简单控制系统的设计与参数整定.ppt

单回路过程控制系统的概念 单回路过程控制系统示例 ──换热器温度控制系统 被控参数 物料出口温度 控制参数 加热剂流量 单回路过程控制系统的概念 单回路过程控制系统示例 ──水泵压力控制系统 被控参数 水泵出口压力 控制参数 回流量 单回路过程控制系统的概念 单回路过程控制系统示例 ──贮罐液位控制系统 被控参数 贮罐液位 控制参数 出口流量 对过程控制系统设计的一般要求 安全性 通常采用参数越限报警、事故报警、联锁保护等措施加以保证。 安全性是指在整个生产过程中，确保人员设备的安全，并兼顾环境卫生、生态平衡等社会安全性要求，这是最重要也是最基本的要求。 对过程控制系统设计的一般要求 稳定性 稳定性是过程可控的前提，它指过程在一定的外界扰动下，在系统参数、工艺条件一定的变化范围内能长期稳定运行的能力。 依据自动控制理论，这就要求系统除了满足绝对稳定性外，还必须具有适当的稳定裕量；其次要求系统具有良好的动态响应特性（过渡过程时间短，稳态误差小等）。 对过程控制系统设计的一般要求 经济性 通过采用先进的控制手段对生产子过程乃至整个过程进行优化控制是满足工业生产对经济性不断高涨的要求的重要途径。 经济性是指提高产品质量、产量的同时，降耗节能，提高经济效益与社会效益。 2. 过程控制系统设计的主要内容 过程控制系统设计包括控制系统方案设计、工程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。 其中控制方案设计是控制系统设计的核心。 过程控制系统设计的主要内容 (1)控制方案设计 控制方案设计是系统设计的核心。 若控制方案设计不正确，则无论选用何种先进的过程控制仪表或计算机系统，其安装如何细心，都不可能使系统在工业生产过程中发挥良好的作用，甚至系统不能运行。 过程控制系统设计的主要内容 (2)工程设计 工程设计是在控制方案正确设计的基础上进行的。 工程设计包括仪表或计算机系统选型、控制室操作台和仪表盘设计、供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。 过程控制系统设计的主要内容 (3)工程安装和仪表调校 过程控制系统的正确安装是保证系统正常运行的前提。 系统安装完，还要对每台仪表（计算机系统的每个环节）进行单校和对各个控制回路进行联校。 过程控制系统设计的主要内容 (4)控制器参数整定 在控制方案设计正确的前提下，控制器参数整定是系统运行在最佳状态的重要保证，是过程控制系统设计的重要环节之一。 过程控制系统设计步骤 (1).建立被控过程的数学模型 建立被控过程的数学模型是过程控制系统设计的第一步。 在过程控制系统设计中，首先要解决如何用恰当的数学关系式（或方程式）即所谓数学模型来描述被控过程的特性。 只有掌握了过程的数学模型（或深入了解了过程特性），才能深入分析过程的特性和选择正确的控制方案。 过程控制系统设计步骤 (2).选择控制方案 根据设计任务和技术指标要求，经过调查研究，综合考虑安全性、稳定性、经济性和技术实施的可行性、简单性，进行反复比较，选择合理的控制方案。 过程控制方案初步确定后，还要应用控制理论并借助计算机辅助分析进行系统静态、动态特性的分析计算，判定系统的稳定性、过渡过程等特性是否满足系统的品质指标要求。最后才能确定过程控制方案。 过程控制系统设计步骤 (3).检测控制仪表及装置选型 根据控制方案和过程特性、工艺要求，选择合适的测量、变送器、控制器（控制规律）与执行器（调节阀）等。 过程控制系统设计步骤 (4).实验和仿真 实验和仿真是检验系统设计正确与否的重要手段。 有些在系统设计过程中难以考虑的因素，可以在实验中考虑，同时通过实验可以检验系统设计的正确性，以及系统的性能。 若系统性能指标不能令人满意，则必须进行再设计，直到获得满意的结果为止。 (或者) 被控量Y（s）对扰动F（s）的闭环传递函数为 由于系统是稳定的，所以在阶跃扰动作用下，系统稳态值可应用终值定理求得 过程静态特性对控制质量好坏有很大的影响，是选择控制参数的一个重要依据。 扰动通道静态放大系数Kf愈大，则系统的稳态误差也愈大，这表示在相同的阶跃扰动作用下，将使被控参数偏离给定值愈大，显著地降低控制质量。 扰动通道静态放大系数Kf 对控制质量的影响 仿真结果： Kf从0.5→1.5，曲线从蓝色到黑色 控制通道静态放大系数Ko 对控制质量的影响 仿真结果： Ko从1.5→0.5，曲线从黑色到蓝色 结论1: 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。 因为Wf（s）为一个一阶惯性环节，它对扰动F（s）起着滤波作