第七章简单控制系统课件.ppt
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1、第七章第七章 简单控制系统简单控制系统第一节第一节 简单控制系统的结构与组成简单控制系统的结构与组成第二节第二节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计第三节第三节 控制器参数的工程整定控制器参数的工程整定SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY t ty y 简单控制系统的方框图简单控制系统的方框图 控制器调节阀被控对象D测量变送器-SvPvDvMvqy干扰给定SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第一节第一节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计 简单控制系统:简单控制系统:由一个被控对象、测量变送器、控制器和执由一个被
2、控对象、测量变送器、控制器和执 行器所组成的单回路行器所组成的单回路负负反馈控制系统。反馈控制系统。简单控制系统的方框图简单控制系统的方框图 控制器调节阀被控对象D测量变送器-SvPvDvMvqy干扰给定SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 温度控制系统温度控制系统载热体载热体冷流体冷流体换热器换热器SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 液位控制系统液位控制系统SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 确定合理的控制系统方案确定合理的控制系统方案根据工艺的要求根据工艺的要求 :设计内容
3、设计内容(本节讲述主要内容)本节讲述主要内容)一、被控变量选择;一、被控变量选择;二、操纵变量的选择;操纵变量的选择;三、测量元件特性的影响;三、测量元件特性的影响;四、控制器的选择四、控制器的选择;五、控制器参数的工程整定。五、控制器参数的工程整定。操纵变量的选择;操纵变量的选择;控制器的选择;控制器的选择;SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 一、被控变量的选择一、被控变量的选择 从生产过程对控制系统的要求出发,找出对从生产过程对控制系统的要求出发,找出对产量、质量、安全等方面起决定作用的变量。产量、质量、安全等方面起决定作用的变量。1.1.采用直接指
4、标控制采用直接指标控制直接指标:指的是生产过程中的直接指标:指的是生产过程中的压力、流量、压力、流量、物位、温度物位、温度 等参数的测量控制。等参数的测量控制。直接指标控制最直接,最有效。直接指标控制最直接,最有效。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 精馏塔流程图精馏塔流程图回流罐回流罐冷凝器冷凝器顶采出顶采出进料进料蒸汽蒸汽2.2.采用间接指标控制采用间接指标控制以蒸馏塔控制为例以蒸馏塔控制为例1 1)精馏原理)精馏原理 2 2)精馏塔对自控的要求)精馏塔对自控的要求要求苯、甲苯达到一定要求苯、甲苯达到一定的纯度,因此,馏出物的纯度,因此,馏出物的浓度
5、的浓度XD应作为被控变应作为被控变量。量。苯苯甲苯甲苯SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY XD为被控变量,获取测量信号尚有困难时,可为被控变量,获取测量信号尚有困难时,可以找出与以找出与X XD D有关的参数作为被控变量,进行间接有关的参数作为被控变量,进行间接指标控制。指标控制。3 3)找出与)找出与X XD D有关的参数有关的参数XD=f(TD,P)(浓度与温度和压力有关)(浓度与温度和压力有关)当压力恒定时,即当压力恒定时,即P=P=常常数数XD =f(TD)如图所示如图所示 XD温度越低温度越低 TD XD温度越高温度越高 TD 测出温度可以知道
6、浓度测出温度可以知道浓度。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 当温度恒定时,即当温度恒定时,即T TD D=常数常数XD=f(P)如图所示如图所示 XD压力越高压力越高 P XD压力越低压力越低 P 测出压力可以知道浓度。测出压力可以知道浓度。4 4)考虑工艺的合理性)考虑工艺的合理性结论:结论:固定压力,选择温度为被控变量。固定压力,选择温度为被控变量。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 精馏塔流程图精馏塔流程图回流罐回流罐冷凝器冷凝器顶采出顶采出进料进料蒸汽蒸汽TCTTSHAN DONG INSTITUTE O
7、F LIGHT INDUSTRY 5 5)考虑被控变量的)考虑被控变量的 灵敏度。灵敏度。6 6)考虑被控变量的)考虑被控变量的 独立性。独立性。例如例如造纸过程中的硫酸盐法造纸过程中的硫酸盐法蒸煮过程中蒸煮过程中,质量指标质量指标是浆料的硬度和强度,是浆料的硬度和强度,是间接指标。是间接指标。选择被控变量的原则选择被控变量的原则 1.1.能代表工艺的操作指标,能能代表工艺的操作指标,能反映工艺操作状态。反映工艺操作状态。2.2.被控变量在操作过程中经常受到干扰影响,被控变量在操作过程中经常受到干扰影响,需需 要频繁控制的。要频繁控制的。3.3.直接指标无法获得时,应选与直接指标有单值直接指标
8、无法获得时,应选与直接指标有单值 对应关系的对应关系的间接指标间接指标作为被控变量。作为被控变量。4.4.间接参数能够被测出,并间接参数能够被测出,并有足够的灵敏度有足够的灵敏度。5.5.考虑考虑工艺过程的合理性及仪表的现状。工艺过程的合理性及仪表的现状。6.6.间接参数应间接参数应是独立的。是独立的。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 二、操纵变量的选择二、操纵变量的选择干扰作用对被控变量的影响是使其偏离给定值。干扰作用对被控变量的影响是使其偏离给定值。操纵变量则是要克服干扰对被控变量的影响。操纵变量则是要克服干扰对被控变量的影响。简单控制系统的方框图
9、简单控制系统的方框图 控制器调节阀被控对象D测量变送器-SvPvDvMvqy干扰干扰 f给定给定xez操纵变量操纵变量SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 温度控制系统温度控制系统载热体载热体冷流体冷流体换热器换热器SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 液位控制系统液位控制系统SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 被控变量被控变量对对 象象实现控制作用的操纵变量。即执行器所控制的参数。实现控制作用的操纵变量。即执行器所控制的参数。最常见的操纵变量是流量,也有电压、转速等最常见的操纵
10、变量是流量,也有电压、转速等。干扰干扰干扰通道干扰通道操纵变量操纵变量控制通道控制通道fffTK、()000、TK()SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 2.对象特性对选择操纵变量的影响对象特性对选择操纵变量的影响 1 1)对象静态特性的影响)对象静态特性的影响放大系数放大系数 ,是对象的静态参数。,是对象的静态参数。fKK、0 :希望希望 值大一些好值大一些好,越大越大,表示控制作用表示控制作用 灵敏灵敏,抑制干扰的能力越强。但抑制干扰的能力越强。但 太大会破太大会破 坏系统的稳定性。坏系统的稳定性。0K0K0K0K :无论对系统的静态还是动态对控制质
11、量无论对系统的静态还是动态对控制质量 都有害,都有害,尽可能小。尽可能小。fKfKfKfffTK、()000、TK()SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 2 2)对象动态特性的影响)对象动态特性的影响(1)控制通道时间常数控制通道时间常数T0 的影响的影响T0太大或太小都不利于提高控制质量。太大或太小都不利于提高控制质量。控制通道如果是一阶环节,控制通道如果是一阶环节,T0 0小,控制就灵敏。小,控制就灵敏。但太小,控制作用过于灵敏易引起控制过程震荡,但太小,控制作用过于灵敏易引起控制过程震荡,而不稳定。而不稳定。hQ1Q2SHAN DONG INSTI
12、TUTE OF LIGHT INDUSTRY 反应器温度控制系统反应器温度控制系统控制通道如果是二阶环节,控制通道如果是二阶环节,T0 0大,控制作用就大,控制作用就反应迟钝反应迟钝,过渡时间长,控制作用就弱。过渡时间长,控制作用就弱。希望希望T0 0适当小,有利于克服适当小,有利于克服干扰缩短过渡过程的时间。干扰缩短过渡过程的时间。hQ1Q2SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY(2)Tf f 对控制质量的影响对控制质量的影响希望希望T Tf f越大,对被控变量影响越小。越大,对被控变量影响越小。(3)对控制质量的影响对控制质量的影响f、0 控制通道滞后时
13、间控制通道滞后时间 的影响的影响0如果控制通道如果控制通道 大,那么大,那么T0 0也大。因此,也大。因此,对象较难控制。对象较难控制。0SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY fthQ1Q2tyB0CDAE控制通道控制通道 小为好小为好0SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY tfty有纯滞后有纯滞后无纯滞后无纯滞后ty 00如图如图 并不起作用。被控变量只是推迟并不起作用。被控变量只是推迟 时间变化。时间变化。ff 在干扰通道对控制质量的影响在干扰通道对控制质量的影响fSHAN DONG INSTITUTE OF LI
14、GHT INDUSTRY 小结:小结:3.越小越好越小越好,对被控变量无影响。对被控变量无影响。0f 2.适当小,适当小,越大越好;越大越好;fT0T 1.适当大,适当大,越小越好;越小越好;fK0KSHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 操纵变量的选择原则操纵变量的选择原则 1.1.工艺上要合理,除物料平衡调节外,一般避免工艺上要合理,除物料平衡调节外,一般避免 用主物料流量(生产负荷)作为操纵变量。用主物料流量(生产负荷)作为操纵变量。2.2.操纵变量应有克服干扰影响的校正能力,操纵变量应有克服干扰影响的校正能力,控制控制 通道通道K0(放大倍数)较大。
15、(放大倍数)较大。3.3.控制通道的动态响应要较干扰通道的动态响应控制通道的动态响应要较干扰通道的动态响应 为快,滞后时间尽量小。为快,滞后时间尽量小。4.4.所选的操纵变量应尽量是干扰点,远离被控变所选的操纵变量应尽量是干扰点,远离被控变 量而靠近控制阀。量而靠近控制阀。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 举例举例将浓缩乳液干燥成乳粉,生产上采用喷雾式干燥将浓缩乳液干燥成乳粉,生产上采用喷雾式干燥设备。在一定的干燥温度下获得合格产品。设备。在一定的干燥温度下获得合格产品。SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 分析一
16、下影响干燥器分析一下影响干燥器温度的因素。温度的因素。1.1.乳化物流量乳化物流量Q1的改变将影响干燥筒温度。的改变将影响干燥筒温度。2.2.鼓风机风量鼓风机风量Q2的变化也将影响干燥筒温度。的变化也将影响干燥筒温度。3.3.蒸汽压力的变化将引起蒸汽流量蒸汽压力的变化将引起蒸汽流量Q3的变化将影的变化将影 响干燥筒温度。响干燥筒温度。Q1Q2Q3SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第一种方案:乳化物流量第一种方案:乳化物流量Q1为操纵变量为操纵变量考虑工艺的合理性。乳化物流量是生产负荷,考虑工艺的合理性。乳化物流量是生产负荷,需要稳定,不易作操纵变量。需
17、要稳定,不易作操纵变量。根据操纵变量选择原则进行分析:根据操纵变量选择原则进行分析:蒸汽蒸汽产品产品SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第二种方案:空气流量第二种方案:空气流量Q2为操纵变量为操纵变量空气量与热风混合通过风管进入干燥器,较第一空气量与热风混合通过风管进入干燥器,较第一方案控制通道滞后时间稍大方案控制通道滞后时间稍大,灵敏度次之。灵敏度次之。蒸汽蒸汽产品产品SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 第三种方案:蒸汽流量第三种方案:蒸汽流量Q3为操纵变量为操纵变量控制通道很长,纯滞后、容量滞后大,灵敏度差。控
18、制通道很长,纯滞后、容量滞后大,灵敏度差。T0、0大,不易作操纵变量。大,不易作操纵变量。蒸汽蒸汽产品产品SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 混合过程混合过程控制器控制器执行器执行器 y变送器变送器zxe风管风管干燥器干燥器-干燥器干燥器Q1设计出以干燥器温度为设计出以干燥器温度为被控变量,空气流量为被控变量,空气流量为操纵变量,温度控制系操纵变量,温度控制系统。统。方块图方块图Q3干燥器干燥器风管风管换热器换热器TTTCQ1Q3SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 简单控制系统的方框图简单控制系统的方框图 控制器调
19、节阀被控对象D测量变送器-SvPvDvMvqy干扰干扰 f给定给定xez操纵变量操纵变量SHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY 三、测量变送环节对控制系统的影响三、测量变送环节对控制系统的影响1.1.测量元件安装引起的纯滞后测量元件安装引起的纯滞后电极只能安装在流速较小的支管道上,因此,电极只能安装在流速较小的支管道上,因此,由测量元件安装位置所引入的纯滞后。由测量元件安装位置所引入的纯滞后。合理选择测量元件的安装地点,尽可能缩短合理选择测量元件的安装地点,尽可能缩短纯滞后时间。纯滞后时间。LSHAN DONG INSTITUTE OF LIGHT INDU
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