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文檔簡介
1、過程控制工程第1章 單回路反饋控制系統 第 2 課Process Control Engineering1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇 控制通道特性分析Gc(s)GPC(s)GPD(s)R(s)E(s)F(s)教學進程1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇(1) 放大倍數K0的影響靜態:控制通道放大倍數K0大,控制系統穩態余差小,見式(1-15)動態:控制系統衰減比與Kc 與K0的乘積有關,見式(1-26),且Kc K0越大,越小,穩定性差,因此,要保證Kc K0=常數。在Kc K0=常數情況下,控制系統穩態余差不變。從控制角度看,K0大些,說明控制通道對系統的影響
2、大,易于調節,因此,一般希望K0大些好教學進程1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇(2) 時間常數T0的影響從控制系統傳遞函數推導進行分析,見課本P17結論:控制通道的時間常數大,經過的容量數多,系統的工作頻率低,控制不及時、系統控制質量差,如溫度系統。 一般希望控制通道時間常數小些好。 但控制通道時間常數過小,將使得系統過于靈敏,也會使穩定性變差,如流量系統 教學進程1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇(3) 純滯后 0的影響 分析見課本P19 結論:純滯后0的存在,使得控制不及時,增加動態偏差,降低穩定性。 控制通道純滯后是控制系統非常不利的因素,會嚴重影響控制系統
3、品質,以至于使控制系統發散,造成嚴重后果,因此,實際工程中,必須重視。 教學進程1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇操縱變量的選擇 兼顧考慮工藝的合理性,工藝上不易頻繁改變的量也不宜作為操縱變量。 實質上是決定了控制通道的選擇。原則:(1)操縱變量必須可控(2)選擇通道放大倍數相對大的(3)選擇通道時間常數相對小的(干擾通道時間常數大些)(4)選擇通道的純滯后盡量小(5)選擇使干擾點遠離控制變量、靠近控制閥教學進程復習:1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇(1)選擇被控變量的原則?(2)操縱變量的選擇 原則? (2)干擾通道特性影響Kf 、 Tf 、 f ? (3)控制
4、通道特性影響K0 、 T0 、 0 ? 教學進程引言:單回路控制設計了解生產工藝掌握生產過程的規律確定確定合理的控制方案被控變量&操縱變量控制閥開閉形式、流量特性控制器的類型及正、反作用測量變送裝置教學進程單回路反饋控制系統1.1 單回路系統的結構組成1.2 被控變量的選擇1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇1.4 控制閥的選擇1.5 測量、傳送滯后對控制質量的影響及其克服辦法1.6 控制器參數對系統控制質量的影響及控制規律的選擇1.7 系統的關聯及其消除方法1.8 單回路系統的投運和整定 實驗:單回路控制系統連接、投運和整定、質量研究第1章教學進程1.4 控制閥的選擇控制系統的執
5、行部件接受控制器的命令執行控制任務。選擇內容:口徑大小、開閉形式、流量特性、結構形式教學進程口徑大小 直接決定介質流過的能力1.4 控制閥的選擇 通過計算閥的流通能力,并且保證具有一定的余量,具有較寬的可控范圍。 口徑過大,正常流量時閥門處于小的開度,閥的特性不好; 口徑過小,正常流量時閥門處于大的開度,閥的特性也不好。教學進程開閉形式氣動控制閥:1.4 控制閥的選擇電動控制閥:一般均為電開式(電機帶動閥門)氣開式輸入氣壓信號(來自控制器)增大,閥的開度增大;氣閉式輸入氣壓信號(來自控制器)增大,閥的開度減小;教學進程控制閥的氣開、閉形式的選擇原則:1.4 控制閥的選擇(1)安全角度: 即當出
6、現意外事故時,如氣源中斷,或電源中斷,此時輸入控制閥的氣壓信號最小,這時,考慮到工藝設備的安全性,必須使閥門全閉(氣開式)或閥門全開(氣閉式) 如:鍋爐燃氣控制閥氣開式 (2)質量角度:出現以外事故,考慮產品質量 (3)消耗角度:原料、成品及動力消耗 (4)介質特點:特殊介質,考慮氣結晶、蒸發等因素 具體工藝過程,對控制閥開閉有要求的場合,要區分主次因素(安全第一),對控制閥開閉沒有要求時,可以任選教學進程控制閥的氣開、閉形式的選擇例子:1.4 控制閥的選擇課本P22:圖1.19 鍋爐供水控制閥圖1.20 離心泵出口控制閥 沒有安全要求保護用戶設備保護鍋爐本身教學進程1.4 控制閥的選擇流量特
7、性 目前控制閥的特性有三種: 線性特性、對數特性(等百分比特性)、快開特性 L/LmaxF/Fmax教學進程 一般的,生產負荷變化對象特性發生變化 如,熱交換器: 負荷(被加熱的流體)增大: 通過熱交換器的時間縮短, 純滯后減小; 特性改變 流速增大,傳熱效果變好 控制系統投運時,已經整定好了PID參數,一旦對象特性發生變化時,原來好的PID參數就變得不好了1.4 控制閥的選擇流量特性什么時候選擇非線性特性?教學進程(1)選擇自整定調節器,代價大(2)通過控制閥的特性選擇進行彌補 K 1 / K0G0如對象負荷靜態部分K0與控制閥流量F成正比,對象負荷動態部分G0與控制閥流量F成反比,控制閥特
8、性取線性;P15 表1-1 控制閥流量特性的選擇 課本P15分析的例子P16 表1-2 控制閥流量特性經驗選擇1.4 控制閥的選擇流量特性解決辦法:教學進程1.4 控制閥的選擇結構形式直通單座、直通雙座、角閥、高壓閥、蝶閥、隔膜閥、三通閥適用于不同工藝場合表1-4 教學進程1.4 控制閥的選擇閥門定位器 控制閥的輔助裝置 接受控制器信號,輸出控制控制閥 作用: 提高控制閥控制精度,準確定位; 功率放大; 可改變控制閥流量特性; 可實現分程控制 教學進程單回路反饋控制系統1.1 單回路系統的結構組成1.2 被控變量的選擇1.3 對象特性對控制質量的影響及操縱變量的選擇1.4 控制閥的選擇1.5
9、測量、傳送滯后對控制質量的影響及其克服辦法1.6 控制器參數對系統控制質量的影響及控制規律的選擇1.7 系統的關聯及其消除方法1.8 單回路系統的投運和整定 實驗:單回路控制系統連接、投運和整定、質量研究第1章教學進程1.5 測量及傳送滯后的影響及消除方法測量滯后的影響容量滯后: 由于測量元件具有一定的時間常數,一階慣性環節 理論上講,只有當過渡時間無限長時,輸出才能達到穩態(等于工藝參數值)。因此,測量變送的輸出一般小于工藝參數實際值,不利于系統控制測量變送裝置的容量滯后對控制系統不利。教學進程1.5 測量及傳送滯后的影響及消除方法測量滯后的影響純滯后: 參數變化信號傳遞到測量點需要一定的時間 使得廣義對象中含有純滯后環節,不利于控制,要盡量克服教學進程1.5 測量及傳送滯后的影響及消除方法傳遞滯后的影響 測量信號傳送滯后:變送器控制室 控制信號傳送滯后:控制室控制閥 生產現場與控制室有較長的一段距離,對于氣動信號的傳遞,就會產生信號的傳送滯后。一般比較小,對于電信號,可以忽略。 教學進程1.5 測量及傳送滯后的影響及消除方法克服滯后的辦法測量滯后: 選擇快速反應的測量元件,以減小時間常數 選擇合適的測量點,以減小純滯后 使用微分單元,以克服容量滯后 微分環節起到超前作用,參考書上的推導,在分子上多了一
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