過程儀表及自動化 教學課件 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串級控制6.2前饋控制6.3大純滯后過程控制6.4具有反向響應過程特性控制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《過程儀表及自動化》單回路控制是由被控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器四部分組成。應用場合適用于被控對象純滯后和時間常數(shù)較小，負荷和干擾變化比較平緩或者對被控變量要求不太高的場合?？刂葡到y(tǒng)的分析與設計的過程與步驟1.分析被控對象的特性。2.選擇被控變量、操縱變量。3.選擇測量變送單元、控制器和執(zhí)行器。2021/7/25《過程儀表及自動化

2、》對象特性研究對象的特性，就是用數(shù)學的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關系。這種對象特性的數(shù)學描述就稱為對象的數(shù)學模型。靜態(tài)特性對象特性描述動態(tài)特性工藝對象在某一狀態(tài)下達到穩(wěn)定時的情況工藝對象處于變化過程時的情況。2021/7/255《過程儀表及自動化》對象的動態(tài)特性與靜態(tài)特性之間的關系靜態(tài)特性動態(tài)特性基礎特例控制系統(tǒng)分析中主要關心對象的動態(tài)特性2021/7/256《過程儀表及自動化》常見對象動態(tài)特性的測試方法常見的對象動態(tài)特性可用傳遞函數(shù)形式描述K為對象的靜態(tài)放大倍數(shù)；為對象的純滯后時間；T為對象的時間常數(shù)階躍反應曲線法被控變量及操縱變量的選擇2

3、021/7/257《過程儀表及自動化》被控變量的選擇原則對穩(wěn)定生產(chǎn)、對產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量、對確保經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)有決定性作用的工藝變量，或者人工操作過于頻繁、緊張、難以滿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，這樣對克服干擾較為有利；3）在選擇操縱變量時，應使控制通道的時間常數(shù)適當小一些，而干擾通道的時間常數(shù)適當大一些；4）選擇的操縱變量應對裝置中其他控制系統(tǒng)的影響和關聯(lián)較小，不會對其他控制系統(tǒng)的運行產(chǎn)生較大的干擾。滯后對控制系統(tǒng)的影響2021/7/258《過程

4、儀表及自動化》滯后對調(diào)節(jié)過程的品質的影響減小滯后的方法（1）合理地選擇測量元件的安裝位置，減少測量變送單元的純滯后（2）選取小惰性的測量元件，減少時間常數(shù)（3）采用氣動繼動器和閥門定位器（4）采取合適的控制規(guī)律如在測量變送單元中存在滯后，它就不能將被控變量的變化及時地、如實地送到控制器，使控制器仍按過時的信號來工作，導致過渡過程時間加長，系統(tǒng)的超調(diào)量增加。如果控制器輸出的是氣動信號，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)閥動作遲緩，不能及時產(chǎn)生校正作用，同樣會使調(diào)節(jié)品質變壞。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇2021/7/259《過程儀表及自動化》從廣義對象

5、的特性出發(fā)希望包括變送器和執(zhí)行器在內(nèi)的廣義對象的放大倍數(shù)能基本保持不變，使控制器的各項參數(shù)能適應不同的負荷。結合工藝配管的實際情況按照控制系統(tǒng)的需要決定調(diào)節(jié)閥的實際流量特性，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。結合節(jié)能來考慮流體通過調(diào)節(jié)閥節(jié)流時，沒有做有用的功，一部分機械能被白白地損耗，因此，應結合具體的工作過程，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所選用調(diào)節(jié)閥有可能經(jīng)常在小開度下工作時，宜選用等百分比理想流量特性。當控制系統(tǒng)預計到負荷變化幅度較大時，宜選用等百分比理想流量特性。當調(diào)節(jié)閥的S值較小時，宜選

6、用等百分比流量特性。當流體介質中含有較多固體懸浮物時，可以考慮選用直線理想流量特性。閥門定位器的選用2021/7/2510《過程儀表及自動化》閥門定位器能實現(xiàn)的功能有1）借助它能實現(xiàn)分程控制；2）通過閥門定位器能改變調(diào)節(jié)閥工作時的作用方式；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)閥的響應速度；5）較為準確地確定調(diào)節(jié)閥的開度，一定程度上提高調(diào)節(jié)的精確度；6）通過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《過程儀表及自動化》對于控制器來說，測量值增加，輸出增加，

7、稱之為正作用；測量值增加，輸出減小，稱之為反作用?？刂破鞯恼?、反作用的定義調(diào)節(jié)閥的正、反作用調(diào)節(jié)閥的正反作用定義為氣開閥為正作用，氣關閥為反作用（有壓力信號時閥關，無壓力信號時閥開為氣關閥；反之，為氣開閥）。對象的正、反作用對象的正、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：使控制回路成為“負反饋”系統(tǒng)，即控制回路中具有反作用的環(huán)節(jié)有奇數(shù)個。常見的控制系統(tǒng)分析2021/7/2512《過程儀表及自動化》1.流量控制系統(tǒng)流量對象的時間常數(shù)很小，一般僅為幾秒，對象的純滯后時間也很小，調(diào)節(jié)過程

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