可修改过程控制李国勇著第5章简单控制系统培训资料.ppt

第5章 简单控制系统; 所谓简单控制系统，通常是指仅由一个被控过程〔或称被控对象〕、一个测量变送装置、一个控制器〔或称调节器〕和一个执行器〔如调节阀〕所组成的单闭环 负反响控制系统，也称为单回路控制系统. 简单控制系统是最根本的，约占目前工业控制系统的80%以上.即使是复杂控制系统也是在简单控制系统的根底上开展起来的.至于高等过程控制系统，往往把它作为最低层的控制系统.;5.1 简单控制系统的分析 5.1.1 控制系统的工作过程 锅炉是生产蒸汽的设备，几乎是工业生产中不可缺少的设备.保持锅炉汽包内的液〔水〕位高度在规定范围内是非常重要的： 假设水位过低，那么会影响 产汽量，且锅炉易烧干 而发生事故； 假设水位过高，生产的蒸 汽含水量高，会影响蒸 汽质量. 锅炉汽包液位是一个 重要的工艺参数.;为了保持液位为定值，手动控制时有三步： ① 观察被控变量的数值，即汽包的液位； ② 把观察到的实际液位与设定值加以比较，根据两者的偏差大小或随时间变化的情况，做出判断并发布命令； ③ 根据命令操作给水阀，控制进水量，使液位回到设定值. 采用检测仪表、自动控制装置和被控的对象就组成了一个简单的过程控制系统，此时系统就成为自动控制系统.; 锅炉汽包液位自动控制系统的工作过程. 当该系统受到扰动作用： 被控变量〔液位〕发生变化，通过液位测量变送仪表LT得到其测量值，并将其传送到液位控制器LC； 在LC中，将被控变量〔液位〕的测量值与设定值比较得到偏差，对偏差经过 一定的运算后，输出 控制信号； 控制信号 作用于执行器〔在此 为调节阀〕，改变给 水量，以抑制扰动的 影响，使被控变量回 到设定值.; 过程控制系统的工作过程就是应用负反响原理的控制过程. 锅炉汽包液位控制系统用方框图表示，可得锅炉汽包液位控制系统的原理构造图，如图5-3所示. 图5-3 锅炉汽包液位控制系统的构造图;5.1.2 简单控制系统的组成 根据锅炉汽包液位控制系统的构造图，可得简单控制系统的构造图.将各个环节分别用传递函数描述后，可得简单???制系统方框图. 图5-4 简单控制系统的构造图; 被控对象Go(s) 、测量变送装置Gm(s)、执行器Gv(s)和控制器Gc(s) . 被控过程的输出信号〔被控变量〕y(t)通过测量变送装置后将其变换为测量值ym(t)，并将测量值反响到控制器的输入端； 控制器根据系统被控变量的设定值r(t)与测量值ym(t)的偏差e(t)，按照控制算法输出控制量u(t)； 执行器根据控制器送来的控制信号u(t)，通过改变操纵变量μ(t)的大小，对被控对象进展调节，抑制扰动d(t)对系统的影响，从而使被控变量y(t)趋于设定值r(t) .; 得到简单控制系统的输出与输入的关系为 当生产过程平稳运行时，D(s)=0.此时系统的主要任务是要求输出Y(s)能快速跟踪设定值R(s)，系统的输出Y(s) 仅与设定值R(s)有关，即 当设定值R(s)在一定时间内保持不变，即R(s)=0.此时系统的主要任务是抑制扰动D(s)对输出Y(s)的影响，系统的输出Y(s)仅与扰动D(s)有关，即; 在简单控制系统分析和设计时，通常将系统中控制器以外的局部组合在一起，即被控对象、执行器和测量变送装置合并为广义被控对象，用 表示，即 因此，也可以将简单控制系统看成是由控制器 和广义被控对象 两大局部组成，如图5-6所示. 图5-6 由控制器和广义被控对象组成的简单控制系统 ;5.2 简单控制系统的设计 过程控制系统设计是过程工艺、仪表或计算机和控制理论等多学科的综合.在采用常规控制器的简单控制系统设计中，系统设计的主要任务是：被控变量和操作〔或控制〕变量的选择、建立被控对象的数学模型、测量变送装置和执行器的选型、控制器的设计. 被控变量和控制变量的选择 测量变送装置的选型 控制器的设计 ; 5.2.1 被控变量和操作变量的选择 为了建立被控对象的数学模型，必须首先确定系统的被控变量和操作〔或控制〕变量. ; 1 被控变量的选择方法 y(t) ;直接指标选择;〔2〕表征其质量指标是两个以上变量，应根据自由度选择;①用物理化学中相律关系〔自由度即独立变量〕 F=C-P+2 F：自由度 C：组分 P：相数 饱和蒸汽：P=2〔液、气〕 C=1〔组分水〕 F=1 – 2 + 2 = 1 即可选一个变量为被控变量 确定选一个变量为被控变量后应考虑： ②从测量迟