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第五章 简单控制系统
简单控制系统 筒单控制系统(单回路控制系统) 由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和 一个执行机构(控制阀)所组成的闭环控制系统。 载热体 FI(s) Fn(s) →o G(s) 换热器 冷流体 简单温度控制系统 温度控制系统方框图
简单控制系统 简单控制系统（单回路控制系统） 由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和 一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。 TC 冷流体 载热体 TT 换热器 简单温度控制系统 温度控制系统方框图 + − Gv(s) Go(s) Gm(s) R(s) E(s) Gc(s) Q(s) Y(s) F1(s) Fn(s)
简单控制系统的设讣原则 被控变量的选择 方法一:选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于 测量的参数作为被控变量,称为直接参数法。例如 温度、压力、液位、流量反映等生产工艺状态的参 数。 方法二:选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数 有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量, 称为间接参数法。例如组分(某物质含量)、转化 率等
简单控制系统的设计原则 被控变量的选择 方法一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于 测量的参数作为被控变量，称为直接参数法。例如 温度、压力、液位、流量反映等生产工艺状态的参 数。 方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数 有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量， 称为间接参数法。例如组分（某物质含量）、转化 率等
简单控制系统的设计原则 被控变量的选择实例 氨合成塔控制 合成塔中进行的化学反应M2+3H2=2NH3+Q 催化剂层 深度 合成塔内温度 热点 催化剂层深度与温度关系 要正确选择被控变量必须充分了解工艺过程、工艺特点及对控制的要求
简单控制系统的设计原则 被控变量的选择实例 氨合成塔控制 合成塔中进行的化学反应 N2 +3H2 = 2NH3 +Q L TM T 催化剂层深度与温度关系 催化剂层 深度 合成塔内温度 热点 要正确选择被控变量必须充分了解工艺过程、工艺特点及对控制的要求
简单控制系统的设计原则 被控变量的选择原则 1.选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护 具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。 2.当不能用直接参数作为被控变量时,可选择一个与直接参数有 单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。 1)满足工艺的合理性 (2)具有尽可能大的灵敏度且线形好 (3)测量变送装置的滞后小
简单控制系统的设计原则 被控变量的选择原则 1. 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境 保护 具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。 2. 当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有 单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。 ⑴ 满足工艺的合理性 ⑵ 具有尽可能大的灵敏度且线形好 ⑶ 测量变送装置的滞后小
简单控制系统的设计原则 操纵变量的选择 从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量 影响显著而且可控性良好的输入参数 扰动变量(输入量) 被控变量(输出量) 操纵变量(输入量)
简单控制系统的设计原则 操纵变量的选择 被控变量（输出量） 扰动变量（输入量） 操纵变量（输入量） 从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量 影响显著而且可控性良好的输入参数
简单控制系统的设计原则 对象静态特性对控制质量的影响 设:控制通道放大倍数为K 扰动通道放大倍数为Kf K。的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度 K的大小表征了扰动对被控变量的影响程度 小结:选择操纵变量构成控制系统时,从静态角度考虑, 在工艺合理性的前提下,扰动通道的放大倍数Kf越小越好, 控制通道放大倍数KO希望适当大些,以使控制通道灵敏 此
简单控制系统的设计原则 对象静态特性对控制质量的影响 设：控制通道放大倍数为ＫＯ 扰动通道放大倍数为Ｋf ＫＯ的大小表征了操纵变量对被控变量的影响程度 Ｋf的大小表征了扰动对被控变量的影响程度 小结：选择操纵变量构成控制系统时，从静态角度考虑， 在工艺合理性的前提下，扰动通道的放大倍数Ｋf越小越好， 控制通道放大倍数ＫＯ希望适当大些，以使控制通道灵敏 些
简单控制系统的设计原则 对象动态特性对控制质量的影响(一) 对扰动通道特性的影响 设:扰动通道时间常数为Tp,纯滞后为r 有纯滞后 yf n×六
简单控制系统的设计原则 对象动态特性对控制质量的影响（一） 设: 扰动通道时间常数为Ｔf，纯滞后为τf 对扰动通道特性的影响 f t 0 yf t 0 (1) Tf1 (2) Tf2 Ｔf τf
简单控制系统的设计原则 对象动态特性对控制质量的影响(二) 设:控制通道的时间常数为To,纯滞后时间为τo 时间常数To小,反映灵敏,控制及时,有利于克服干扰的影响 时间常数T∂过大,造成控制作用迟缓,使被控变量的超调量加 大,过渡时间增长 纯滞后时间τ使操纵变量对被控变量的作用推迟了一段时间 由于控制作用的推迟,不但使被控变量的超调量加大,还使过 渡过程振荡加剧,过渡时间增长,控制质量变坏
简单控制系统的设计原则 对象动态特性对控制质量的影响（二） 设：控制通道的时间常数为Ｔo，纯滞后时间为τo 时间常数ＴO小，反映灵敏，控制及时，有利于克服干扰的影响 时间常数ＴO过大，造成控制作用迟缓，使被控变量的超调量加 大，过渡时间增长 纯滞后时间τ0使操纵变量对被控变量的作用推迟了一段时间， 由于控制作用的推迟，不但使被控变量的超调量加大，还使过 渡过程振荡加剧，过渡时间增长，控制质量变坏
简单控制系统的设计原则 操纵变量的选择原则 (1)要构成的控制系统,其控制通道特性应具有足够大的 放大系数、比较小的时间常数及尽可能小的纯滞后时 间。 (2)系统主要扰动通道特性应该具有尽可能大的时间常数 和尽可能小的放大系数。 (3)考虑工艺上的合理性。如生产负荷直接关系到产品的 质量,就不宜选为操纵变量
简单控制系统的设计原则 操纵变量的选择原则 ⑴ 要构成的控制系统，其控制通道特性应具有足够大的 放大系数、比较小的时间常数及尽可能小的纯滞后时 间。 ⑵ 系统主要扰动通道特性应该具有尽可能大的时间常数 和尽可能小的放大系数。 ⑶ 考虑工艺上的合理性。如生产负荷直接关系到产品的 质量，就不宜选为操纵变量