全防暴設(shè)計(jì)等。,3、工程安裝,4、儀表調(diào)試,5、參數(shù)整定,2、工程設(shè)計(jì),1、方案設(shè)計(jì),是整個(gè)控制工程設(shè)計(jì)中最重要的一步，應(yīng)注意：(1)、合理選擇被控量(被控參數(shù))和操縱量(控制參數(shù))(2)、對(duì)象信息的獲取和變送(3)、執(zhí)行器的選擇(4)、控制器的選擇,,? 是控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。 ? 恰當(dāng)?shù)倪x擇對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量

22、和質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件有很大的作用。 ? 若選擇不當(dāng)，則不論組成什么樣的控制系統(tǒng)，選擇多么先進(jìn)的過(guò)程檢測(cè)控制儀表，都不能達(dá)到良好的控制效果。 影響正常操作的因素很多，但并非都需加以控制。只有根據(jù)工藝要求，深入分析工藝過(guò)程，才能選擇出合適、可測(cè)的工藝參數(shù)。,1.選擇的意義,§1-2 被控變量的選擇,,2. 選擇方法,(2).選間接參數(shù) 當(dāng)選直接參數(shù)（如密度、粘度、成分含量）有困難時(shí)采用。(如用反應(yīng)釜的溫度控

23、制間接實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量控制。),(1).選直接參數(shù) 即能直接發(fā)映生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安全運(yùn)行的參數(shù)。多為溫度、壓力、流量、液位為直接參數(shù)指標(biāo)的。,,3. 選間接參數(shù)的原則,? 必須考慮工藝生產(chǎn)的合理性和儀表的現(xiàn)狀。 ? 間接參數(shù)應(yīng)與直接參數(shù)有某種單值函數(shù)關(guān)系。 ? 間接參數(shù)要有足夠的靈敏度。,,P3 精餾例子,當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中有多個(gè)因素能影響被控變量變化時(shí)，應(yīng)分析過(guò)程擾動(dòng)通道特性與控制通道特性對(duì)控制

24、質(zhì)量的影響，正確地選擇可控性良好的變量作為操縱(控制)量。 一般希望控制通道克服擾動(dòng)的能力要強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)比擾動(dòng)通道快。,,通道的概念：某個(gè)參數(shù)影響另一個(gè)參數(shù)的通路。 F1~Fn為系統(tǒng)的輸入，在F1~Fn中選取某一個(gè)作為操縱變量，那么其他的則稱為干擾。,§1-3 對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響及操縱變量的選擇,1.3.1 干擾通道特性對(duì)控制質(zhì)量的影響,,突出干擾作用: 框圖如下圖所示,,,(1)干擾通道放大倍數(shù)Kf

25、的影響,運(yùn)用終值定理,KC——控制器放大倍數(shù),K0——被控對(duì)象放大倍數(shù),即系統(tǒng)殘差，越小,Kf越小,要求,(2)干擾通道時(shí)間常數(shù)Tf的影響,結(jié)論： Tf越大，信號(hào)被衰減的越多，即濾波作用越強(qiáng)，那么干擾信號(hào)對(duì)被控變量的影響越弱,,結(jié)論：干擾通道時(shí)間常數(shù)越大，個(gè)數(shù)越多，或者說(shuō)干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥，干擾對(duì)被控變量的影響越小，系統(tǒng)的質(zhì)量越高。,,(2-1)干擾進(jìn)入位置的影響,,(3)干擾通道純滯后的影響,結(jié)論：干擾通道的

26、純滯后時(shí)間僅使被控參數(shù)對(duì)其反應(yīng)在時(shí)間上平移了一段時(shí)間，理論上無(wú)影響。,,,,1.3.2 控制通道動(dòng)態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量的影響,(1)控制通道放大倍數(shù)K0的影響,ξ一定時(shí)，必有KCK0=常數(shù)。即K0越大則需要調(diào)整KC越小。整體系統(tǒng)由干擾產(chǎn)生的誤差也不改變。,,結(jié)論：系統(tǒng)余差y(∞)與K0無(wú)關(guān)，但K0大表示操縱量對(duì)控制變量的影響大，更為有效。當(dāng)該通道不選做控制通道（不選擇此干擾為操縱量），則該通道為干擾通道，此干擾對(duì)被控變量影響大，對(duì)系統(tǒng)不

27、利。,,(2)控制通道時(shí)間常數(shù)T0的影響,,ξ不變的情況下， T01或者T02的增大導(dǎo)致ωβ的下降，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制速度變慢。,根軌跡法有同樣的結(jié)論。,,(3) 控制通道純滯后的影響,C：無(wú)控制作用時(shí)的反應(yīng)曲線A：控制及時(shí)控制作用曲線D：控制及時(shí)反應(yīng)曲線B：控制不及時(shí)控制作用曲線E：控制不及時(shí)反應(yīng)曲線,,純滯后的存在會(huì)使控制不及時(shí)，動(dòng)態(tài)偏差（超調(diào)量）增大，穩(wěn)定性下降,1.3.3 操縱變量的選擇,1、所選的操縱變量必須是可控的；2

28、、所選的操縱變量應(yīng)是通道放大倍數(shù)比較大者，最好大于擾動(dòng)通道的放大倍數(shù)；3、所選的操縱變量應(yīng)使擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)越大越好，而控制通道時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)小一些為好，但不宜過(guò)??；4、所選的操縱變量其通道純滯后時(shí)間應(yīng)越小越好；5、所選的操縱變量應(yīng)盡量使干擾點(diǎn)遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥；6、注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。（不宜選用生產(chǎn)負(fù)荷作為操縱量）,,1.控制通道的放大系數(shù)K0要適當(dāng)選大一些；時(shí)間常數(shù)T0要適當(dāng)小一些；純滯后時(shí)間?0越小越好，?

29、0與T0之比應(yīng)小于1.2.擾動(dòng)通道的放大系數(shù)Kf應(yīng)盡可能?。粫r(shí)間常數(shù)Tf要大；擾動(dòng)引入系統(tǒng)的位置要遠(yuǎn)離控制過(guò)程(即靠近調(diào)節(jié)閥)；容量滯后愈大，愈有利于控制。3.注意工藝操作的合理性、經(jīng)濟(jì)性。,,,實(shí)例討論,例1：噴霧式乳粉干燥設(shè)備的控制。,,1.工藝流程：以乳化物的干燥過(guò)程為例來(lái)設(shè)計(jì)干燥器。由于乳化物屬于膠體物質(zhì)，激烈攪拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的辦法。濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過(guò)濾器A或B，慮去凝結(jié)塊和其他雜質(zhì)，并從干

30、燥器頂部由噴嘴噴下。有鼓風(fēng)機(jī)將一部分空氣送至換熱器，用蒸汽進(jìn)行加熱，并將與來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的另一部分空氣混合，經(jīng)風(fēng)管送往干燥器，由下而上吹，以便蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，并隨濕空氣一起由底部送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對(duì)干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很高，水分含量不能波動(dòng)太大，因而需要對(duì)干燥的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。,2.被控變量選擇：干燥器里的溫度 3.操縱變量的選擇(三種方案如圖所示),乳液流量f1；空氣流量f2；蒸汽流量f3,,1、圖a 乳液直接

31、進(jìn)入干燥器，控制通道的滯后最小，對(duì)被控溫度的校正作用最靈敏，而且干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置遠(yuǎn)離被控量，所以將乳液流量作為控制參數(shù)應(yīng)該是最佳的控制方案；但是，由于乳液流量是生產(chǎn)負(fù)荷，工藝要求必須穩(wěn)定，若作為控制參數(shù)則很難滿足工藝要求。所以，將乳液流量作為控制參數(shù)的控制方案應(yīng)盡可能避免。,2、旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器，它與圖a控制方案相比，控制通道存在一定的純滯后，對(duì)干燥溫度校正作用的靈敏度雖然差一些，但可通過(guò)縮短傳輸管道的長(zhǎng)度而減

32、小純滯后時(shí)間。,3、對(duì)圖c所示的控制方案分析可知，蒸汽需經(jīng)過(guò)換熱器的熱交換，才能改變空氣溫度。由于換熱器的時(shí)間常數(shù)較大，而且該方案的控制通道既存在容量滯后又存在純滯后，因而對(duì)干燥溫度校正作用的靈敏度最差。,討論后知，以風(fēng)量作控制參數(shù)為最佳選擇。,,§1.4 控制閥的選擇,§1.4.1 控制閥口徑的選擇,略,§1.4.2 控制閥開(kāi)、閉形式的選擇,1、生產(chǎn)安全出發(fā)2、保證產(chǎn)品質(zhì)量3、降低原料、成品、動(dòng)力耗損

33、來(lái)考慮4、介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。,,§1.4.2 控制閥流量特性的選擇,直線,對(duì)數(shù),快開(kāi),生產(chǎn)負(fù)荷,流量,保持在生產(chǎn)負(fù)荷變化時(shí)，衰減比n=4:1，有,不變，則,假設(shè),,,K0和F的平方根成正比，,,和F的平方根成反比，,故選擇線性的閥門。,,,,生產(chǎn)負(fù)荷G發(fā)生變化時(shí)：,利用,消去,,,線性閥門,§1.4.4 控制閥結(jié)構(gòu)形式的選擇,§1.4.5 閥門定位器的選用,§1-5 測(cè)量傳送滯后對(duì)控制質(zhì)量的影響及

34、克服辦法,§1.5.1 測(cè)量滯后的影響,測(cè)量滯后包括：測(cè)量環(huán)節(jié)的容量滯后和信號(hào)測(cè)量過(guò)程的純滯后,（1）容量滯后,（2）測(cè)量環(huán)節(jié)的純滯后,測(cè)量環(huán)節(jié)的純滯后和控制通道的純滯后的影響相同。,溫度參數(shù)和物性參數(shù)的測(cè)量很容易引入純滯后，且一般比較大。流量參數(shù)的測(cè)量滯后一般都比較小。,,§1.5.2 信號(hào)傳送滯后的影響,信號(hào)的傳送滯后包括： 測(cè)量信號(hào)傳送滯后

35、 控制信號(hào)傳送滯后,對(duì)于電號(hào)滯后時(shí)間常數(shù)=0,對(duì)于氣動(dòng)信號(hào)φ48×1：,純滯后時(shí)間ι=K1 ×L,時(shí)間常數(shù)T=K2×L,,,§1.5.3 克服測(cè)量、傳送滯后的方法,（1）克服測(cè)量滯后的辦法1、選擇惰性小的快速測(cè)量元件，以減小時(shí)間常數(shù)。2、選擇合適的測(cè)量點(diǎn)，以減少純滯后。3、使用微分單元，以克服測(cè)量環(huán)節(jié)的容量滯后。,通過(guò)調(diào)整使Tm=TD就可完全克服容量滯后。,,微分環(huán)節(jié)加入

36、位置分析：兩種加入位置,1、克服干擾效果對(duì)比,由方框圖有傳遞函數(shù)均為：,,2、設(shè)定值變化效果對(duì)比,1-23結(jié)構(gòu),1-24結(jié)構(gòu),,對(duì)比兩種結(jié)構(gòu)，后一種較前一種多了一個(gè)微分單元。,§1-6 控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響及控制規(guī)律的選擇,? 被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、變送裝置和控制閥確 定之后控制其參數(shù)是決定控制系統(tǒng)質(zhì)量唯一因素。 ? 根據(jù)對(duì)象特性和控制質(zhì)量要求選擇控制器的控制作用確 定控制器的類型。

37、,,,,§1.6.1 控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)誤差的影響,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)=穩(wěn)態(tài)誤差=靜態(tài)誤差=余差,利用終值定理,徹底消除靜差就需要引入積分環(huán)節(jié)：,,§1.6.2 控制器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差的影響,（1）比例放大倍數(shù)Kc,?隨著控制器放大系數(shù)Kc的增大，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。?隨著Kc的增大，余差將減少，但不能消除。?應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定裕度理論有同樣的結(jié)論。（ Kc 使系統(tǒng)幅頻特性曲線上移，而相頻特性不改變，從而降低了系統(tǒng)

38、的穩(wěn)定裕度）,,（2）積分時(shí)間Ti,,?積分控制作用能消除余差，但降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。?Ti愈小，穩(wěn)定性愈差（阻尼系數(shù)變?。?（3）微分時(shí)間TD,§1.6.3 控制規(guī)律的選擇,(1)、特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，但 有余差。(2)、適用：控制通道滯后較小，負(fù)荷變化不大， 允許被控量在一定范圍內(nèi)變化的系統(tǒng)。,控制器的選型應(yīng)由對(duì)象的特性和工藝要求確定。,1、P控制器的選擇,,,2、PI控制器的選擇,(1)

39、、特點(diǎn)：過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)無(wú)余差，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。 (2)、適用：滯后較小，負(fù)荷變化不大，被控量不允許有余差的控制系統(tǒng) 。,(1)、特點(diǎn)：對(duì)克服對(duì)象的容量滯后有顯著的效果。(2)、適用：負(fù)荷變化大，容量滯后大，控制質(zhì)量 要求很高的系統(tǒng)。,3、PID控制器的選擇,,§1-8 單回路系統(tǒng)的投運(yùn)和整定,控制系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的要求連好后，檢查線路無(wú)誤，所有儀表經(jīng)過(guò)檢查符合精度要求并運(yùn)行正常，則可著手進(jìn)行控制系統(tǒng)的投運(yùn)和控制器

40、參數(shù)的整定工作。,§1.8.0 控制器正、反作用的選擇,(1)方框圖的“+”、“-”號(hào)的判斷：a）環(huán)節(jié)輸入增加?輸出增加，則此環(huán)節(jié)方框圖為“+”，否則為“-” 。b）對(duì)于測(cè)量環(huán)節(jié)，輸出總是隨著測(cè)量量的增大而增加，故測(cè)量環(huán)節(jié)一般為“+”。c）氣開(kāi)閥符號(hào)為“+”，氣閉閥為“-”。d)控制器正作用符號(hào)為“+”，反作用為“-”。,,控制器正、反作用的選擇,?原則：使整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)---乘積為“-” 。,控制器正、反作

41、用選擇的判別式：(控制器“±”)(控制閥“±”)(對(duì)象“±”) =“-”,,,,,分析系統(tǒng)是否為負(fù)反饋系統(tǒng)！,§1.8.1 控制系統(tǒng)的投運(yùn),手動(dòng)—自動(dòng)狀態(tài)的無(wú)擾動(dòng)切換。,,§1.8.2 控制系統(tǒng)的整定,?比例度的概念：對(duì)于比例作用大小，工業(yè)控制器常用δ表示，其義為：,對(duì)于單元組合儀表:,,（1）系統(tǒng)整定的目的 ?如果控制方案已經(jīng)確定，則過(guò)程各通道的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性就已確定，系

42、統(tǒng)的控制質(zhì)量就取決于控制器各個(gè)參數(shù)值的設(shè)置。?控制器的參數(shù)整定，就是確定最佳過(guò)渡過(guò)程中控制器的比例度δ、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD的具體數(shù)值。?所謂最佳過(guò)渡過(guò)程，就是在某種質(zhì)量指標(biāo)下，系統(tǒng)達(dá)到最佳調(diào)整狀態(tài)。?4：1遞減比為最佳參數(shù)整定的常用依據(jù)。,?參數(shù)整定的方法: 1、理論整定法:時(shí)域法、頻率特性法、根軌跡法等。,,(2) 工程整定法：經(jīng)驗(yàn)湊試法、臨界比例度法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法等。,一、經(jīng)驗(yàn)湊試法,,,整定步驟,(1)在

43、純比例作用下(TI=?、TD=0)?系統(tǒng)閉環(huán)情況下，在比例度?按表的取值下，將系統(tǒng)投入運(yùn)行；?若曲線振蕩頻繁，則加大比例度?；?若趨于非周期，則減少?，求得滿意的4：1過(guò)渡過(guò) 程曲線。,(2)引入積分作用 (此時(shí)應(yīng)將上述?加大1.2倍),?將積分時(shí)間TI由大到小進(jìn)行整定； ?若曲線波動(dòng)較大，則應(yīng)增大TI； ?若曲線偏離給定值后長(zhǎng)時(shí)間回不來(lái)，則需減少TI， 以求得較好的

44、過(guò)渡過(guò)程曲線。,,,,(3)若需引入微分作用,?將TD按經(jīng)驗(yàn)值或按TD=(1/3--1/4)TI設(shè)置，并由小到大加入；?若曲線超調(diào)量大而衰減慢，則需增大TD；?若曲線振蕩厲害，則應(yīng)減小TD；?觀察曲線，再適當(dāng)調(diào)節(jié)?和TI，反復(fù)調(diào)試直到獲得滿意的過(guò) 渡過(guò)程曲線。,,,,(3)根據(jù)?K和TK值，采用表1-5中的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算?、TI、TD的值。,2、整定步驟(1)系統(tǒng)在閉環(huán)情況下，純比例作用下投入(TI=?,TD=0),比例度?適

45、當(dāng)(一般?=100%);(2)改變?觀察輸出y，每次改變?需要用設(shè)定值重新施加階躍干擾。若y呈現(xiàn)衰減振蕩，則減小?繼續(xù)觀察；若y呈現(xiàn)發(fā)散振蕩，則增大?；直到出現(xiàn)等幅振蕩過(guò)程，記下臨界比例度?K和臨界振蕩周期TK值。,二、穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法）,,,,1、特點(diǎn): 是目前工程上應(yīng)用較廣泛的一種控制器參數(shù)的整定方法。,(4) 按“先P后I最后D”的操作程序，將控制器整定參數(shù)調(diào)整到計(jì)算值上。,缺點(diǎn)是：1、只能用于2階以上系統(tǒng)或者1階帶有

46、純滯后的系統(tǒng)（能夠產(chǎn)生等幅振蕩）。2、對(duì)于嚴(yán)格控制系統(tǒng)等幅時(shí)間的系統(tǒng)無(wú)法應(yīng)用。,,,例3-1 用臨界比例度法整定某過(guò)程控制系統(tǒng)所得的比例度?K=20%,臨界振蕩周期TK=1min，當(dāng)控制器分別采用比例作用、比例積分作用、比例積分微分作用時(shí)，求其最佳整定參數(shù)值。,,解：應(yīng)用表1-5經(jīng)驗(yàn)公式， 可得(1)比例控制器 ?=2?K=2×20%=40%(2)比例積分控制器 ?=2

47、.2?K=2.2×20%=44% TI=0.85TK=0.85min(3)比例積分微分控制器 ?=1.7?K=1.7?20%=34% TI=0.5TK=0.5?1=0.5min TD=0.13Tk=0.13?1=0.13min,三、衰減曲線法,1.在系統(tǒng)閉環(huán)條件下，把參數(shù)置成純比例作用(TI

48、=?,TD=0)，比例度?適當(dāng)(一般?=100%) ；2.改變?觀察輸出y，每次改變?需要用設(shè)定值重新施加階躍干擾。若衰減比大于4:1，則減小?繼續(xù)觀察；若衰減比小于4:1，則增大?；直到出現(xiàn)等幅振蕩過(guò)程，記下此時(shí)的比例?s和振蕩周期Ts值。3.根據(jù)?s和Ts ，使用表1-6計(jì)算出控制器的各個(gè)整定參數(shù)值。,1、特點(diǎn)：是在總結(jié)穩(wěn)定邊界法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)提出來(lái)的。2、整定步驟：對(duì)于要求系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程達(dá)到4：1衰減的步驟如下。,,缺

49、點(diǎn)是：1、只能用于2階以上系統(tǒng)或者1階帶有純滯后的系統(tǒng)（能夠產(chǎn)生等幅振蕩）。,,例3-2 某溫度控制系統(tǒng)，采用4：1衰減曲線法整定控制器參數(shù)，得?S=20%，TS=10min，當(dāng)控制器分別為比例作用、比例積分作用、比例積分微分作用時(shí)，試求其整定參數(shù)值。,解 應(yīng)用表1-6中的經(jīng)驗(yàn)公式，可得 (1)比例控制器 ?=?S=20% (2)比例積分控制器 ?=1.2?S=1

50、.2?20%=24% TI=0.5TS=0.5?10=5min (3)比例積分微分控制器 ?=0.8?S=0.8?20%=16% TI=0.3TS=0.3?10=3min TD=0.1TS=0.1?10=1min,,四、響應(yīng)曲線法,2、整定步驟(1) 系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)穩(wěn)定情況下，手動(dòng)施加控制器輸出一階躍信號(hào)Δp，獲

51、取對(duì)象的響應(yīng)曲線，如下圖所示。,1、特點(diǎn)：依據(jù)對(duì)象的響應(yīng)曲線---飛升曲線整定參數(shù)，精度更高。,,(2)求取廣義對(duì)象的放大系數(shù)K0,(3)根據(jù)對(duì)象的K0 、T 0 、? 0 ，按下表3-4所給公式求出4：1衰減過(guò)程控制器的參數(shù)?、TI和 TD 。,式中 Δy ---被控參數(shù)測(cè)量值的變化量； Δp ---控制器輸出的變化量； ymax-ymin---測(cè)量?jī)x表的刻度范圍； pmax-pmin---控制器輸出變化范圍。,

52、,,解：本例中，?p=7-6=1mA pmax-pmin=10-0=10mA ?y=87.8-85.0=2.8℃ ymax-ymin=100-50=50℃ 所以,,例 在某一蒸汽加熱器的控制系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)II型控制器的輸出從6mA改變到7mA時(shí)，溫度記錄儀的指針從85℃升到87.8℃，從原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)。儀表的刻度為50?100℃，并測(cè)出

53、?O=1.2min,TO=2.5min。如采用PI和PID控制規(guī)律，試確定出整定參數(shù)。,因此，在PI控制器時(shí)：,?=1.1?27%=30%TI=3.3?1.2=4min,在PID控制器時(shí)： ?=0.85?27%=23% TI=2?1.2=2.4min TD=0.5?1.2=0.6min 解畢。,,引申：1、由階躍響應(yīng)曲線確定過(guò)程的傳遞函數(shù),1、確定一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù),

54、(1) 放大系數(shù),(2) 時(shí)間常數(shù):切線法：如右圖。,,(3)原理：,直線,的直線與,的交點(diǎn)為所求。,2、確定有時(shí)滯的一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù),2階系統(tǒng)可以近似為帶有滯后的1階慣性環(huán)節(jié)，切線法：如下圖：,,對(duì)正常生產(chǎn)影響小。轉(zhuǎn)換成階躍響應(yīng)的方法如下。,3、階躍擾動(dòng)法測(cè)定對(duì)象的響應(yīng)曲線,實(shí)驗(yàn)時(shí)往往會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)造成影響。,4、矩形脈沖法測(cè)定對(duì)象的響應(yīng)曲線,,轉(zhuǎn)換的思路是：將矩形脈沖看成正負(fù)兩個(gè)等幅的階躍信號(hào)，據(jù)此而得到輸出的階躍響應(yīng)。即,x(t)

55、=x1 (t)-x2(t) (見(jiàn)圖2-11上) =x1 (t)- x1(t-a) (2-20)則 y*(t)=y(t)-y(t-a)或 y(t)= y*(t)＋y(t-a) (2-21),,ys=[0.45 1.7 3.7 9 19 26.4 36 37.5 33.5 27.2 21 1

56、0.4 5.1 2.8 1.1 0.5];y=[0.45, 1.7, 3.7, 9, 19, 26.4, 36+9, 37.5+20, 33.5+26.4, 27.2+36+9, 21+33.5+26.4, 10.4+21+33.5+26.4, 5.1+10.4+21+33.5+26.4, 2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4, 1.1+2.8+5.1+10.4+21+33.5+26.4, 0.5+1.1+2.8+5.1

57、+10.4+21+33.5+26.4];t=1:16;plot(t,ys,t,y,'r'),作業(yè)：1,3,4,5,6,7,8,10,第二章 串級(jí)控制系統(tǒng),§2-1 概述,常見(jiàn)名詞術(shù)語(yǔ):,主、副變量，主、副控制器；主、副對(duì)象；主、副變送器；主、副回路等，如圖.,,設(shè)閥門：氣開(kāi)閥；流量控制器：反作用；溫度控制器：反作用；,情況1：干擾來(lái)自副環(huán)；情況2：干擾來(lái)自主環(huán)；,系統(tǒng)分析：,干擾來(lái)自副環(huán),干擾

58、來(lái)自主環(huán),§2-2 控制系統(tǒng)的實(shí)施,,,,注意切換條件,2.2.1 電動(dòng)III型儀表構(gòu)成串級(jí)控制方案,2.2.2 串級(jí)控制性的實(shí)施,（1） 主、副控制器規(guī)律的選擇,主控制器：主環(huán)為一定制控制系統(tǒng)，一般要求無(wú)偏差，故多為：PI或者PID。,,副控制器：副環(huán)為一隨動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)，要求快速跟蹤，故多為：P。,,例2-1 以煉油廠管式加熱爐的出口溫度控制為例。 (1)采用單回路控制方案： ?優(yōu)點(diǎn)：所有對(duì)溫度的干擾都包括

59、在控制回路之中。 ?缺點(diǎn)：對(duì)燃油流量變化等干擾控制不及時(shí)，總滯后較大。,,（2） 控制器正反作用的選擇,選擇順序：先副后主,,副回路整體看做“+”,,(2)采用串級(jí)控制方案：如下圖,串級(jí)控制系統(tǒng)如圖所示。,,,加熱,,流量測(cè)量,,溫度測(cè)量,,流量,,+,+,+,-,+,+,+,-,,+,例2-2 精餾塔提餾段溫度與加熱蒸汽流量的串級(jí)控制系統(tǒng),+,+,-,+,-,,+,副控制器：正作用主控制器：反作用,（3） 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)與

60、主控直接切換條件,1、副控制器為正作用2、副控制器為反作用,結(jié)論：副控制器為反作用時(shí)可以直接切換！,,§2.3串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)和整定,?所謂投運(yùn)，就是通過(guò)適當(dāng)?shù)牟襟E，使主、副控制器從手動(dòng)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)到自動(dòng)工作狀態(tài)； ?投運(yùn)順序：先投副環(huán)后投主環(huán)(常用)； ?投運(yùn)原則：雙向無(wú)擾動(dòng)；,2.3.1 串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn),,二、串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定,?串級(jí)控制系統(tǒng)的方案正確設(shè)計(jì)后，為了使系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，按照

61、自控理論，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，這在過(guò)程控制中稱為參數(shù)整定。 ?在工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)中常用的整定方法有：兩步整定法、一步整定法等。,,(1)兩步整定法,?第一步，整定副控制器放大倍數(shù)使之成為4:1衰減比；?第二步，整定主控制器放大倍數(shù)使之成為4:1衰減比。再按照表1-7配置其他參數(shù)。,,(2)一步整定法,?按照表2-1預(yù)先配置主副調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)；?按照單回路系統(tǒng)整定法整定主控制器的參數(shù)。,§2-4 串級(jí)

62、控制系統(tǒng)的特點(diǎn),一、時(shí)間常數(shù),,單回路方案,串級(jí)方案,,,,串級(jí)控制系統(tǒng)能使等效副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)變小，放大系數(shù)變?。梢酝ㄟ^(guò)控制參數(shù)Kc調(diào)節(jié)），從而顯著提高控制質(zhì)量。,,,,,二、工作頻率,串級(jí)控制系統(tǒng)的特征方程：,帶入環(huán)節(jié)：,,單回路控制系統(tǒng)的特征方程：,帶入環(huán)節(jié)：,,,,Kc2越大工作頻率提高越明顯。,（二）抗干擾能力,（三）有一定的自適應(yīng)能力,當(dāng)干擾作用于副環(huán)時(shí)，船及控制系統(tǒng)的質(zhì)量提高10~100倍；當(dāng)干擾作用于主環(huán)時(shí)，串級(jí)系統(tǒng)的

63、質(zhì)量要高2-5倍。,,,K02變化m倍時(shí)， K’02 變化,倍，當(dāng),較大時(shí)，遠(yuǎn)小于K02的變化幅度。,,①放大倍數(shù)的自適應(yīng)解釋1,②放大倍數(shù)的自適應(yīng)解釋2,適當(dāng)?shù)倪x擇Kc2使得,,當(dāng)Kc2足夠大時(shí)，等效回路的放大倍數(shù)只取決于Km2而與K02無(wú)關(guān)。,,§2-5 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),(一) 使主要干擾包含在副環(huán)內(nèi)。,(二) 副回路應(yīng)包含盡可能多的擾動(dòng)。,,相對(duì)于方案1，方案2的副環(huán)大，副變量離主變量越近，這樣會(huì)引起：1、副環(huán)過(guò)大

64、，靈敏度下降；2、副變量與主變量過(guò)近，串級(jí)效果不明顯；3、副環(huán)過(guò)大，時(shí)間常數(shù)與主環(huán)接近，產(chǎn)生“共振”。,(三) 應(yīng)使非線性環(huán)節(jié)處于副回路。,(四) 當(dāng)對(duì)象具有較大純滯后時(shí)，應(yīng)使副回路盡量少包含或不包含純滯后。,(五) 主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)要匹配,防止“共振發(fā)生”,主環(huán)工作頻率：w1β，共振頻率w1c,副環(huán)工作頻率：w2β，共振頻率w2c,主環(huán)工作頻率落在副環(huán)增益區(qū)。,副環(huán)工作頻率落在主環(huán)增益區(qū)。,①當(dāng),,系統(tǒng)產(chǎn)生共振。,②當(dāng),,系統(tǒng)

65、不產(chǎn)生共振。,,系統(tǒng)不產(chǎn)生共振。,一般的，副環(huán)頻率高于主環(huán)頻率，有,,,副環(huán)頻率高于主環(huán)頻率3倍以上才不會(huì)引起共振。,,(五) 副回路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮工藝的合理性和經(jīng)濟(jì)性,(四) 考慮主、副環(huán)的關(guān)聯(lián)問(wèn)題,§2-6 串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用,?當(dāng)被控對(duì)象純滯后時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，在離控制閥較近、純滯后時(shí)間較小的地方選擇一個(gè)副變量，把干擾拉入副回路。?例 如下圖所示：,堅(jiān)持一個(gè)設(shè)計(jì)原則：凡是用單回路控制系統(tǒng)能滿足控制要求的，就不再用串級(jí)控制系統(tǒng)。,

66、一、用于克服對(duì)象的純滯后,,,二、用于克服對(duì)象的容量滯后,?容量滯后會(huì)使被控對(duì)象反應(yīng)遲鈍，超調(diào)大，過(guò)渡過(guò)程長(zhǎng)。?以溫度或質(zhì)量作為被控量的控制對(duì)象，其容量滯后往往比較大，致使控制質(zhì)量變差。?對(duì)象容量滯后大、干擾復(fù)雜的情況下，串級(jí)控制系統(tǒng)的使用最為普遍，效果較好。?此時(shí)應(yīng)選擇一個(gè)滯后較小的輔助變量組成副回路。?副環(huán)的時(shí)間常數(shù)不能過(guò)大，以防共振；也不能過(guò)小，力求多包含一些干擾。?例 如下張圖：,,燃料油熱值變化后，爐膛反應(yīng)

67、滯后3分鐘，而出口溫度則需 15分鐘。,,,,,三、用于克服變化劇烈和幅值大的干擾,?串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力。 ?設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把變化劇烈、幅值大的干擾包含在副回路中。 ?副回路放大系數(shù)應(yīng)大些，會(huì)使抗干擾能力大大提高。 ?例 如下圖4-13，脫氣塔的壓力對(duì)主控指標(biāo)(液位)影響很大，甚至造成溢出或打干的事故，是主干擾，串級(jí)控制后效果很好。,,,四、用于克服對(duì)象的非線性,?負(fù)荷變化會(huì)引起工作點(diǎn)

68、的移動(dòng)。 ?當(dāng)負(fù)荷變化大且頻繁時(shí)，只有高級(jí)控制系統(tǒng)才有重整參數(shù)以適應(yīng)控制要求的能力。,?一般控制系統(tǒng)中，有效辦法是采用串級(jí)控制。 ?例 在圖4-14中，其中部溫度要嚴(yán)控，則將具有非線性特性的換熱器包含在副回路。,,第三章 比值控制系統(tǒng),在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，要求兩種或多種物料流量成一定比例關(guān)系；一旦比例失調(diào)，會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量，浪費(fèi)動(dòng)力，造成環(huán)境污染，甚至產(chǎn)生生產(chǎn)事故。如：

69、?燃燒過(guò)程中，往往要求燃料量與空氣量需按一定比例混合后送入爐膛。 ?制藥生產(chǎn)中要求藥物和注入劑按比例混合。,3.1、概述,,1、應(yīng)用,2、比值控制的含義,凡是兩個(gè)或多個(gè)變量自動(dòng)維持一定比值關(guān)系的過(guò)程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。,3、變量及關(guān)系,?主動(dòng)量---起主導(dǎo)作用而又不可控的物料流量；F1表示?從動(dòng)量---跟隨主動(dòng)量而變化的物料流量； F2表示?比值: K=F2/ F1,,,3.2 比值控制系統(tǒng)的類型,1、系