1、工業分類：連續型、離散型、混合型三類過程控制系統的發展： 儀表自動化階段計算機控制階段(直接數字控制（DDC），計算機監控（SCC）,集散控制系統（DCS）,) 綜合自動化階段6大類參數：溫度T、流量F、壓力P、液位L、成分和物性過程控制的特點： 對象復雜 對象存在滯后 對象特性具有非線性控制系統復雜過程控制系統方框圖被控對象：被控制的生產設備或裝置。傳感器和變送器：實現信號的檢測控制器（調節器）：接受傳感器的輸入信號，以及設定值信號，按照事先所設定的控制規律產生控制輸出。擾動：使得被控量發生變化的作用。內擾：控制通道內，控制閥不動作的情況下，由于通道內質量或能量變化造成的擾動。（給水壓力變化

2、）外擾：其它來自外部的影響統稱（蒸汽負荷變化）設定值r，被控量測量值z，偏差erz。注意：儀表行業規定ezr。把工藝所要求的汽包液位高度稱為設定值；需要進行自動控制的參數稱為被控量。如把所要求控制的液位參數稱為被控變量或輸出變量；影響被控變量使之偏離設定值的因素稱為擾動作用，如給水量、蒸汽量的變化等，設定值和擾動作用都是系統的輸入變量；用以使被控變量保持在設定值范圍內的作用稱為控制作用。執行器 接受控制器的控制信號，轉換為一個動作，推動控制閥去控制被控對象。分為電動，氣動兩大類。控制閥 調節流體流量，改變對象的被控參數。過程控制系統的分類: 按照設定值可以分為：定值控制系統 設定值保持不變（為

3、一恒定值）的反饋控制系統稱為定值控制系統。隨動控制系統 設定值不斷變化，且事先是不知道的，并要求系統的輸出（被控變量）隨之而變化。例如空氣量隨燃料量變化而變化程序控制系統 設定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數，即根據需要按一定時間程序變化。加熱爐控制，按照曲線進行。衰減比（遞減比）是衡量過渡過程穩定性的動態指標，它的定義是第一個波的振幅與同方向第二個波的振幅之比 對衰減振蕩而言，n恒大于1。n越小， 意味著控制系統的振蕩過程越劇烈，穩定度也越低，n接近于1時，控制系統的過渡過程接近于等幅振蕩過程；反之，n越大，則控制系統的穩定度也越高，當n趨于無窮大時，控制系統的過渡過程接近于非振蕩過程

4、。 衰減率：=(B1-B2)/B1 反映了系統的快速性擾動發生后，被控量偏離穩定值（或設定值）的最大偏差，稱為最大動態偏差（或最大過調量，過調量） 最大動態偏差占設定值的百分比稱為超調量。（不能過大）調整時間Tc：控制系統原處于平衡狀態，受到擾動后，由于系統的控制作用，被控量過渡到被控量穩態值的25時，達到新的平衡狀態所經歷的時間。也稱為過渡過程時間、穩定時間。上升時間Ts ：過阻尼系統：從10變到90的時間 欠阻尼系統：從0到100所經歷的時間 延遲時間Td：響應曲線第一次到達穩態值50的時間靜態偏差C：過渡過程結束，設定值與被控參數的穩態值之差。（穩態偏差，殘余誤差，簡稱殘差，余差，靜差）

5、 余差是反映控制準確性的一個重要穩態指標，一般希望其為零。綜合控制指標誤差積分IE （不合理）絕對誤差積分IAE（公認，常用）平方誤差積分ISE （抑制大誤差）偏差絕對值與時間乘積積分（ITAE）（抑制長時間過渡過程）定值控制系統：要求被控量很快衰減，過渡過程時間短，采用絕對誤差積分（IAE指標）。燃燒控制，燃料和控制比值控制：空氣量跟隨燃料量，不產生大幅度振蕩，選擇最快的非振蕩過程，采用時間乘以絕對誤差積分（ITAE指標）。量程調整的目的，是使變送器的輸出信號上限值與測量范圍的上限值相對應。量程調整相當于改變變送器的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送器輸出信號y與輸入信號x之間的比例系數。

6、零點調整使變送器的測量起點為零，而零點遷移是把測量的起始點由零遷移到某一數值（正值或負值）。測量的起始點由零變為某一正值，稱為正遷移；反之，當測量的起始點由零變為某一負值，稱為負遷移。 進行零點遷移，再輔以量程調整，可以提高儀表的測量精度。 組態：將量程、工程單位變換、輸出形式、阻尼、線性常數等寫入EEPROM。遷移的目的：使變送器輸出的起點與被測量起點相對應。流體在流過節流裝置時，在節流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為節流現象。節流裝置包括節流件和取壓裝置。差壓式流量計適合于大于50mm的管道，且要求前后有一段一定長度的直管段。誤差產生的原因：被測流體工作狀態的變動。節流裝置

7、安裝不正確。孔板入口邊緣的磨損。導壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現象。差壓計安裝或使用不正確例題：現有一只以水標定的轉子流量計用來測量苯的流量，已知轉子的材料為不銹鋼（密度7.9g/cm3），苯的密度為0.83g/cm3 ，請問流量計讀數為3.6L/s時，苯的實際流量是多少？控制規律 控制規律是指控制器的輸出信號與輸入偏差信號隨時間變化的規律。如PID控制器的作用 對來自變送器的測量信號與給定值相比較所產生的偏差進行控制規律（PID）運算，并輸出控制信號至執行器內、外給定信號 給定信號由調節器內部提供，稱為內給定信號（如單回路定值控制系統）；當給定信號來自調節器外部，稱為外給定信號（如隨動控制

8、系統）；轉換通過內外給定開關完成。正、反作用調節器 控制器的輸入e與輸出y的變化方向相同，為正作用控制器；如果輸入e與輸出y變化方向相反，為反作用控制器。控制規律有斷續控制和連續控制兩類：一、斷續控制控制器輸出接點信號，如雙位控制、三位控制。二、連續控制控制器輸出連續信號，如比例控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制。比例調節器 微分方程：u=kpe傳遞函數：W(s)=Kp頻率特性：W(jw)=Kp比例度就是指控制器輸入偏差的相對變化值與相應的輸出相對變化值之比，用百分數表示。物理含義：使控制器輸出變化100%時，所對應的偏差變化相對量。特點：1）及時迅速，有余差；2） 增大Kp可

9、以減小余差，但使系統穩定性變差，容易振蕩 3）一般用在干擾小，允許有余差的系統。一般地說，若對象的滯后較小，時間常數大且放大倍數較小時，控制器比例度可以小些，以提高系統靈敏度，使反應快些；反之，選大些。比例積分控制 特點：當有偏差存在時，積分輸出將隨時間增長（或減小）；當偏差消失時，輸出能保持在某一值上。 積分作用具有保持功能，故積分控制可以消除余差。積分輸出信號隨著時間逐漸增強，控制動作緩慢，故積分作用不單獨使用。比例微分控制 特點：微分作用能超前控制。在偏差出現或變化的瞬間，微分立即產生強烈的調節作用，使偏差盡快地消除于萌芽狀態之中。微分對靜態偏差毫無控制能力。當偏差存在，但不變化時，微分

10、輸出為零，因此不能單獨使用。必須和P或PI結合，組成PD控制或PID控制。 微分作用根據偏差變化速度進行調節，即使偏差很小，只要出現變化趨勢，就有調節輸出，故有超前調節之稱。在偏差恒定不變時，微分作用為0，故不能單獨使用。PID控制作用中，比例作用是基礎控制；微分作用是用于加快系統控制速度；積分作用是用于消除靜差。比例系數Kp、積分時間TI、微分時間TD對控制效果的影響 Kp大，系統反應靈敏，過渡過程快，穩定性差TD大，克服容量和測量滯后效果好，但對于突變信號反應過大，降低穩定性。TI小，消除余差快，穩定性下降，振蕩加劇儀表位號：首位：F流量，L物位，T溫度，S速度等。后繼：C控制，I指示，T

11、變送，R記錄儀表回路編號由工序號和順序號兩部分組成。例如：FIC-116中的第一個1是工序號，16是順序號。被控介質流過閥門的相對流量與閥門的相對開度（相對位移）間的關系稱為調節閥的流量特性。 在將控制閥前后壓差固定時得到的流量特性稱為固有流量特性。它取決于閥芯的形狀。 調節閥的工作流量特性 實際使用時，調節閥裝在具有阻力的管道系統中。管道對流體的阻力隨流量而變化，閥前后壓差也是變化的，這時流量特性會發生畸變。執行器的選擇應從四方面來考慮：控制閥結構型式及材料的選擇 控制閥口徑的選擇控制閥氣開、氣關形式的選擇 控制閥流量特性的選擇 控制信號為連續模擬量時，選用比例式執行機構，而控制信號為斷續（

12、開/關）形式時，應選擇積分式執行機構。 當系統中要求程序控制時，可選用能接受斷續信號的電動執行機構。 對于具有爆炸危險或環境條件比較惡劣的場所，可選用氣動執行機構。控制閥的選擇 根據被測介質特性、工藝條件和過程控制要求，并參照各種閥門結構的特點進行綜合考慮，同時兼顧經濟性最終確定調節機構型式。閥結構形式 特點及適用場合直通單座閥只有一個閥芯, 閥前后壓差小,適用于要求泄漏量小的場合直通雙座閥有兩個閥芯, 閥前后壓差大,適用于允許有較大泄漏量的場合角閥閥體呈直角, 適用于高壓差、高粘度、含懸浮物和顆粒狀物質的場合隔膜閥適用于有腐蝕性介質的場合蝶閥適用于有懸浮物的介質、大流量、壓差小、允許大泄漏量

13、的場合三通閥適用于分流或合流控制的場合高壓閥適用于高壓控制的特殊場合無壓力信號時閥全開，隨著信號增大，閥門逐漸關小的稱為氣關式。反之，無壓力信號時閥全閉，隨著信號增大，閥門逐漸開大稱的為氣開式。控制閥的流量特性選擇 控制閥的流量特性，在生產中常用的是直線、等百分比和快開三種。而快開特性主要用于兩位式控制及程序控制中，因此，在考慮控制閥流量特性選擇時通常是指如何合理選擇直線和等百分比流量特性。根據過程特性選擇 根據配管情況選擇根據負荷變化情況選擇 根據控制系統穩定運行準則，擾動或設定變化時，控制系統靜態穩定運行的條件是控制系統各開環增益之積基本恒定；控制系統動態穩定運行的條件是控制系統總開環傳遞

14、函數的模基本恒定。 調節閥的流量特性能補償對象的靜特性。調節閥的流通能力用流量系數C值表示。在閥兩端壓差100kPa，流體為水（103Kgm3）的條件下，閥門全開時每小時能通過調節閥的流體流量（m3 /h）。例題：某供暖系統，流過加熱盤管的水流量為Q=31m3/h熱水為80，Pm-Pr=1.7×100kPa，所裝閥門取多大？ 解：Pm-Pr是管網入口壓差，設配管S=0.50.7，P=（0.50.7）×1.7×100kPa 100kPa 80熱水的密度=971Kg/m3 代入得C31 ，取標準C=32在此檔中，選取和管道直徑相配的口徑。被控對象：指工業生產過程中的各

15、種裝置和設備（加熱爐，鍋爐等）被控量：溫度，壓力，流量，液位，成分，轉速等。控制對象的動態特性：對象在各個輸入量發生擾動時，被控量隨時間變化的規律。通道：被控對象輸入量與輸出量之間的信號聯系稱為“通道”。控制通道：控制作用與被控變量之間的信號聯系稱為控制通道。干擾通道：干擾作用與被控變量之間的信號聯系稱為干擾通道。對象通常有物質和能量的流動。從外部流入對象內部的物質或能量稱為流入量。從對象內部流出的物質或能量稱為流出量。當流入量和流出量保持平衡時，對象處于平衡穩定工況。 對象的被控量變化比較緩慢 不振蕩，單調，有遲延和慣性。有自平衡能力的對象和無自平衡能力的對象。影響對象動態特性的主要結構特征

16、參數 容量系數C：指被控量變化一個單位量時，所需對象物質或能量儲存量的改變量。是反應被控對象慣性的量。阻力R：被控量變化dy時，會引起流量（流入量或流出量）變化dQ，二者比值即為對象的阻力。（液阻，氣阻，電阻，熱阻等）。傳輸距離和延遲 被控量變化的時刻落后于擾動發生的時刻的現象，稱為對象的遲延（或滯后）。物質（或能量）由于傳輸距離而產生的遲延，稱為傳輸遲延或純遲延。單容對象：只有一個集中容積對象 雙容或多容對象：兩個或兩個以上容積對象具有容量系數，阻力，傳輸距離，故表現為慣性，自平衡和遲延這三個重要動態特性。描述對象動態特性的三個特征參數為：放大系數K，時間常數T，遲延時間具有自平衡能力的對象

17、的動態特性 實質：對象自身具有內部負反饋 容量系數反映對象存儲能量的能力。阻力系數反映對象對物料或能量傳遞的阻力。 阻力系數影響時間常數和放大系數，容量系數影響時間常數凡是只有一個儲存容積同時還有阻力的被控對象都屬于有自平衡能力的單容對象。用自衡率表征對象自衡能力的大小 與放大系數K互為倒數無自平衡能力對象的動態特性被控對象的數學模型：指工業生產過程的數學模型（特別是動態模型），對象在各個輸入量（包括控制量和干擾量）作用下，相應輸出量（被控量）變化關系的數學表達式。非參量形式：用曲線或數據表格表示。參量形式：用數學方程表示。有微分方程，傳遞函數，脈沖響應函數，狀態空間表達式等。由階躍響應曲線確

18、定一階慣性加滯后環節模型K表明了穩態時，輸出對輸入的放大倍數 。求法： K = y( ) / x0K 越大，表示對象的輸入對輸出的影響越大。對象受到階躍輸入后，輸出達到新的穩態值的63.2所需的時間，就是時間常數T。或對象受到階躍輸入后，輸出若保持初始速度變化到新的穩態值所需時間就是時間常數。T反映了對象輸出對輸入的響應速度 T越大，響應越慢。T也反映了過渡過程時間簡單控制系統：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成的單閉環控制系統被控變量的選擇依據：1、根據生產工藝的要求，找出影響生產的關鍵變量作為被控變量2、當不能用直接工藝參數作為被控變量時，應選擇與直接工藝參數有單值

19、函數關系的間接工藝參數作為被控變量。3、被控變量必須有足夠大的靈敏度4、選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性控制變量選擇 把用來克服干擾對被控變量的影響，實現控制作用的變量稱為控制變量或操縱變量。 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；其它未被選中的因素則視為系統的干擾。控制變量的選擇原則：1、控制通道應當放大系數大、時間常數小、純滯后越小越好。2、控制變量應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的經濟性。3、干擾通道放大系數盡可能小，時間常數大，容量滯后大，干擾作用點遠離被控量監測點，靠近執行器，干擾頻率與工作頻率相差3倍以上，干擾幅

20、值設法減小。執行器的選擇執行機構結構型式的選擇一般要考慮下列因素：執行機構的輸出動作規律 執行機構的輸出動作方式和行程 當采用氣動儀表時，應選用氣動執行機構。 執行機構的靜態特性和動態特性 原則 控制信號為連續模擬量時，選用比例式執行機構，而控制信號為斷續（開/關）形式時，應選擇積分式執行機構。 當系統中要求程序控制時，可選用能接受斷續信號的電動執行機構。 對于具有爆炸危險或環境條件比較惡劣的場所，可選用氣動執行機構。控制閥的選擇 根據被測介質特性、工藝條件和過程控制要求，并參照各種閥門結構的特點進行綜合考慮，同時兼顧經濟性最終確定調節機構型式。調節閥口徑的選擇 為保證工藝的正常進行，必須合理

21、選擇調節閥的尺寸，正常工況下要求控制閥開度處于1585%之間。如果調節閥的口徑選得太大，使閥門經常工作在小開度位置，造成調節質量不好。如果口徑選得太小，閥門完全打開也不能滿足最大流量的需要，就難以保證生產的正常進行。 調節閥的口徑決定了調節閥的流通能力。調節閥的流通能力用流量系數C值表示。 調節閥流量特性的選擇 保持控制系統的總放大倍數在工作范圍內盡可能恒定。調節閥的流量特性能補償對象的靜特性。1若調節對象的靜特性是非線性的，工藝負荷變化又大，用等百分比特性補償。 2若調節對象的靜特性是線性的，或工藝負荷變化不大，用直線閥。 3配管阻力大、s值低，等百分比閥會畸變成直線閥。控制閥氣開、氣關形式

22、的選擇原則 首先滿足生產安全考慮。 從保證產品質量出發，當發生控制閥處于無能源狀態而回復到初始位置時，不應降低產品的質量。 從降低原料、成品、動力損耗來考慮。 從介質的特點考慮。調節器正反作用的選擇 負反饋控制系統的控制作用對被控變量的影響應與干擾作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量值回復到給定值。為了保證負反饋，必須正確選擇調節器的正反作用。變送器都是正作用氣開閥是正作用，氣關閥是反作用被控對象有的正作用，有的反作用控制器作用方向以測量輸入與輸出的關系定義：正作用：測量值給定值反作用：給定值測量值 對象正反作用判斷：當通過控制閥的物料或能量增加時，按工藝機理分析，若被控量隨之增加為“正作

23、用”，隨之降低為“負作用”；調節器正反作用的確定原則：保證系統構成負反饋 簡單的判定方法：閉合回路中有奇數個反作用環節。調節規律對控制品質的影響與調節規律選擇 調節器的調節規律，即它的輸出量與輸入量（偏差值）之間的函數關系。 調節器的作用是根據偏差，按規定的調節規律產生輸出信號，推動執行機構，對生產過程進行調節。1、比例控制（P）適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統，2、比例積分控制（PI）適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝參數不允許有余差的系統。3、比例微分控制（PD）適用于控制通道滯后較大的系統。例如加熱較慢的溫度控制系統。調節規律優 點缺 點應 用P

24、靈敏、簡單，只有一個整定參數；存在靜差負荷變化不顯著，工藝指標要求不高的對象。PI能消除靜差，又控制靈敏對于滯后較大的對象，比例積分調節太慢，效果不好。應用于調節通道容量滯后較小、負荷變化不大、精度要求高的調節系統。例如，流量調節系統。PD增進調節系統的穩定度，可調小比例度，而加快調節過程，減小動態偏差和靜差系統對高頻干擾特別敏感，系統輸出易夾雜高頻干擾。應用于調節通道容量滯后較大，但調節精度要求不高的對象。PID綜合了各類調節作用的優點，所以有更高的調節質量。對于滯后很大，負荷變化很大的對象，PID調節也無法滿足要求，應設計復雜調節系統應用于調節通道容量滯后較大、負荷變化較大、精度要求高的對

25、象。控制器參數的整定，就是按照已定的控制方案，求取使控制質量最好的控制器參數值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時間TI，和微分時間TD。1.穩定邊界法（臨界比例度法） 屬于閉環整定方法，根據純比例控制系統臨界振蕩試驗所得數據（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按經驗公式求出調節器的整定參數。（1） 置調節器Ti® ¥， Td=0，比例度P ®較大值，將系統投入運行。（2） 逐漸減小P ，加干擾觀察，直到出現等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界值Pm和Tm。 根據Pm和Tm，按經驗公式計算出控制器的參數整定值。穩定邊界方法在下面兩種情況下不宜采用：臨界比例度

26、過小時，調節閥容易游移于全開或全關位置，對生產工藝不利或不容許。例如，一個用燃料油加熱的爐子，如果閥門發生全關狀態就要熄火。工藝上的約束條件嚴格時，等幅振蕩將影響生產的安全。2. 衰減曲線法 也屬于閉環整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態，只需尋找最佳衰減振蕩狀態即可。（1）把調節器設成比例作用（Ti=，Td=0），置于較大比例度，投入自動運行。（2）在穩定狀態下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調節過程曲線。（3）適當改變比例度，重復上述實驗，到出現滿意的衰減曲線為止。記下此時的比例度Ps及周期Ts。按表（n=4:1）或按表（n=10:1）求得各種調節規律時的整定參數。3. 響應曲線

27、法屬于開環整定方法。以被控對象控制通道的階躍響應為依據，通過經驗公式求取調節器的最佳參數整定值。 方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。 根據實驗所得響應曲線，找出廣義對象的特性參數K0、T0、0，用表6-4的經驗公式求整定參數。此方法在不加控制作用的狀態下進行，對于不允許工藝失控的生產過程，不能使用。4. 經驗法 憑經驗湊試。 其關鍵是“看曲線，調參數”。在閉環的控制系統中，憑經驗先將控制器參數放在一個數值上，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，根據P、 TI 、 TD對過渡過程的影響為指導，對比例度P 、積分時間TI和微分時間TD逐個整定，直到獲得滿意的曲線為止。經驗法的

28、方法簡單，但必須清楚控制器參數變化對過渡過程曲線的影響關系。在缺乏實際經驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。整定方法優 點缺 點反應曲線法方法簡單系統開環，被調量變化較大，影響生產穩定邊界法系統閉環會出現被調量等幅振蕩衰減曲線法系統閉環，安全實驗費時經驗法系統閉環，不需計算需要經驗簡單控制系統設計實例 已濃縮的奶液從儲槽流下，經過濾后從干燥器頂部噴出。干燥空氣被加熱后經風管吹入干燥器。滴狀奶液在熱風中干燥成奶粉，并被氣流帶出干燥器。控制方案設計1. 被控參數選擇按工藝要求應首選奶粉含水量為被控變量，但此類在線測量儀表精度低、速度慢。試驗發現，奶粉含水量與干燥器出口溫度之間存在單值關系。出口溫

29、度穩定在150±2，則奶粉含水量符合2%2.5% 。因此選干燥器出口流體溫度為被控變量。2. 控制變量選擇乳液流量變化 f1 旁路空氣流量變化 f2 加熱蒸汽流量變化 f3 若分別以這三個變量為控制變量，可以得到三個不同的控制方案。影響量作用的位置不同：乳液流量變化f1的作用通道最短；旁路空氣流量變化f2的作用通道增加了3秒的滯后；加熱蒸汽流量變化f3的作用通道又增加了兩個100秒的雙容滯后。調節方案：方案1：取乳液流量為控制變量（調節閥1） 控制通道最短方案2：取旁通冷風流量為控制變量（調節閥2） 由于有送風管路的傳遞滯后存在，較方案1多一個純滯后環節=3s方案3：取蒸汽流量為控制

30、變量（調節閥3）熱交換器為雙容特性，因而調節通道又多了兩個容量滯后，時間常數都是T = 100秒。控制方案的判別： 從控制效果考慮，方案1的調節通道最短，控制性能最佳；方案2次之，方案3最差。但從工藝合理性考慮，方案1并不合適。因為乳液量應按該裝置的最大生產能力控制，且在濃縮乳液管道上裝調節閥，容易使調節閥堵塞而影響控制效果。因此，選擇方案2比較合適。即：將調節閥裝在旁通冷風管道上。檢測儀表、調節閥及調節器調節規律選擇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，溫度傳感器應安裝在干燥器出口附近。調節閥選擇氣關型調節風閥。其流量特性近似線性。調節器可選模擬式或數字式調節器。根據控制

31、精度要求（偏差±2），采用PI或PID調節規律；根據構成控制系統負反饋的原則，采用正作用方式。串級控制系統當對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，采用簡單控制系統往往控制質量較差，滿足不了工藝上的要求，這時，可考慮采用串級控制系統。主控制器 按主變量的測量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個控制器。副控制器 其給定值來自主控制器的輸出，并按副變量的測量值與給定值的偏差而工作的那個控制器。主回路 由主變量的測量變送裝置，主、副控制器，執行器和主、副對象構成的外回路。副回路 由副變量的測量變送裝置，副控制器執行器和副對象所構成的內回路。結構特點：系統有兩個閉合回路，形成內外環。

32、主變量是工藝要求控制的變量，副變量是為了更好地控制主變量而選用的輔助變量。主、副調節器是串聯工作的，主調節器的輸出作為副調節器的給定值。串級控制系統特點及其分析對進入副回路的干擾有很強的克服能力； 改善了被控過程的動態特性，提高了系統的工作頻率；對進入主回路的干擾控制效果也有改善；對負荷或操作條件的變化有一定自適應能力。串級控制系統的設計與參數整定串級控制系統的方案設計1主回路設計 主回路設計與單回路控制系統一樣。2副回路的選擇副回路設計中，最重要的是選擇副回路的被控參數（串級系統的副參數）。副參數的選擇一般應遵循下面幾個原則： 主、副變量有對應關系副參數的選擇必須使副回路包含變化劇烈的主要干

33、擾，并盡可能多包含一些干擾副參數的選擇應考慮主、副回路中控制過程的時間常數的匹配，以防“共振” 的發生應注意工藝上的合理性和經濟性3主、副調節器調節規律的選擇在串級系統中，主參數是系統控制任務，副參數輔助變量。這是選擇調節規律的基本出發點。主參數是生產工藝的主要控制指標，工藝上要求比較嚴格。所以，主調節器通常選用PI調節，或PID調節。控制副參數是為了提高主參數的控制質量，對副參數的要求一般不嚴格，允許有靜差。因此，副調節器一般選P調節就可以了。4主、副調節器正、反作用方式的確定對串級控制系統來說，主、副調節器正、反作用方式的選擇原則依然是使系統構成負反饋。選擇時的順序是：1、根據工藝安全或節

34、能要求確定調節閥的正、反作用；2、按照副回路構成負反饋的原則確定副調節器的正、反作用；3、依據主回路構成負反饋的原則，確定主調節器的正、反作用。(1).副控制器正、反作用的選擇與單回路一樣（2）主控制器正、反作用的選擇當主、副變量增加（減小）時，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小（增加），要求控制閥的動作方向是一致的時候，主控制器應選“反”作用；反之，則應選“正”作用。即主控制器作用方向只由工藝決定，與執行器的作用方向和副控制器的作用方向無關。（3）當由于工藝過程的需要，執行器的作用方向需要改變（如控制閥由氣開改為氣關，或由氣關改為氣開）時，只要改變副控制器的正反作用而不需改變主控制器的正

35、反作用5串級系統的工業應用當生產工藝要求高，采用簡單控制系統滿足不了工藝要求的情況下，可考慮采用串級控制系統。串級控制系統常用于下面一些生產過程。1）容量滯后較大的過程2）純滯后較大的過程3）干擾幅度大的過程4）非線性嚴重的過程串級控制系統的參數整定1逐步逼近法依次整定副回路、主回路。并循環進行，逐步接近主、副回路最佳控制狀態。 2兩步整定法系統處于串級工作狀態，第一步按單回路方法整定副調節器參數；第二步把已經整定好的副回路視為一個環節，仍按單回路對主調節器進行參數整定。（1）在工況穩定，主、副控制器都在純比例作用運行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度

36、，求取副回路在滿足某種衰減比（如41）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期，分別用2s和T2s表示。（2）在副控制器比例度等于2s的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時主控制器的比例度1s和操作周期T1s。 （3）根據上面得到的1s、T1s、2s、T2s，按下表的規定關系計算主、副控制器的比例度、積分時間和微分時間。控制作用/%TI/minTD/min比例s  比例+積分1.2s 0.5 TS 比例+積分+微分0.8s 0.3 TS0.1 TS（4）按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定規律，將計算出的控制器參數加到控制

37、器上。（5）觀察控制過程，適當調整，直到獲得滿意的過渡過程。如果主、副對象時間常數相差不大，動態聯系密切，可能會出現“共振”現象。 可適當減小副控制器比例度，以達到減小副回路操作周期的目的。同理，可以加大主控制器的比例度或積分時間，以期增大主回路操作周期，使主、副回路的操作周期之比加大，避免“共振”。 如果主、副對象特性太接近，就不能完全靠控制器參數的改變來避免“共振”了，可同時考慮改變副變量來調整時間常數。3.一步整定法根據經驗將副控制器一次放好，不再變動，然后按一般單回路控制系統的整定方法直接整定主控制器參數。這種整定方法，對于對主變量要求較高，而對副變量沒有什么要求或要求不嚴，允許它在一

38、定范圍內變化的串級控制系統，是很有效的。 （1）在生產正常，系統為純比例運行的條件下，按照下表所列的數據，將副控制器比例度調到某一適當的數值。副變量類型副控制器比例度2副控制器比例放大倍數KP2溫度壓力流量液位20 6030 7040 8020 805.0 1.73.0 1.42.5 1.255.0 1.25（2）利用簡單控制系統中任一種參數整定方法整定主控制器的參數。（3）如果出現“共振”現象，可加大主控制器或減小副控制器的參數整定值，一般即能消除。前饋控制系統前饋控制的原理是：當系統出現擾動時，立即將其測量出來，通過前饋控制器，根據擾動量的大小改變控制變量，以抵消擾動對被控參數的影響。前饋

39、控制的工作原理及其特點1、反饋控制的特點：不論是什么干擾，只要引起被調參數的變化，調節器均可根據偏差進行調節。但必須被調參數變化后才進行調節，調節速度難以進一步提高。2、前饋控制的原理與特點補償原理 如果補償量和干擾量以同樣的大小和速度作用于被控變量，且作用方向相反的話，被控變量不變。 前饋控制的特點：前饋控制器是按是按照干擾的大小進行控制的， 稱為“擾動補償”。如果補償精確，被調變量不會變化，能實現“不變性”控制。前饋控制是開環控制，控制作用幾乎與干擾同步產生，是事先調節，速度快。前饋控制器的控制規律不是PID控制，是由對象特性決定的。前饋控制只對特定的干擾有控制作用，對其它干擾無效。前饋控

40、制的局限性實際工業過程中的干擾很多，不可能對每個干擾設計一套控制系統，況且有的干擾的在線檢測非常困難。前饋控制器的補償控制規律很難精確計算，即使前饋控制器設計的非常精確， 實現時也會存在誤差，而開環系統對誤差無法自我糾正。因此，一般將前饋控制與反饋控制結合使用。前饋控制針對主要干擾，反饋控制針對所有干擾。前饋控制系統的結構前饋控制的結構有靜態補償和動態補償。1靜態前饋控制系統所謂靜態前饋控制，是前饋控制器的補償控制規律，只考慮靜態增益補償，不考慮速度補償。靜態前饋系統結構簡單、易于實現，前饋控制器就是一個比例放大器。但控制過程中，動態偏差依然存在。2動態前饋控制系統完全按照補償控制規律制作控制

41、器。理論上，動態前饋控制能在每個時刻都完全補償擾動對被控參數的影響。但補償控制規律比較復雜，常常無法獲得精確表達式，也難以精確實現。3前饋反饋復合控制系統為了克服前饋控制的局限性，將前饋控制和反饋控制結合起來，組成前饋反饋復合控制系統。 復合控制系統具有以下優點：在反饋控制的基礎上，針對主要干擾進行前饋補償。既提高了控制速度，又保證了控制精度。反饋控制回路的存在，降低了對前饋控制器的精度要求，有利于簡化前饋控制器的設計和實現。在單純的反饋控制系統中，提高控制精度與系統穩定性是一對矛盾。往往為保證系統的穩定性而無法實現高精度的控制。而前饋反饋控制系統既可實現高精度控制，又能保證系統穩定運行。4前

42、饋串級復合控制系統對于慢過程的控制，如果生產過程中的主要干擾頻繁而又劇烈，而工藝對被控參量的控制精度要求又很高，可以考慮采用前饋串級復合控制方案。從前饋串級復合控制系統的傳遞函數： 1、串級控制回路的傳函和單純的串級控制系統一樣 2、前饋控制器的傳函主要由擾動通道和主對象特性決定前饋控制器的通用模型：因此，可以事先做好各系數可調的通用前饋控制器。使用時根據補償要求，調整各個系數值，就可獲得不同特性的前饋控制功能。前饋控制的應用場合（1）某個干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，而對象的控制通道滯后大。（2）采用單純的反饋控制，控制速度慢、質量差。（3）用串級控制，效果改善不明顯。目前，比較高檔

43、的控制儀表中都配備通用前饋控制模塊，供用戶選用。大滯后過程控制系統在工業生產中，控制通道往往不同程度地存在著純滯后。一般將純滯后時間0與時間常數T之比大于0.3（0 / T0.3）的過程稱之為大滯后過程。大滯后過程是公認較難控制的過程。其難于控制的主要原因是純滯后的增加導致開環相頻特性相角滯后增大，使閉環系統的穩定性下降。為了保證穩定裕度，不得不減小調節器的放大系數，造成控制質量的下降。最早的大滯后過程控制方案是采樣控制。 所謂采樣控制，是一種定周期的斷續PID控制方式，即控制器按周期T進行采樣控制。在兩次采樣之間，保持該控制信號不變，直到下一個采樣控制信號信號到來。保持的時間T與必須大于純滯

44、后時間0。這樣重復動作，一步一步地校正被控參數的偏差值，直至系統達到穩定狀態。這種“調一調，等一等”的方案的核心思想就是放慢控制速度，減少控制器的過度調節。 典型的大滯后過程的采樣控制系統框圖如圖所示。圖中，采樣控制器每隔采樣周期T動作一次。S1、S2表示采樣器，它們同時接通或同時斷開。S1、S2，接通時，采樣控制器閉環工作；S1、S2斷開時，采樣控制器停止工作，輸出為零，但是上一時刻的控制值u*(t)通過保持器持續輸出。采樣控制是以犧牲速度來獲取穩定的控制效果，如果在采樣間隔內出現干擾，必須要等到下一次采樣后才能作出反應。 比值控制系統實現兩個或多個參數符合一定比例關系的控制系統，稱為比值控

45、制系統。1. 開環比值控制系統2. 單閉環比值控制系統為了克服開環比值控制的不足，在開環比值控制的基礎上，增加對副流量的閉環控制。3. 雙閉環比值控制系統 為了克服單閉環比值控制中主流量不受控制的缺點，增加了主流量控制回路4變比值控制系統在有些生產過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個工藝參數的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現了變比值控制系統。 比值控制系統的設計與參數整定 1比值控制系統設計1）主流量、副流量的確定原則：生產中起主導作用的物料流量，一般選為主流量，其余的物料流量跟隨其變化，為副流量。工藝上不可控的物料流量，一般選為主流量。成本較昂貴的物料流量一般選為主流量。當生產工藝

46、有特殊要求時，主、副物料流量的確定應服從工藝需要。控制方案的選擇控制方案選擇應根據不同的生產要求確定，同時兼顧經濟性原則。如果工藝上僅要求兩物料流量之比值一定，而對總流量無要求，可用單閉環比值控制方案。如果主、副流量的擾動頻繁，而工藝要求主、副物料總流量恒定的生產過程，可用雙閉環比值控制方案。當生產工藝要求兩種物料流量的比值要隨著第三參數的需要進行調節時，可用變比值控制方案。調節器控制規律的確定比值控制系統中，調節器的控制規律是根據控制方案和控制要求而定。在單閉環比值控制系統中，比值器K起比值計算作用，若用調節器實現，則選P調節；調節器F2C使副流量穩定，為保證控制精度可選PI調節。雙閉環比值

47、控制不僅要求兩流量保持恒定的比值關系，而且主、副流量均要實現定值控制，所以兩個調節器均應選PI調節；比值器選P調節。 正確選擇流量計及其量程各種流量計都有一定的適用范圍（一般正常流量選在滿量程的70左右），必須正確地選擇和使用，可參考有關設計資料、產品手冊。 比值系數的計算工藝規定的流量（或質量）比值K不能直接作為儀表比值使用，必須根據儀表的量程轉換成儀表的比值系數K后才能進行比值設定。變送器的轉換特性不同，比值系數K的計算公式不同。（l）流量與測量信號之間成線性關系如果Q1的流量計測量范圍為0Q1max 、Q2的流量計測量范圍為0Q2max，則變送器輸出電流信號和流量之間的關系如下：（2）流

48、量與測量信號之間成非線性關系利用節流原理測流量時，流量計輸出信號與流量的平方成正比： I=CQ2 6）流量測量中的溫度、壓力補償用差壓流量計測量氣體流量時，被測氣體溫度和壓力的變化會使其密度發生變化，流量的測量值將產生誤差。對于溫度、壓力變化較大、而控制質量要求較高的對象，必須進行溫度、壓力補償，以保證流量測量值的準確。均勻控制系統在連續生產過程中，有許多裝置是前后緊密聯系的。前一設備的出料，往往是后一設備的進料，各設備的操作也互相關聯、互相影響。為了解決前后工序控制的矛盾，達到前后兼顧、協調操作，使前后工序的控制參數均能符合要求而設計的控制系統稱為均勻控制系統。特點：（1）兩個被控變量在控制過程中都是緩慢變化的。（2）前后互相聯系又互相矛盾的兩個變量應保持在所允許的范圍內波動。均勻控制方案1簡單均勻控制結構與簡單液位定值控制系統一樣，但系統控制的目的不同。均勻控制的目的是協調控制液位和排出流量兩個變量。由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個變量，是通過調節器的參數整定來實現的。簡單均勻控制系統中的控制器一般都是純比例作用，而且將比例度整定得很大。當液位變化時，控制器的輸出變化很小，排出流量只作微小緩慢的變化，以較弱的控制作用達到均勻控制的目的。簡單均勻控制的優點是結構簡單，投運方便，成本