吉林大学过程控制9简单控制课件.pptVIP

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简单控制系统设计概述简单控制系统是只对一个被控参数进行控制的单回路闭环控制系统。是最基本的过程控制系统。是构成复杂过程控制系统的基础。典型结构框图如下：2

控制系统设计的任务及其开发步骤简单过程控制系统主要由被控过程、过程检测和控制仪表组成过程控制系统设计的主要任务就在于如何确定合理的控制方案、选择正确的参数检测方法与检测仪表以及过程控制仪表的选型和调节器的参数整定等等过程控制系统开发的主要步骤叙述如下：1．熟悉控制系统的技术要求或性能指标2．建立控制系统的数学模型3．确定控制方案4．根据系统的动态和静态特性进行分析与综合5．系统仿真与实验研究6．工程化设计7．工程安装8．控制器的参数调整3

4一个简单控制系统开发设计的全过程如右图所示

设计中需要注意的有关问题1．认真熟悉过程特性2．明确各生产环节之间的约束关系3．重视对测量信号的预处理4．注意系统的安全保护总之，控制系统的设计是一件细致而又复杂的工作，对具体的过程控制系统设计者而言，只有通过认真调查研究，熟悉各个生产工艺过程，具体问题具体分析，才能获得预期的效果。5

控制方案的确定控制方案的确定主要包括系统被控参数的选择、测量信息的获取及变送、控制参数的选择、调节规律的选取、调节阀（执行器）的选择和调节器正、反作用的确定等内容。被控参数的选取被控参数的选取对于提高产品质量、安全生产以及生产过程的经济运行等都具有决定性的意义。这里给出被控参数选取的一般性原则：1）对于具体的生产过程，应尽可能选取对产品质量和产量、安全生产、经济运行以及环境保护等具有决定性作用的、可直接参数作为被控参数。6

2）当难以用直接参数作为被控参数时，应选取与直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数。3）当采用间接参数时，该参数对产品质量应具有足够高的控制灵敏度，否则难以保证对产品质量的控制效果。4）被控参数的选取还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素。对于一个已经运行的生产过程，被控参数往往是由工艺要求事先确定的。7

控制参数的选择过程特性对控制质量的影响1.干扰通道特性对控制质量的影响对于简单过程控制系统，可求得系统输出与干扰之间的传递函数为(式1)假设则：为一单容过程，其传递函数为若单容过程具有纯时延时间8

(1)干扰通道的影响越大干扰输出越大。(2)干扰通道的影响越大，“滤波”为惯性环节，对干扰具有“滤波”作用，由式2可知，效果越明显，因此干扰通道的时间常数越大，干扰对被控参数的动态影响就越小，因而越有利于系统控制质量的提高。9

(4)干扰进入系统位置的影响假定不是在之后，而是在之前进入系统，则有(式4)将式4与式2相比，多了一个滤波项。这表明干扰多经过一次滤波才对被控参数产生动态影响。从动态看，这对提高系统的抗干扰性能是有利的。因此干扰进入系统的位置越远离被控参数，对系统的动态控制质量越有利。但从静态看，这会使干扰引起被控参数偏离给定值的偏差相对增大，这对系统的控制品质又是不利的。因此需要权衡它们的利弊。10

2.控制通道特性对控制质量的影响11

2.控制通道特性对控制质量的影响(1)控制通道的影响在调节器增益一定的条件下，当控制通道静态增益越大时，则控制作用越强，克服干扰的能力也越强，系统的稳态误差就越小；与此同时，当越大，被控参数对控制作用的反应就越灵敏，响应越迅速。但是，当调节器静态增益一定越大时，系统的开环增益也越大，这对系统的闭环稳定性是不利的。因此，在系统设计时，应综合考虑系统的稳定性、快速性和稳态误差三方面的要求。(2)控制通道的影响如果控制通道的时间常数太大，则调节器对被控参数变化的调节作用就不够及时，系统的过渡过程时间就会延长，最终导致控制质量下降；但当太小，则调节过程又过于灵敏，容易引起振荡，同样难以保证控制质量。在系统设计时，应使控制通道的时间常数既不能太大也不能太小。12

的影响(3)控制通道纯滞后时间造成系统滞后的主要原因有：v被测对象滞后：测量点不能及时反映参数的变化。存在容积滞后和/或传递滞后。v检测元件滞后：因热容、热阻等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反映参数的变化。v信号传递滞后：主要是气动信号传递较慢导致系统反映滞后。控制通道的纯滞后，都会使系统的动态偏差增大，超调量增加，最终导致控制质量下降。从系统的频率特性分析，控制通道纯滞后的存在，会增加开环频率特性的相角滞后，导致系统的稳定性降低。因此，应减小控制通道的纯滞后，以利于提高系统的控制质量。13

(4)控制通道时间常数匹配的影响实际生产过程中，广义被控过程可近似看成由几个一阶惯性环节串联而成。以三阶为例系统传函为：相应的临界稳定增益为的大小完全取决于三个时间常数的相对比值可以证明：时间常数相差越大，临