第1章 單回路反饋控制系統(tǒng)

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1、第1章單回路反饋控制系統(tǒng)1.1單回路控制系統(tǒng)的組成1.2單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.3調(diào)節(jié)閥在單回路控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1.4調(diào)節(jié)器的投運(yùn)和參數(shù)整定返回本章首頁第一節(jié)單回路控制系統(tǒng)的組成單回路控制系統(tǒng)是指由一個(gè)測量變送器，一個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥只對一個(gè)被控參數(shù)進(jìn)行自動控制而組成的負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)也稱為單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)，簡稱單回路系統(tǒng)。由于在所有反饋控制系統(tǒng)中，單回路反饋控制系統(tǒng)是最基本、結(jié)構(gòu)最簡單的一種，因此．它又被稱之為簡單控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的最基本單元，在生產(chǎn)中應(yīng)用最為普遍；單回路系統(tǒng)雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，

2、但它卻能解決生產(chǎn)過程中的大量控制問題。它是過程控制中應(yīng)用得最為廣泛的一種控制系統(tǒng)。單回路系統(tǒng)是復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。學(xué)會了單回路系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法，會給復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析和研究提供很大的方便。1、系統(tǒng)構(gòu)成單回路反饋控制系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象(簡稱對象)或被控過程(簡稱過程)、測量變送裝置、控制器和控制閥。有時(shí)為了分析問題方便起見，往往把控制閥、對象和測量變送裝置合在一起，稱之為廣義對象。這樣系統(tǒng)就歸結(jié)為控制器和廣義對象兩部分。單回路控制系統(tǒng)的控制作用：調(diào)節(jié)器根據(jù)被控變量產(chǎn)生的偏差，通過調(diào)節(jié)閥去改變控制變量，從而使被控變量最終達(dá)到期望

3、給定值。Gc(s)Gv(s)Go(s)Gm(s)R(s)E(s)U(s)Q(s)F(s)Y(s)Z(s)+_Gf(s)2、控制系統(tǒng)框圖在定值控制系統(tǒng)中，把需要控制在某個(gè)其望給定值的參數(shù)稱為被控變量，如圖中的液位；把通過調(diào)節(jié)閥改變的參數(shù)稱為控制變量，如圖中的出水口流量。設(shè)出口調(diào)節(jié)閥是氣關(guān)式，調(diào)節(jié)器設(shè)定為反作用方式。偏差信號為測量值與給定值之差，當(dāng)測量值大于給定值時(shí)。偏差為正，反之則為負(fù)。3、控制過程分析例如：在平衡狀態(tài)下，入口閥突然開大了。這樣就使F1＞F2，于是液位L將上升。隨著L的上升，控制器將感受到正偏差(因?yàn)榻o定值沒有變)，而控制器是反作

4、用的，于是它的輸出將減小?？刂崎y是氣閉式的，隨著控制器輸出的減小，控制閥將開大。這樣，流出量F2將逐漸增大，液位L將慢慢下降并逐漸趨于給定值。當(dāng)再度達(dá)到F2＝F1時(shí)，系統(tǒng)將達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)。這時(shí)控制閥將處于一個(gè)新的開度上。同樣，不論是什么因素使液位偏離給定值，在調(diào)節(jié)器正反作用方式與調(diào)節(jié)閥開關(guān)形式設(shè)置正確的情況下，總能克服干擾，使水位回到期望的給定值。1）、正確選擇被控變量與控制變量。2）正確選擇調(diào)節(jié)器的正反作用和調(diào)節(jié)閥的開關(guān)形式。3）合理選擇調(diào)節(jié)器的控制算法，保證一定的控制精度，同時(shí)盡量減少系統(tǒng)的動態(tài)誤差。4）合理選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性，提高

5、控制系統(tǒng)的線性度。5）正確選擇測量變送器，減少信號失真與滯后，提高控制質(zhì)量。單回路控制系統(tǒng)能夠正常工作的前提：第二節(jié)單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、被控變量的選擇一般的過程都有較明確的要求。如對溫度、壓力、流量、液位控制系統(tǒng)，其相應(yīng)的過程參數(shù)就是被控變量。被控變量的選擇是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問題。它選擇得正確與否，將會直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定操作、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)安全與勞動條件的改善等。如果被控變量選擇不當(dāng)，不論采用何種控制儀表，組成什么樣的控制系統(tǒng)，都不能達(dá)到預(yù)期的控制效果，滿足不了生產(chǎn)的技術(shù)要求。為此，自控設(shè)計(jì)人員必須深入生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研

6、究，只有在熟悉生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上才能正確地選擇出被控變量。被控制變量的選擇通過分析，可以總結(jié)出如下幾條選擇被控變量的原則：(1)質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品質(zhì)量的直接反映。在情況許可時(shí)，應(yīng)選擇質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)作為被控變量。(2)當(dāng)不能選擇質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)作被控變量時(shí)，可選擇一個(gè)與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有單值對應(yīng)關(guān)系的間接指標(biāo)參數(shù)作為被控變量。(3)所選的間接指標(biāo)參數(shù)必須具有足夠大的變化靈敏度，以便反映產(chǎn)品質(zhì)量的變化。(4)在被控變量選擇時(shí)還需考慮到工藝的合理性和國內(nèi)、外儀表生產(chǎn)的現(xiàn)狀。被控變量確定之后，還需要選擇一個(gè)合適的控制變量．以便被控變量在外界干擾作用下發(fā)生變化時(shí)，能夠通

7、過對控制變量的調(diào)整，使得被控變量迅速地返回到原先的給定值上，以保持產(chǎn)品質(zhì)量的不變?？刂谱兞恳话氵x系統(tǒng)中可以調(diào)整的物料量或能量參數(shù)。而石油、化工生產(chǎn)過程中遇到最多的控制變量則是物料流或能量流，即流量參數(shù)。然而在一個(gè)系統(tǒng)中，可供選擇作為控制變量的參數(shù)往往不只一個(gè)，而有數(shù)個(gè)，這時(shí)就有一個(gè)控制變量的選擇問題?？刂谱兞康倪x擇要考慮到對象特性、干擾位置與性質(zhì)等各種問題。二、控制變量的選擇控制變量也稱為操縱變量，是調(diào)節(jié)閥的輸出，同時(shí)也是直接影響被控對象的輸入信號。我們知道被控變量就是對象的輸出，而影響被控變量的外部因素則是對象的輸入。誠然，影響被控變量的外部

8、輸入往往有若干個(gè)而不是一個(gè)，因此．我們所研究的實(shí)際上是一個(gè)多輸入單輸出的對象。如圖1—11所示。1、對象特性對控制質(zhì)量的影響現(xiàn)在的任務(wù)是在影響被控變量