1、過程裝備控制技術及應用第二章之2單回路系統要點 要有代表性要有代表性。被控變量應能代表一定的工藝操作指標或能。被控變量應能代表一定的工藝操作指標或能反映工藝操作狀態，一般都是工藝過程中比較重要的變量。反映工藝操作狀態，一般都是工藝過程中比較重要的變量。 應該獨立可控應該獨立可控。簡單控制系統的被控變量應避免和其他控。簡單控制系統的被控變量應避免和其他控制系統的被控變量有關聯（耦合制系統的被控變量有關聯（耦合) )關系。關系。 滯后要小滯后要小。采用直接指標作為被控變量最直接也最有效。采用直接指標作為被控變量最直接也最有效。當無法獲得直接指標信號，或其測量和變送環節滯后很大時，當無法獲得直接指標

2、信號，或其測量和變送環節滯后很大時，可選擇與直接指標有單值對應關系的間接指標作為被控變量。可選擇與直接指標有單值對應關系的間接指標作為被控變量。 靈敏度要高靈敏度要高。被控變量應能被測量出來，并具有足夠大的。被控變量應能被測量出來，并具有足夠大的靈敏度。靈敏度。 成本要低成本要低。選擇被控變量時，必須考慮工藝的合理性和國。選擇被控變量時，必須考慮工藝的合理性和國內儀表產品現狀。內儀表產品現狀。選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 Q入入T入入X入入QZFTH被控變量被控變量T

3、D影響塔頂溫度的各種輸入示意圖影響塔頂溫度的各種輸入示意圖被控對象被控對象原則上，原則上，在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控在諸多影響被控變量的輸入中選擇一個對被控變量變量影響顯著影響顯著而且而且可控性良好可控性良好的輸入作為的輸入作為控制變量控制變量后，后，其它所有未被選中的輸入則成了為系統的其它所有未被選中的輸入則成了為系統的干擾變量干擾變量。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述控制通道控制通道干擾通道干擾通道干擾變量干擾變量控制變量控制變量被控變量被控變量干擾作

4、用與控制作用之間的關系干擾作用與控制作用之間的關系 被控對象被控對象控制質量控制質量 系統的過渡過程形式系統的過渡過程形式超調量、衰減比、超調量、衰減比、 余差、過渡時間、振蕩周期余差、過渡時間、振蕩周期對象特性對象特性 系統的輸入輸出關系系統的輸入輸出關系 分為對象靜態性質和對象動態性質分為對象靜態性質和對象動態性質 考察對象特性對控制質量的影響，用以選擇控考察對象特性對控制質量的影響，用以選擇控 制變量制變量選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述放大系數放大系數 絕對放大系

5、數絕對放大系數 Y Y X X Y/(YY/(YMAXMAX-Y-YMINMIN) ) X/(XX/(XMAXMAX-X-XMINMIN) ) 相對放大系數相對放大系數 控制通道的穩態特性由控制通道放大系數控制通道的穩態特性由控制通道放大系數K K0 0表征表征從從控制有效性控制有效性考慮，考慮，K K0 0應適當的大一些應適當的大一些 干擾通道的穩態特性由干擾通道放大系數干擾通道的穩態特性由干擾通道放大系數K Kf f表征表征希望希望K Kf f小一些，小一些，K Kf f越小干擾變量對被控變量的影響就越小越小干擾變量對被控變量的影響就越小 控制變量選擇的原則一：當多個輸入變量都影響被控變控

6、制變量選擇的原則一：當多個輸入變量都影響被控變量時，從穩態性質考慮，應該選擇其中放大系數大的可量時，從穩態性質考慮，應該選擇其中放大系數大的可控變量作為控制變量?？刈兞孔鳛榭刂谱兞俊?選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述控制通道時間常數控制通道時間常數 T T0 0控制通道滯后時間控制通道滯后時間0 0 T T0 0小一點好，不能過大，小一點好，不能過大，否則會使控制變量的校正作否則會使控制變量的校正作用遲緩，超調量增大，過渡時間增長用遲緩，超調量增大，過渡時間增長 在選擇控

7、制變量構成控制回路時，應盡量避免控制在選擇控制變量構成控制回路時，應盡量避免控制通道純滯后通道純滯后0 0的存在，無法避免時應使之盡可能小。的存在，無法避免時應使之盡可能小。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述干擾通道時間常數干擾通道時間常數 T Tf fT Tf f越大越好，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利越大越好，

8、干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于改善控制質量于改善控制質量 干擾通道純滯后干擾通道純滯后f f的影響的影響無純滯后無純滯后有純滯后有純滯后干擾通道滯后時間干擾通道滯后時間f f 干擾通道的純滯后干擾通道的純滯后f f不會影不會影響控制質量響控制質量 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 控制變量應是控制變量應是可控可控的，即工藝上允許調節的變量。的，即工藝上允許調節的變量。 控制變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更加控制變量一般應比其他干擾對被控變量的影響更加靈敏靈敏。

9、為此，應通過合理選擇控制變量，使控制通道的放大倍數適為此，應通過合理選擇控制變量，使控制通道的放大倍數適當大、時間常數適當小當大、時間常數適當小( (但不宜過小，否則易引起振蕩但不宜過小，否則易引起振蕩) )、純、純滯后時間盡量小。為使其他干擾對被控變量的影響盡可能小，滯后時間盡量小。為使其他干擾對被控變量的影響盡可能小，應使干擾通道的放大系數盡可能小、時間常數盡可能大。應使干擾通道的放大系數盡可能小、時間常數盡可能大。 在選擇控制變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考在選擇控制變量時，除了從自動化角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產的經濟性。一般說來不宜選擇生產負慮工藝的合理性與生產的經濟

10、性。一般說來不宜選擇生產負荷作為控制變量，因為生產負荷直接關系到產品的產量，是荷作為控制變量，因為生產負荷直接關系到產品的產量，是不宜經常波動的。不宜經常波動的。物料平衡除外！物料平衡除外！應盡量使干擾作用點靠近調節閥處應盡量使干擾作用點靠近調節閥處被選擇的控制變量應對裝置中其它控制系統的影響和關聯被選擇的控制變量應對裝置中其它控制系統的影響和關聯較小較小 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 薄板冷卻器薄板冷卻器熱物料冷物料TTFTLC液氨液氨PT氣氨氣氨液氨儲罐氨直冷式薄

11、板冷卻系統示意圖氨直冷式薄板冷卻系統示意圖被控變量被控變量：物料出口溫度：物料出口溫度 待選的控制變量：待選的控制變量： 熱物料溫度熱物料溫度 熱物料的流量熱物料的流量液氨的流量液氨的流量氣氨的回氣壓力氣氨的回氣壓力 熱物料流量熱物料流量F F對冷物料出口溫度對冷物料出口溫度T T的放大系數為：的放大系數為： 11000k0.3溫度變化的百分數流量變化的百分數12-030-10 50-0氣氨回氣壓力氣氨回氣壓力P P對冷卻器物料出口溫度對冷卻器物料出口溫度T T的放大系數為：的放大系數為： 21000k1.6溫度變化的百分數壓力變化的百分數12-0275-245 400-0乳化物乳化物高位槽高

12、位槽過濾器過濾器12WWW3蒸蒸汽汽空空氣氣產產品品GW(S)GQ(S)GP(S)T1T2GF(S)工藝要求工藝要求 在在保證產品含水率合格的前提下，保證產品含水率合格的前提下， 保證最大產量保證最大產量。 被控變量被控變量 產品含水率產品含水率 干燥溫度干燥溫度T T1 1 影響被控變量的主要輸入變量影響被控變量的主要輸入變量 乳化物流量乳化物流量f fw w 旁路空氣流量旁路空氣流量f fQ Q 加熱蒸汽壓力流量加熱蒸汽壓力流量f fp p 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概

13、述概述測量元件時間常數的影響測量元件時間常數的影響 測量元件純滯后時間的影響測量元件純滯后時間的影響 0 1 2 V1 V2 + 一般是由于測量元件一般是由于測量元件安裝位置引起的安裝位置引起的 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 選擇快速測量元件選擇快速測量元件。 正確選擇測量元件的安裝位置正確選擇測量元件的安裝位置。在自動控制系統中，以。在自動控制系統中，以溫度測量元件和成分分析的取樣裝置所引起的測量滯后為最溫度測量元件和成分分析的取樣裝置所引起的測量滯后為最大。通常測

14、量單元件應選擇在最具代表性，響應最靈敏、最大。通常測量單元件應選擇在最具代表性，響應最靈敏、最迅速的位置安裝，應避免將其安裝在死角或易掛料結焦的地迅速的位置安裝，應避免將其安裝在死角或易掛料結焦的地方。分析取樣則應在溫度比較穩定，離設備較近之處，盡量方。分析取樣則應在溫度比較穩定，離設備較近之處，盡量減小純滯后。減小純滯后。 正確使用微分器。正確使用微分器。正確使用微分器，合理引入微分特性正確使用微分器，合理引入微分特性的超前作用，對克服測量滯后，改善控制質量是一種有效的超前作用，對克服測量滯后，改善控制質量是一種有效的方法。的方法。 (TdS+1)KmTmS+1Y(S)Z(S)U(S)測量、

15、變送裝置與微分器連接示意圖測量、變送裝置與微分器連接示意圖選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 濾波：濾波：克服克服隨機干擾信號隨機干擾信號 中位值濾波中位值濾波算術平均濾波算術平均濾波遞推平均濾波遞推平均濾波加權遞推平均濾波加權遞推平均濾波一階慣性濾波一階慣性濾波( )(1) ( )(1)y nx ny n 線性化處理線性化處理1TS+1輸入輸入輸出輸出一階慣性低通濾波環節一階慣性低通濾波環節選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥

16、選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 負荷變化使得被控對象特性發生變化，對控制質量產生影響。負荷變化使得被控對象特性發生變化，對控制質量產生影響?？梢酝ㄟ^選擇不同結構的調節閥，利用調節閥的流量特性來可以通過選擇不同結構的調節閥，利用調節閥的流量特性來克服負荷變化帶來的影響?？朔摵勺兓瘞淼挠绊?。原理：利用調節閥的放大系數的變化來補償控制對象放大系原理：利用調節閥的放大系數的變化來補償控制對象放大系數的變化，使廣義對象的放大系數基本保持不變或近似不變，數的變化，使廣義對象的放大系數基本保持不變或近似不變，從而達到較好的控制效果從而達到較好的控制效果調節器執

17、行器對象傳感器、變送器+SPxzeuqyf 調節規律調節規律 調節器產生控制信號的作用叫作調節作用。調節作調節器產生控制信號的作用叫作調節作用。調節作用所遵循的數學規律稱為調節規律（又叫作調節器特性用所遵循的數學規律稱為調節規律（又叫作調節器特性）。）。 調節器特性：輸出信號與輸入信號之間隨時間變化調節器特性：輸出信號與輸入信號之間隨時間變化的關系。的關系。UU輸出。調節器送往調節閥的信號輸出。調節器送往調節閥的信號ee偏差，數值上等于測量值減給定值偏差，數值上等于測量值減給定值調節規律：調節規律：非連續非連續位式位式連續連續PROPORTION/INTEGRAL/DERIVATIONPROP

18、ORTION/INTEGRAL/DERIVATION( )( ( )( )( ( )u tf z tx tf e t控制規律f（）z(t)x(t)e(t)u(t)( )( ( )( )( ( )u tf z tx tf e t( )( )z tu t( )( )z tu tmaxmine(t)0( ) e(t)0 uu tu當 打開當關閉x(t)z(t)e(t)p(t)+pmaxpmin罐壓力變送器排放電磁閥任何正常工作的儀表都是根據輸入變化之后輸出才會有動作的。而所有的儀表都會有它的不靈敏區（程度不同而已）。在儀表的不靈敏區內，輸入信號已經給出，但儀表的輸出并不會立即變化。這種現象即我們在前

19、面提到的滯后現象。如果把儀表的不靈敏區人為擴大，即稱為儀表的中間區。日本控制工程專家緒方勝彥是這樣定義中間區的：開、關動作之前，誤差信號的變化范圍。1P110( )0 1 90P1100P90u t或x(t)z(t)e(t)u(t)+umaxuminu 顯然，中間區的存在使得執行機構的動作周期加大，被控變量的變化范圍更大，但設備動作的周期也更大。如果工藝允許，這樣既延緩了設備的壽命，同樣也可以滿足工藝要求。這就是工業上經常采用具有雙位調節規律控制被控對象的原因。uiq0qO O( )( ) au te tbiq0qO O puK e 0 puuK eKPu(t)e(t)z(t)+_x(t)e(

20、t)u(t) puKemaxminmaxmin*100%zzzuuumaxminmaxmin*100%uuzzzumaxminmaxmin*100%uuezzu1*100%pCK%1001pKminmaxxxe1minmaxUUUminmaxxx當時，即調節器的輸出變化量為滿量程。這就是比例度的物理意即調節器的輸出變化量為滿量程。這就是比例度的物理意義。義。注意：注意： 對于非線性刻度的儀表，例如流量用孔板測量而未用開對于非線性刻度的儀表，例如流量用孔板測量而未用開方器時，偏差的變化量方器時，偏差的變化量ee不能直接用流量的數值，而應該用不能直接用流量的數值，而應該用實際輸入給調節器的信號。實

21、際輸入給調節器的信號。也一樣。也一樣。的關系與PkeUkekUPP%1001minmaxminmaxxxUUkP成反比關系與ck%1001PK對于單元組合儀表而言：與輸入、輸出的關系：與輸入、輸出的關系：減小，使輸出變化全范圍時需要的輸入變化區間就越小。減小，使輸出變化全范圍時需要的輸入變化區間就越小。 50%100%200%PeKp231s11s( )Y s( )F s( )X s231( )( )( )312(1)(312)KpsY sX sF ssKpssKp 1( )X ss21( )312KpY ssKp s 02( )lim * ( )112sKpys Y sKp 1( )F ss

22、311( )(1)(312)sY sssKp s 01( )lim * ( )012sys Y sKp PP K, K余 差小或一對矛盾 要統籌兼顧穩定性高或1(t)dt iiueT積分積分u(t)e(t)z(t)+_x(t)uI(t)e(t)IAtTuI(t)e(t)IAtT1( ) ( )( )piu tKe te t dtT1( )(1) piG sKTseKppiKedtT( )e tA1( )() 1 () ()pipipiu tKeedtTKAAdtTAKAtTe(t)u(t)AuI=KPAt/TiuP=KPA(0)puK A( )2pu TK A特點：特點：1 1、慢慢來，調節速

23、度慢。所以不能單獨使用。、慢慢來，調節速度慢。所以不能單獨使用。2 2、穩定后能消除余差。、穩定后能消除余差。3 3、積分時間減小，積分速度增加，積分作用增強。、積分時間減小，積分速度增加，積分作用增強。積分時間表征積分作用的強弱。積分時間表征積分作用的強弱。520151015u(t)mine(t)102431min實際實際PIPI調節器的傳遞函數為：調節器的傳遞函數為： STKSTKSWIIIP1111在階躍偏差信號作用下，利用拉普拉斯反變換可求得實際在階躍偏差信號作用下，利用拉普拉斯反變換可求得實際PIPI調節器的輸出隨時間變化的表調節器的輸出隨時間變化的表達式為：達式為：IITKtIPe

24、KKy111實際實際PIPI調節器的階躍響應特性中下圖所示：調節器的階躍響應特性中下圖所示：yKP00ttKPKI由圖可知，積分輸出并非直線增長，而是按指數由圖可知，積分輸出并非直線增長，而是按指數（時間常數為（時間常數為K KI IT TI I）規律變化的。最終趨向于飽）規律變化的。最終趨向于飽和。其穩態值（即最大值）為和。其穩態值（即最大值）為K KP PK KI I。此值取決。此值取決于調節器的積分增益于調節器的積分增益K KI I或開環增益（穩態時的放或開環增益（穩態時的放大倍數）大倍數）K K。積分增益積分增益KIKI的意義是，在階躍信號作用下，的意義是，在階躍信號作用下，PIPI調

25、節器輸出變化的最終值（假定偏差很小，調節器輸出變化的最終值（假定偏差很小，輸出值未達到調節器的輸出限制值）與初始值（即比例輸出值）之比：輸出值未達到調節器的輸出限制值）與初始值（即比例輸出值）之比： 0yyKI開環增益開環增益K K和積分增益和積分增益KIKI的關系為：的關系為： IPKKyK當積分增益當積分增益KIKI無窮大時，可證明：無窮大時，可證明： IPTtKy1這時就相當于理想這時就相當于理想PIPI調節器的輸出了。實際上，調節器的輸出了。實際上，PIPI調節器的調節器的KIKI一般都比較大（數量級為一般都比較大（數量級為10102 210105 5），因此可以認為實際），因此可以認

26、為實際PIPI調節器的特性是接近于理想調節器的特性是接近于理想PIPI調節器特性的。調節器特性的?？刂泣c偏差和調節精度控制點偏差和調節精度實際實際PIPI調節器的調節器的KIKI值比較大但仍是一個限值。因此當調節器的輸出穩定在某一值時，測值比較大但仍是一個限值。因此當調節器的輸出穩定在某一值時，測量值和給定值之間依然存在偏差（也就是說實際量值和給定值之間依然存在偏差（也就是說實際PIPI調節器不可能完全消除余差），這種偏調節器不可能完全消除余差），這種偏差通常稱為控制點偏差。當調節器的輸出變化為滿度時，控制點的偏差達最大，其值為：差通常稱為控制點偏差。當調節器的輸出變化為滿度時，控制點的偏差達

27、最大，其值為：IPKKyyminmaxmax控制點最大偏差的相對變化值即為調節器的調節精度（控制點最大偏差的相對變化值即為調節器的調節精度（），考慮到調節器輸入信號和輸），考慮到調節器輸入信號和輸出信號的變化范圍是相等的，故有：出信號的變化范圍是相等的，故有：%1001%100minmaxmaxIpKKxx調節精度是調節器的重要指標，它表征調節器消除余差的能力。調節精度是調節器的重要指標，它表征調節器消除余差的能力。KIKI越大，調節精度越越大，調節精度越高，消除余差的能力越強。高，消除余差的能力越強。1(1)IKpTs231s11s( )Y s( )F s( )X s2(1)(31)( )(

28、 )( )(31)2(1)(1)(31)2(1)iiiiiiKp TsTssY sX sF sTssKp TssTssKp Ts1( )X ss2(1)1( )(31)2(1)iiiKp TsY sTssKp Tss0( )lim * ( )1sys Y s 1( )F ss(31)1( )(1)(31)2(1)iiiTssY ssTssKp Tss0( )lim * ( )0sys Y s 積分作用的特點：消除余差，會降低系統穩定性；積分作用的特點：消除余差，會降低系統穩定性；注意事項：注意事項： 引入積分作用以后，能消除余差，但系統的穩定性必然會降低，所以在使用過引入積分作用以后，能消除余

29、差，但系統的穩定性必然會降低，所以在使用過程中應適當降低比例作用（增大比例度或降低比例增益）程中應適當降低比例作用（增大比例度或降低比例增益） 當對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大；負荷變化過于劇烈當對象滯后很大時，可能控制時間較長、最大偏差也較大；負荷變化過于劇烈時，由于積分動作緩慢，使控制作用不及時，此時可增加微分作用時，由于積分動作緩慢，使控制作用不及時，此時可增加微分作用( )ddde tuTdt微分微分u(t)e(t)z(t)+_x(t)e(t)u(t)TT+e(t)u(t)00+AtTdA( )( ) ( )pdde tu tKe tTdt( )(1) pdG sKT

30、 seKp( )pdde tK Tdte(t)Ae(t)0Atu(t)T+KpA(a)u(t)0+e(t)=Atu(t)=(Td+t)A(b)()()dpddTdudeuKeTKdtdt(1)( )( )( )1pdddKT sU sG sT sE sKd1:11(1)( )11 111 1 1(1)dddpdddTddKdpdddpdtpdKT sau tLT ssKTTKK aLTssKKK aLssK aKe令e(t)au(t)0.632KP(Kd-1)aKPaKdKPa(Kd-)KPad當t = 0+時 uKdKPa當t 時 uKpa當t = d時 uKPa0.368（Kd1）KPaK

31、p的測定：的測定：u( )/aKd的測定：的測定：u(0)/u( )Td的測定：測出的測定：測出d后乘以后乘以Kd實際比例微分控制器在幅度為實際比例微分控制器在幅度為A A的階躍偏的階躍偏差作用下的開環輸出特性，見左圖。差作用下的開環輸出特性，見左圖。階躍偏差作用下實際比例微階躍偏差作用下實際比例微分開環輸出特性分開環輸出特性0 ,(0 ),( )0.368(1),( )CDDCDCDCtuK K ATtTu TK A KK AKtuK A )exp() 1()(TtKAKAKtuDcc由：由：得：得： 微分增益微分增益K KD D是固定不變的，只與控制器的類型有關。是固定不變的，只與控制器的

32、類型有關。電動控制器的電動控制器的K KD D一般為一般為5 51010。如果。如果K KD D =1=1，則此時等同，則此時等同于純比例控制。于純比例控制。 K KD D 1 1，稱為正微分。，稱為正微分。K KD D 1 1的，稱為的，稱為反微分器，它的控制作用反而減弱。這種反微分作用運反微分器，它的控制作用反而減弱。這種反微分作用運用于噪音較大的系統中，會起到較好的濾波作用。用于噪音較大的系統中，會起到較好的濾波作用。)Ttexp() 1K(AKAK) t (uDcc階躍偏差作用下實際比例微分階躍偏差作用下實際比例微分開環輸出特性開環輸出特性微分作用的特點：微分作用的特點：對于有過渡滯后

33、的對象，采用對于有過渡滯后的對象，采用PDPD控制能明顯改善過渡過程的品質；控制能明顯改善過渡過程的品質； PDPD控制有超前作用控制有超前作用 T Td d ，微分作用加強，系統穩定性提高，表現為：，微分作用加強，系統穩定性提高，表現為： 衰減比增大；過渡過程最大偏差減少衰減比增大；過渡過程最大偏差減少e emaxmax ；過渡時間；過渡時間t tp p ； T Td d太大，微分作用太強，導致反應速度過快，引起系統振蕩太大，微分作用太強，導致反應速度過快，引起系統振蕩 引入微分作用以后，不能消除余差，但余差會有所減少引入微分作用以后，不能消除余差，但余差會有所減少 微分作用對純滯后的對象不

34、起作用。微分作用對純滯后的對象不起作用。微分作用適用于過渡滯后強的對象，如：溫度對象微分作用適用于過渡滯后強的對象，如：溫度對象(其他系統較少用其他系統較少用 )微分作用對高頻噪聲非常敏感，在流量控制系統總流量測量信號通常包微分作用對高頻噪聲非常敏感，在流量控制系統總流量測量信號通常包含脈沖干擾，象這類對象一般不加微分作用。含脈沖干擾，象這類對象一般不加微分作用。有些系統由于反應太快，可加有些系統由于反應太快，可加“反微分反微分”，以降低系統的靈敏度。，以降低系統的靈敏度。現場控制系統中用比例微分作用的不多，較常見的是比例積分微分三作現場控制系統中用比例微分作用的不多，較常見的是比例積分微分三

35、作用控制規律（通常稱為用控制規律（通常稱為PID控制）?？刂疲?1( )()1( )(1)pdipdideu tKeedtTTdtG sKT sTs11( )11dipdiidT sTsG sKT sK TsK1( )(1)pdiG sKT sTs11( )11dipdiidT sTsG sKT sK TsKuPuDuPIDe(t)e(t)uPuDuPIDuIuI三種規律的概括：三種規律的概括：比例作用的輸出與偏差成正比，依比例作用的輸出與偏差成正比，依“偏差的大小偏差的大小”來動作。來動作。積分作用的輸出的變化速度與偏差成正比，依積分作用的輸出的變化速度與偏差成正比，依“偏差是否存在偏差是

36、否存在”來動作。來動作。微分作用的輸出與偏差的變化速度成正比，依微分作用的輸出與偏差的變化速度成正比，依“偏差變化速度偏差變化速度”來動作。來動作。工人師傅的順口溜工人師傅的順口溜比例：比例： 積分：積分： 微分：微分：比例調節器比例調節器 重定調節器重定調節器 說起微分器說起微分器象個放大器象個放大器 累積有本事累積有本事 一點不神秘一點不神秘一個偏差來一個偏差來 只要偏差在只要偏差在 階躍輸入來階躍輸入來放大送出去放大送出去 累積不停止累積不停止 輸出跳上去輸出跳上去放大是多少放大是多少 累積快與慢累積快與慢 下降快與慢下降快與慢旋鈕看仔細旋鈕看仔細 旋鈕看仔細旋鈕看仔細 旋鈕看仔細旋鈕看

37、仔細比例度旋大比例度旋大 積分時間長積分時間長 微分時間長微分時間長放大倍數低放大倍數低 累積速度低累積速度低 下降就慢些下降就慢些選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 位式控制位式控制 適用于對控制質量要求不高，被控對象是單容量的、且容適用于對控制質量要求不高，被控對象是單容量的、且容量較大、滯后較小、負荷變化不大也不太激烈，工藝允許被量較大、滯后較小、負荷變化不大也不太激烈，工藝允許被控變量波動范圍較寬的場合?？刈兞坎▌臃秶^寬的場合。 比例控制比例控制 優點：比例控制克

38、服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。優點：比例控制克服干擾能力強、控制及時、過渡時間短。 缺點：在過渡過程終了時存在余差缺點：在過渡過程終了時存在余差 適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝允許被控適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝允許被控變量存在余差的場合。變量存在余差的場合。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 比例微分控制比例微分控制 優點：利用微分超前的作用，在被控對象具有較大滯后的優點：利用微分超前的作用，在被控對象具有較大滯后的場合下，將會有效地改善

39、擔制質量。場合下，將會有效地改善擔制質量。 缺點：有可能會使系統產生振蕩，嚴重時使系統失控而發缺點：有可能會使系統產生振蕩，嚴重時使系統失控而發生事故。生事故。 比例積分微分控制比例積分微分控制 比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規律的優比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規律的優點。適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制要求高的場合。點。適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制要求高的場合。 比例積分控制比例積分控制 優點：系統在過渡過程結束時無余差優點：系統在過渡過程結束時無余差 缺點：系統的超調量、振蕩周期都會相應增大，過渡時間缺點：系統的超調量、振蕩周期都會相應增大，過渡時間也

40、會相應增加。也會相應增加。 適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝不允許被適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝不允許被控變量存在余差的場合?？刈兞看嬖谟嗖畹膱龊稀?選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 保證整個控制系統形成負反饋。保證整個控制系統形成負反饋。 在控制系統中，控制器、被控對象、測量元件及執行器在控制系統中，控制器、被控對象、測量元件及執行器都有各自的作用方向，一般被控對象、測量元件及執行器都有各自的作用方向，一般被控對象、測量元件及執行器的作用方向是固

41、定的，因此為了使系統構成負反饋，應對的作用方向是固定的，因此為了使系統構成負反饋，應對控制器的正反作用進行調整?？刂破鞯恼醋饔眠M行調整。 所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。所謂作用方向，就是指輸入變化后，輸出的變化方向。當輸入增加時，輸出也增加，則稱該環節為當輸入增加時，輸出也增加，則稱該環節為“正作用正作用”方方向；反之，當環節的輸人增加時，輸出減小，則稱該環節向；反之，當環節的輸人增加時，輸出減小，則稱該環節為為“反作用反作用”方向。方向。何謂何謂“正正”、“反反”作用？作用？控制器正控制器正 反作用選擇的基本原則反作用選擇的基本原則選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇

42、控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述控制器正控制器正 反作用選擇的步驟反作用選擇的步驟1 1、判斷被控對象的正反作用方向，由工藝機理確定、判斷被控對象的正反作用方向，由工藝機理確定 ；2 2、判斷執行器的正反作用方向，由工藝安全條件選定，其、判斷執行器的正反作用方向，由工藝安全條件選定，其選擇原則是：控制信號中斷時，應保證設備和操作人員的選擇原則是：控制信號中斷時，應保證設備和操作人員的安全；安全； 3 3、確定廣義對象的正反作用方向，一般、確定廣義對象的正反作用方向，一般測量變送環節為正測量變送環節為正作用方向作

43、用方向，根據被控對象和執行器的作用方向，確定廣義，根據被控對象和執行器的作用方向，確定廣義對象的正反作用方向；對象的正反作用方向；4 4、確定控制器的正反作用方向，廣義對象正作用方向，則、確定控制器的正反作用方向，廣義對象正作用方向，則控制器應選擇為反作用，反之亦然?？刂破鲬x擇為反作用，反之亦然。被控變量被控變量控制器控制器執行器執行器被控對象被控對象測量變送環節測量變送環節干擾干擾偏差偏差設定值設定值廣義對象廣義對象燃料氣TC加熱爐出口溫度控制加熱爐出口溫度控制控制器正控制器正 反作用選擇的實例反作用選擇的實例選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節

44、閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述液位控制液位控制選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述（1 1）熟悉被控對象和整個控制系統，檢查所有儀表及連接）熟悉被控對象和整個控制系統，檢查所有儀表及連接管線、氣管線、電源、氣源等，以保證接線的正確性，及管線、氣管線、電源、氣源等，以保證接線的正確性，及故障時能及時確定故障原因；故障時能及時確定故障原因；（2 2）根據經驗或估算比例度）根據經驗或估算比例度 、積分時間、積分時間T TI I和微分時間

45、和微分時間T TD D的數值，或將控制器放在純比例作用，比例度放在較大位的數值，或將控制器放在純比例作用，比例度放在較大位置；置；（3 3）確認控制閥的氣開、氣關作用；確認控制器的正、反）確認控制閥的氣開、氣關作用；確認控制器的正、反作用；作用；（4 4）手動操作執行器，待工況穩定后，將控制器由手動狀）手動操作執行器，待工況穩定后，將控制器由手動狀態切換到自動狀態，控制系統由開環控制變為閉環控制。態切換到自動狀態，控制系統由開環控制變為閉環控制。 初步投運過程基本結束。但控制系統的過渡過程不一定初步投運過程基本結束。但控制系統的過渡過程不一定滿足要求，需要進一步整定比例度滿足要求，需要進一步整

46、定比例度 、積分時間、積分時間T TI I和微分和微分時間時間T TD D三個參數。三個參數。 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述 就是按照已定的控制方案，求取使控制質量最好的控制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。即確定最合適的控制器比例度器參數值。即確定最合適的控制器比例度、積分時間、積分時間T TI I和微分時間和微分時間T TD D，使控制質量能滿足工藝生產的要求。，使控制質量能滿足工藝生產的要求。 對于簡單控制系統來說，一般希望過渡過程呈對于

47、簡單控制系統來說，一般希望過渡過程呈4:14:1至至10:110:1的衰減振蕩過程。的衰減振蕩過程。 什么是什么是“參數整定參數整定”？yt4:1yt10:1參數整定方法：理論計算、工程整定（又叫經驗整定方法，參數整定方法：理論計算、工程整定（又叫經驗整定方法，分為臨界比例度法、衰減曲線法、經驗湊試法）分為臨界比例度法、衰減曲線法、經驗湊試法） 選擇被控變量選擇被控變量選擇控制變量選擇控制變量處理測量信號處理測量信號選擇調節閥選擇調節閥選擇控制規律選擇控制規律系統投運系統投運參數整定參數整定概述概述臨界比例度法臨界比例度法 先將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小先將控制器放在純比例作用，在干擾作用下，從大到小地逐漸改變控制器的比例度，直至系統產生等幅振蕩，這地逐漸改變控制器的比例度，直至系統產生等幅振蕩，這時的比例度稱為時的比例度稱為臨界比例度臨界比例度K K，周期稱為，周期稱為臨界振蕩周期臨界振蕩周期TkTk。然后按表中的經驗公式計算出控制器的各參數整定數值。然后按表中的經驗公式計算出控制器的各參數整定數值。Tkttfy臨界振蕩過程臨界振蕩過