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简单控制系统组成原理及分析.pdf

发布:2017-06-15约2.55千字共3页下载文档
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简单控制系统组成原理及分析 当前,随着生产过程及装备的现代化和计算机技术的应用日益普及.各方面对自动控制 的要求越来越多,越来越高,但占控制系统总数绝大部分的仍然是简单控制系统,通常达 80%以上。另外,掌握好简单控制系统也是进一步学习复杂控制系统和先进控制系统的必要 基础。 第一、系统组成原理 简单控制系统是由一个调节器、一个变送器(测量仪表)、一个执行器(调节阀)和一个 被控制物理对象所组成的控制系统。图3-1 是一个典型的简单控制系统,图3-2是该系统的 方块图。山于控制系统信号流只有一个回路,因此也称为单回路控制系统。 在图3一1中,蒸汽是热载体,用来加热冷流体,改变蒸汽流量来调节被加热物料的出 口温度是最为常见的换热器控制方案。T 表示被加热介质的出口温度,是该控制系统的被控 变量。该控制系统的日的就是使T被控制在工艺条件所要求的某个固定的数值上;TT,表示 温度测量并将其变换为TC 可接受信号的仪表;Tc表示用来控制温度的调节器,气动调节阀 是执行器;换热器是被控物理对象。它们一起组成了换热器温度控制系统。下面简要介绍控 制系统的各个组成部分。 1)被控对象 从图3-2看到,该控制系统由一个被控变量,即换热器中被加热介质的出口温度T,有 时也称为被调变量或受控变量;一个被控对象,即换热器;一个调节变量,即热载体蒸汽的流 量,有时也称为控制变量或操纵变量。调节变址是被控对象的输人信号,被控变量是被控对 本图由:自力式压力调节阀: /提供 象的输出信号。从控制方块图的角度看,被控对象换热器只有一个输人信号和一个输出 信号。换热器中其他对被控变旦 T具有影响作用的因素都看作为干扰,干扰有时在方块图 上不标出。 2)调节器 实际的调一节器包括方块图中的比较部分和调节器方块两个部分,即用虚线框起来 的部分。调节器可以是电动II型、III型或S 型调节器.甚至是工控计算机。它们的输出信号 都是电信号,可通过一只电/气转换器将信号送至气动调节阀,也可以直接将电信号送至带 电气阀门定位器的气动调节阀。调节器的输人信号是由测量及变送单元送来的被控变量温度 T的测量值信号,给定值与测量值的偏差送给调节器方块作为输人信号。 调节器方块实现各种调节规律,调节规律是调节器输人信号与输出信号之间的数学 关系。常规的非数字式调节器有比例(P)、微分(D)和积分(I)三种基本调节规律,实际使用的 是比例(P)、比例积分(PI)、比例微分(PD)和比例积分微分(PID)四种调节规律。 本例中该单元为一只电动调节器,且设置为E上升,p也上升;E下降,p也下降。 3)测量变送单元 由于要而对各种被测hi 信号及其环境,所以,构成该单元的仪表复杂多样。但从 控制系统功能分析角度看,这一部分又最简单,就是把被控变量测量出来并转换为调节器可 以接受的信号。方块图中所标的被控温度T 是真实值,但这个真实值是无法确知的。我们 所看到的仅仅是被控变童T 的测量值Z。本例中该单元由一个热电阻和一个温度变送器组 成,且T上升,Z 上升;T下降.Z 亦下降。 三通调节阀:/ 4)执行器 过程控制中,执行器以气动执行器居多,电动执行器的用量在增加,但总量仍较少。 气动执行器接受调节器发出的控制信号,使阀门处于一个相应的开度,调节变量也就有一个 相应的流量作用于被控对象.上,执行器还可以根据控制系统的要求改变特性和作用方向。 本例中该单元为一台带电气阀门定位器的气动调节阀,设黄为P 上升,Q上升;p下降,Q亦 下降。 第二、调节过程分析 1)平衡状态 当流入系统的蒸汽传递给冷流体的热量.使被加热物料出口温度维持在所要求温度上 时,设蒸汽的量及品质保持不变.冷流体的量及品质也保持不变,则控制系统处于平衡状态, 并将保持这个动态平衡.直至有新的扰动量发生,或人们对被加热物料出口温度T 有新的要 求。 2)干扰分析 该系统的主要干扰来自:冷流体的流量的变化,流量上升,出口温度T 下降;冷流体的温 度变化,温度上升,出口温度T上升;如果蒸汽源不够稳定,蒸汽的压力就会变化,压力上 升导致流址上升.出口温度T也会.上升。另外,蒸汽温度的变化、换热器环境温度的变化也 会影响出口温度T的变化。这些干扰一般都是随机性的,是无法预知的,但当它们最终影 响到出口温度T发生变化时.控制系统都能够加以克服。 3)调节过程
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