過(guò)程儀表及自動(dòng)化 教學(xué)課件 作者 馬修水 第6章.ppt

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1、第6章控制方法本章內(nèi)容單回路控制6.122021/7/25串級(jí)控制6.2前饋控制6.3大純滯后過(guò)程控制6.4具有反向響應(yīng)過(guò)程特性控制6.5比值控制6.6均勻控制6.7選擇性控制6.86.1單回路控制2021/7/253《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》單回路控制是由被控對(duì)象、測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器四部分組成。應(yīng)用場(chǎng)合適用于被控對(duì)象純滯后和時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷和干擾變化比較平緩或者對(duì)被控變量要求不太高的場(chǎng)合?？刂葡到y(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)的過(guò)程與步驟1.分析被控對(duì)象的特性。2.選擇被控變量、操縱變量。3.選擇測(cè)量變送單元、控制器和執(zhí)行器。2021/7/25《過(guò)程儀表及自動(dòng)化

2、》對(duì)象特性研究對(duì)象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述出對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系。這種對(duì)象特性的數(shù)學(xué)描述就稱(chēng)為對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)特性對(duì)象特性描述動(dòng)態(tài)特性工藝對(duì)象在某一狀態(tài)下達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的情況工藝對(duì)象處于變化過(guò)程時(shí)的情況。2021/7/255《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性之間的關(guān)系靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性基礎(chǔ)特例控制系統(tǒng)分析中主要關(guān)心對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性2021/7/256《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》常見(jiàn)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試方法常見(jiàn)的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性可用傳遞函數(shù)形式描述K為對(duì)象的靜態(tài)放大倍數(shù)；為對(duì)象的純滯后時(shí)間；T為對(duì)象的時(shí)間常數(shù)階躍反應(yīng)曲線(xiàn)法被控變量及操縱變量的選擇2

3、021/7/257《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》被控變量的選擇原則對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)、對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量、對(duì)確保經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)有決定性作用的工藝變量，或者人工操作過(guò)于頻繁、緊張、難以滿(mǎn)足工藝要求的工藝變量作為被控變量。操縱變量的選擇原則1）首先從工藝上允許在一定范圍內(nèi)改變；2）選擇的操縱變量的控制通道放大倍數(shù)要大，這樣對(duì)克服干擾較為有利；3）在選擇操縱變量時(shí)，應(yīng)使控制通道的時(shí)間常數(shù)適當(dāng)小一些，而干擾通道的時(shí)間常數(shù)適當(dāng)大一些；4）選擇的操縱變量應(yīng)對(duì)裝置中其他控制系統(tǒng)的影響和關(guān)聯(lián)較小，不會(huì)對(duì)其他控制系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生較大的干擾。滯后對(duì)控制系統(tǒng)的影響2021/7/258《過(guò)程

4、儀表及自動(dòng)化》滯后對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的品質(zhì)的影響減小滯后的方法（1）合理地選擇測(cè)量元件的安裝位置，減少測(cè)量變送單元的純滯后（2）選取小惰性的測(cè)量元件，減少時(shí)間常數(shù)（3）采用氣動(dòng)繼動(dòng)器和閥門(mén)定位器（4）采取合適的控制規(guī)律如在測(cè)量變送單元中存在滯后，它就不能將被控變量的變化及時(shí)地、如實(shí)地送到控制器，使控制器仍按過(guò)時(shí)的信號(hào)來(lái)工作，導(dǎo)致過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)，系統(tǒng)的超調(diào)量增加。如果控制器輸出的是氣動(dòng)信號(hào)，并且調(diào)節(jié)閥膜頭上的空間容積較大，這樣必然使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作遲緩，不能及時(shí)產(chǎn)生校正作用，同樣會(huì)使調(diào)節(jié)品質(zhì)變壞。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇2021/7/259《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》從廣義對(duì)象

5、的特性出發(fā)希望包括變送器和執(zhí)行器在內(nèi)的廣義對(duì)象的放大倍數(shù)能基本保持不變，使控制器的各項(xiàng)參數(shù)能適應(yīng)不同的負(fù)荷。結(jié)合工藝配管的實(shí)際情況按照控制系統(tǒng)的需要決定調(diào)節(jié)閥的實(shí)際流量特性，然后考慮到因S值引起的流量特性的畸變，最后確定調(diào)節(jié)閥的理想流量特性。結(jié)合節(jié)能來(lái)考慮流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥節(jié)流時(shí)，沒(méi)有做有用的功，一部分機(jī)械能被白白地?fù)p耗，因此，應(yīng)結(jié)合具體的工作過(guò)程，合理的選擇流量特性，降低系統(tǒng)能耗。綜合考慮其他因素當(dāng)所選用調(diào)節(jié)閥有可能經(jīng)常在小開(kāi)度下工作時(shí)，宜選用等百分比理想流量特性。當(dāng)控制系統(tǒng)預(yù)計(jì)到負(fù)荷變化幅度較大時(shí)，宜選用等百分比理想流量特性。當(dāng)調(diào)節(jié)閥的S值較小時(shí)，宜選

6、用等百分比流量特性。當(dāng)流體介質(zhì)中含有較多固體懸浮物時(shí)，可以考慮選用直線(xiàn)理想流量特性。閥門(mén)定位器的選用2021/7/2510《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》閥門(mén)定位器能實(shí)現(xiàn)的功能有1）借助它能實(shí)現(xiàn)分程控制；2）通過(guò)閥門(mén)定位器能改變調(diào)節(jié)閥工作時(shí)的作用方式；3）在高壓降的條件下，能提供足夠的功率；4）能克服閥桿的摩擦力，提高調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)速度；5）較為準(zhǔn)確地確定調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，一定程度上提高調(diào)節(jié)的精確度；6）通過(guò)更換定位器上的反饋凸輪片，在一定范圍內(nèi)能改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。控制器正、反作用的選擇2021/7/2511《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》對(duì)于控制器來(lái)說(shuō)，測(cè)量值增加，輸出增加，

7、稱(chēng)之為正作用；測(cè)量值增加，輸出減小，稱(chēng)之為反作用?？刂破鞯恼⒎醋饔玫亩x調(diào)節(jié)閥的正、反作用調(diào)節(jié)閥的正反作用定義為氣開(kāi)閥為正作用，氣關(guān)閥為反作用（有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)，無(wú)壓力信號(hào)時(shí)閥開(kāi)為氣關(guān)閥；反之，為氣開(kāi)閥）。對(duì)象的正、反作用對(duì)象的正、反作用定義為如操縱變量增加，被控變量也增加，為正作用；操縱變量增加，被控變量減少，為反作用。控制器的選擇要點(diǎn)：使控制回路成為“負(fù)反饋”系統(tǒng)，即控制回路中具有反作用的環(huán)節(jié)有奇數(shù)個(gè)。常見(jiàn)的控制系統(tǒng)分析2021/7/2512《過(guò)程儀表及自動(dòng)化》1.流量控制系統(tǒng)流量對(duì)象的時(shí)間常數(shù)很小，一般僅為幾秒，對(duì)象的純滯后時(shí)間也很小，調(diào)節(jié)過(guò)程

8、中被控變量的振蕩周期也很短。2.液位控制系統(tǒng)由于液體進(jìn)入容器時(shí)的飛濺和擾動(dòng)，液位測(cè)量與流量測(cè)量