过程控制工程控制系统的分析与设计.ppt

过程控制工程控制系统的分析与设计 简单控制系统 概述 简单控制系统是复杂控制系统的基础，它是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所组成的单回路反馈控制系统。 简单控制系统 概述 简单控制系统的特点： 系统结构简单，投资少，易于调整和投运； 能满足一般生产过程的控制要求，尤其适用于被控对象时滞和时间常数都较小，负荷 和干扰变化比较平缓，或者对被控变量要求不太高的场合。 按被控制的工艺变量来划分，最常见的是温度、压力、流量、液位和成分五种 控制系统。 一个简单控制系统方案的分析设计，需考虑的问题： 首先，应分析生产过程中各个变量的性质及其相应关系，分析被控对象的特点； 然后，根据工艺的要求选择被控变量、操纵变量，合理选择控制系统中的测量变送装 置、控制器和执行器，建立一个较为合理的控制系统。 对有多个控制系统的生产过程，还要考虑各个控制系统之间的相互关联和影响，并按 可能使每个控制系统对其它控制系统的影响为最小的原则来建立各个控制系统。 为了使一个简单控制系统能够正常的运行，还要考虑控制系统的参数整定及投运等问 题。 简单控制系统 控制系统被控变量与操纵变量的选择 被控变量选择的原则是： 为某一工艺目的或物料平衡而设置的系统，被控变量可按工艺操作的期望要求直接选定。 对于控制产品质量的系统，在可能的情况下，用质量指标参数作为被控变量最直接，也最有效。 当不能用工艺过程的质量参数作为被控变量时，应选择与产品质量参数有单值对应关系的间接参数作为被控变量。当干扰进入系统时，该被控变量必须具有足够的灵敏度和变化数值。 被控变量的选择必须考虑到工艺过程的合理性、经济性以及国内仪表生产的现状。 操纵变量选择的一般原则： 操纵变量的选择，在工艺上首先要合理，符合节能、安全、经济运行要求。 从系统考虑，操纵变量对被控变量的影响应比对其它任何干扰都更加灵敏。 简单控制系统 对象特性对控制质量的影响 对象静态特性分析 对于广义对象，设 ， ， ，可得控 制系统的偏差为： 。对于定值控制系统， ，所以： 根据终值定理，在单位阶跃干扰输入下， ，可以求得 定值控制系统的余差为： 可见，系统的余差与对象的静态特性参数有关。 简单控制系统 对象特性对控制质量的影响 干扰通道增益 无论对系统的静态或是动态控制质量都是有害的。从 系统的静态质量指标考虑， 越小越好，这样可使余差减小，提高控制 质量。 为提高系统的控制质量，操纵变量的选择在满足工艺合理性的前提下， 应使 大一些。对于具体的系统， 值也不能太大，这与控制原理分 析是一致的， 超出某一界限会破坏系统的稳定性。 简单控制系统 对象特性对控制质量的影响 对象动态特性分析——扰动通道 、 对控制质量的影响 的影响 对该广义对象， 为单位阶跃输入，则干扰通道的输出为 系统的闭环传递函数可改写为 ，则系统的特征方 程为： 1）由干扰通道的输出方程可见， 应尽可能的小。 2）由干扰通道的输出方程可见， 越大，干扰通道对扰动信号 的滤波能力越强，干扰对被控变量的影响也越缓和。 3）由系统的特征方程可见， 越大，过渡过程的动态分量幅值 越小，相应的超调量也越小，使控制质量得到提高。 简单控制系统 对象特性对控制质量的影响 的影响 当干扰通道存在时滞时，则 ，系统的闭环传递函数如为 则： 引用拉氏变换中的滞后定理，得到带滞后的被控变量关系式为： 1）由带时滞的被控变量关系式可见，干扰通道存在时滞， 从理论上讲并不影响控制系统的质量，被控变量的过渡 过程仅在时间上平移了一个 距离。 简单控制系统 对象