1、第五章第五章 简单控制系统的设计简单控制系统的设计简简单控制系统的结单控制系统的结构构由由一个一个受控对象受控对象、一个、一个测量变送器测量变送器、一个、一个控制器控制器和和一个一个执行器（调节阀）执行器（调节阀）所组成的所组成的 闭环控制系统。闭环控制系统。第一节第一节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计热物料热物料载热介质载热介质冷物料冷物料热交换器热交换器 TT TC简单控制系统的结构框图简单控制系统的结构框图对控制系统的一般要求：对控制系统的一般要求：系统系统稳定稳定，过渡过程时间短，过渡过程时间短，快快，控制，控制 精度高精度高。单回路调节系统典型结构单回路调节系统典型结构控制系统
2、的设计步骤控制系统的设计步骤（1 1）熟悉系统的技术要求或性能指标，如：超调量，稳定误差，调节时）熟悉系统的技术要求或性能指标，如：超调量，稳定误差，调节时间，上升时间，衰减比等。间，上升时间，衰减比等。（2 2）了解工艺过程，）了解工艺过程，建立过程的数学模型建立过程的数学模型。（3 3）依据过程的数学模型，）依据过程的数学模型，确定控制方案确定控制方案，即确定操作变量（或控制介，即确定操作变量（或控制介质）；被控参数的确定及测量与变送；调节阀的选择；调节器作用方式质）；被控参数的确定及测量与变送；调节阀的选择；调节器作用方式的选择。的选择。（4 4）依据调节规律对调节质量的影响，结合工艺情
3、况）依据调节规律对调节质量的影响，结合工艺情况确定调节规律。确定调节规律。（5 5）依据过程的特性）依据过程的特性确定调节器的参数确定调节器的参数。（6 6）仿真研究或实验模拟。）仿真研究或实验模拟。（7 7）工程化设计，仪表调校，工程安装，调节器参数的实际整定等。）工程化设计，仪表调校，工程安装，调节器参数的实际整定等。)(sGC)(sGv)(sGp)(sH)(sGf)(sR)(sC)(sY)(sU)(sE)(sQ)(sF1、干扰通道特性对控制质量的影响、干扰通道特性对控制质量的影响 系统输出与干扰之间的传递函数为：系统输出与干扰之间的传递函数为：)()()()(1)()()(SHSGSGS
4、GSGSFSCpvcf1)(sTKSGfff假设：过程特性对控制质量的影响过程特性对控制质量的影响1)()()()(11)()(sTKSHSGSGSGSFSCffpvc()1:()1()()()()1fsfcvpfKC SeF SG S G S GS H ST s若考虑纯滞后1）Kf 越大，由越大，由F(S)引起的引起的C(S)则越大，即则越大，即C(S)偏偏离期望值越大；所以希望离期望值越大；所以希望Kf 值越小越好值越小越好。结论：结论：2）Tf 越大，惯性越强，对干扰的越大，惯性越强，对干扰的“滤波滤波”效果效果越明显，干扰对输出的动态影响越小，所以希望越明显，干扰对输出的动态影响越小，
5、所以希望Tf 越大越好越大越好。3）f 的存在于否，不影响系统的控制质量，所以的存在于否，不影响系统的控制质量，所以应尽可能将纯滞后时间长的环节置于干扰通道。应尽可能将纯滞后时间长的环节置于干扰通道。)(sGC)(sGv)(sGp)(sH)(sGf)(sR)(sC)(sY)(sU)(sE)(sQ)(sF干扰进入位置对控制质量的影响干扰进入位置对控制质量的影响 系统输出与干扰之间的传递函数为：系统输出与干扰之间的传递函数为：)()()()(1)()()()(SHSGSGSGSGSGSFSCpvcpf11)()()()(11)()(sTKsTKSHSGSGSGSFSCppffpvc1)(1)(sT
6、KSGsTKSGpppfff假设：结论：结论：4）当干扰进入系统的位置提前，即干扰在）当干扰进入系统的位置提前，即干扰在GP(S)之前进入系统时之前进入系统时,与前面相比又多了一个与前面相比又多了一个“滤波滤波”项。所以干扰进入系统的位置越远离被控项。所以干扰进入系统的位置越远离被控参数越好。参数越好。控制通道特性对控制质量的控制通道特性对控制质量的影响与干扰通道正好相反影响与干扰通道正好相反!)(sGC)(sGv)(sGp)(sH)(sGf)(sR)(sC)(sY)(sU)(sE)(sQ)(sF2、控制通道特性对控制质量的影响、控制通道特性对控制质量的影响 系统输出与输入之间的传递函数为：系
7、统输出与输入之间的传递函数为：()()()()()1()()()()cvpcvpG S G S GSC SR SG S G S GS H S，则若sPPPPesTKsG1)(越好；越大：节器的性能要求，所以可以减小，降低了对调则越大，）时，数一定（稳定性的要求越灵敏，在开环放大倍控制作用的反应差也越小，被控参数对也越强，系统的稳态误干扰的能力输出的影响越强，克服越大，控制作用对过程PCPPKKKK)1(也不能太小；既不能太大适当应使所以容易引起系统振荡于灵敏过小，会使控制作用过但当程时间拖长，节作用不及时，过渡过越大，对被控参数的调,)2(PPPTTT()()()()1()()()()1Psc
8、vPcvpPGS GSKC SeR SGS GS GS H ST s（a）测量方面的纯时延，会使控制器不能及时察觉测量方面的纯时延，会使控制器不能及时察觉被控参数的变化被控参数的变化.（b）控制方面的纯时延，会使控制作用不能及时产控制方面的纯时延，会使控制作用不能及时产生应有的效果；生应有的效果；（c）纯时延会增加滞后相角，导致系统的稳定性降纯时延会增加滞后相角，导致系统的稳定性降低；低；(4)控制通道的时间常数应尽可能错开，控制通道的时间常数应尽可能错开，这是因为，当广义被控过程近似为：这是因为，当广义被控过程近似为：,)1)(1)(1()(3210时，由控制理论可知sTsTsTKsG其相应
9、的临界稳定增益为：其相应的临界稳定增益为：(3)控制通道的纯滞后时间控制通道的纯滞后时间p会对控制质量带来极为会对控制质量带来极为不利的影响，这是因为：不利的影响，这是因为：33122102321132TTTTTTKTTTTTT 21.122,1044.37525.11200032213210KbaKbaKbabTTaTTTTTK，当时，则有，但当，则有，当，的相对比值，如，的大小取决于由上式可知：越有利。的条件下，对保持质量利，在保持一定稳定性有越大，对系统稳定性越错开，由此可见，时间常数越0K 小结小结越好。时间常数的大小越错开越小越好，多个适当减小，越大越好，控制通道的PPTKP被控变量
10、被控变量生产过程中希望借助自动控制保生产过程中希望借助自动控制保持恒定值（或按一定规律变化）的变量。持恒定值（或按一定规律变化）的变量。合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。被控变量的选择依据：被控变量的选择依据：1 1）根据生产工艺的要求，找出影响生产的关）根据生产工艺的要求，找出影响生产的关键变量作为被控变量键变量作为被控变量.第二节第二节 控制方案的确定控制方案的确定一、系统被控参数选取的一般原则一、系统被控参数选取的一般原则例例1 储槽液位控制系统储槽液位控制系统工艺要求储
11、槽液位稳定。那么设计的控制系统工艺要求储槽液位稳定。那么设计的控制系统就应以储槽液位为被控变量。就应以储槽液位为被控变量。LC LTh例例2 换热器出口温度控制系统换热器出口温度控制系统工艺要求出口温度为定值。那么设计的控制工艺要求出口温度为定值。那么设计的控制系统就应以出口温度为被控变量。系统就应以出口温度为被控变量。热物料热物料载热介质载热介质冷物料冷物料热交换器热交换器 TT TC2）当不能用直接工艺参数作为被控变量时，应选择与直）当不能用直接工艺参数作为被控变量时，应选择与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参数作为被控变量。接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参数作为被控变量。例例3
12、化工的精馏物纯度控制系统化工的精馏物纯度控制系统精馏工艺是精馏工艺是利用被分离物中利用被分离物中各组分的挥发温各组分的挥发温度不同，将各组度不同，将各组分分离。分分离。如将苯如将苯甲甲苯混合液进行分苯混合液进行分离。离。该精馏塔的工艺要求该精馏塔的工艺要求是使是使塔顶（或塔底）馏出塔顶（或塔底）馏出物达到规定的纯度物达到规定的纯度。按照被控变量的选择按照被控变量的选择原则原则1，塔顶（或塔底）馏，塔顶（或塔底）馏出物的组分应作为被控变出物的组分应作为被控变量。量。但是，没有合适的仪但是，没有合适的仪表在线检测馏出物的纯度表在线检测馏出物的纯度，则不能直接作为被控变，则不能直接作为被控变量。量。
13、苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯只好在与馏出物的只好在与馏出物的纯度有单值关系的工艺纯度有单值关系的工艺参数中，找出合适的变参数中，找出合适的变量作为被控变量，进行量作为被控变量，进行间接参数控制。间接参数控制。经工艺分析发现，经工艺分析发现，塔内压力塔内压力和和塔内温度塔内温度都都对馏出物纯度有影响。对馏出物纯度有影响。需要对二者进行比较试需要对二者进行比较试验，选出一个合适的变验，选出一个合适的变量。量。苯苯甲苯甲苯 苯苯甲苯甲苯经试验得出，塔顶馏出物苯的浓度分别与压力经试验得出，塔顶馏出物苯的浓度分别与压力和温度有单值对应关系。（塔底馏出物甲苯也一样和温度有单值对应关系。（塔底馏出物甲苯也一样
14、）从工艺合理性考虑，选择）从工艺合理性考虑，选择温度作为被控变量温度作为被控变量。3）被控变量必须有足够大的灵敏度）被控变量必须有足够大的灵敏度4）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性特别说明：被控参数一般由工艺工程师确定，控特别说明：被控参数一般由工艺工程师确定，控制工程师无多大选择余地。制工程师无多大选择余地。被控变量选定以后，应对工艺进行分析，找出被控变量选定以后，应对工艺进行分析，找出所有影响被控变量的因素。在这些变量中，有些是所有影响被控变量的因素。在这些变量中，有些是可控的，有些是不可控的。可控的，有些是不可控的。q在诸多影响被控变量的因素中选择一
15、个对被控在诸多影响被控变量的因素中选择一个对被控变量影响显著且便于控制的变量，作为控制变量；变量影响显著且便于控制的变量，作为控制变量；q其它未被选中的因素则视为系统的干扰。其它未被选中的因素则视为系统的干扰。被控变量被控变量影响变量影响变量例例1 1中，影响出口中，影响出口温度温度的主要因素有：载热介的主要因素有：载热介质温度、载热介质流量、冷物料温度、冷物料流量质温度、载热介质流量、冷物料温度、冷物料流量等。显然，等。显然，载热介质流量影响力最大且可控载热介质流量影响力最大且可控。故选。故选载热介质流量作为控制变量。载热介质流量作为控制变量。热物料热物料载热介质载热介质冷物料冷物料热交换器
16、热交换器 TT TCQrQiTiTr例例2中，若选择提馏段某块塔板（灵敏板）的温中，若选择提馏段某块塔板（灵敏板）的温度作为被控变量。那么，影响灵敏板温度度作为被控变量。那么，影响灵敏板温度T灵灵的因素的因素主要有：主要有：TT进料的流量（进料的流量（Q入入）、）、进料的成分（进料的成分（x入入）、）、进料的温度（进料的温度（T入入），），回流的流量（回流的流量（Q回回）、回流的温度（回流的温度（T回回），），加热蒸汽流量（加热蒸汽流量（Q蒸蒸）、冷凝器冷却温度等。冷凝器冷却温度等。这些影响因素分为可控的和不可控的两大类：这些影响因素分为可控的和不可控的两大类：回流量和蒸汽流量为可控因素回流量
17、和蒸汽流量为可控因素其它基本为不可控因素其它基本为不可控因素 TT蒸汽流量对提馏蒸汽流量对提馏段温度影响比回段温度影响比回流量对提馏段温流量对提馏段温度影响更迅速、度影响更迅速、更显著。更显著。在两个可控在两个可控因素中，选因素中，选蒸汽蒸汽流量为操纵变量流量为操纵变量。因为：因为：TTTT1)按照生产过程的工艺要求，首先确定传感器与变按照生产过程的工艺要求，首先确定传感器与变送器合适的测量范围（量程）与精度等级。送器合适的测量范围（量程）与精度等级。2)测量仪表反应慢，会造成测量失真。应尽可能选测量仪表反应慢，会造成测量失真。应尽可能选择时间常数小的传感器、变送器。择时间常数小的传感器、变送
18、器。3)合理选择检测点，避免测量造成对象纯滞后合理选择检测点，避免测量造成对象纯滞后0 pH值控制系统图值控制系统图 pHT LTLC pHC中和槽中和槽贮酸槽贮酸槽l04)测量信号的处理测量信号的处理 测量信号的校正与补偿、测量噪声的抑制、测测量信号的校正与补偿、测量噪声的抑制、测量信号的线性化处理。量信号的线性化处理。三、控制参数的选择（控制通道参数选择）三、控制参数的选择（控制通道参数选择）依据过程特性对控制质量的影响，不难归纳选择依据过程特性对控制质量的影响，不难归纳选择控制参数的一般原则：控制参数的一般原则：(e)考虑工艺操作的合理性、经济性等因素。考虑工艺操作的合理性、经济性等因素
19、。（a）越大越好越大越好，适当小一些适当小一些；PKPT（b）越小越好越小越好，P3.0/PPT(c)尽可能小，尽可能小，尽可能大，尽可能大，f尽可能大，尽可能大，尽可能将大的纯滞后置于干扰通道，干扰进入尽可能将大的纯滞后置于干扰通道，干扰进入系统的位置尽可能远离被控参数。系统的位置尽可能远离被控参数。fKfT(d)尽可能将广义对象的时间常数错开，尽可能将广义对象的时间常数错开，越大越好。越大越好。minmax/TT四、执行器（调节阀）的选择四、执行器（调节阀）的选择（1）气动与电动的选择：考虑的因素：推力的大）气动与电动的选择：考虑的因素：推力的大小、被控介质的情况（高温，高压，易燃，易爆，
20、小、被控介质的情况（高温，高压，易燃，易爆，剧毒，易结晶，强腐蚀，高粘度等）、安全保证等剧毒，易结晶，强腐蚀，高粘度等）、安全保证等（2）气动执行器气开、气关的选择原则：当调节）气动执行器气开、气关的选择原则：当调节器输出为零时，使生产处于安全状态器输出为零时，使生产处于安全状态。（3）调节阀开度和口径的选择原则：在正常运行）调节阀开度和口径的选择原则：在正常运行状态下，使调节阀开度处于状态下，使调节阀开度处于15%80%之间。之间。（4）调节阀流量特性的选择原则：使被控过程的）调节阀流量特性的选择原则：使被控过程的特性与调节阀的流量特性相互作用成线性特性。特性与调节阀的流量特性相互作用成线性
21、特性。环节环节正馈正馈：输入增加，输出也增加，则该环节放大系数为正。：输入增加，输出也增加，则该环节放大系数为正。q对象放大系数对象放大系数Kp：操控变量增加，被控变量增加，为正：操控变量增加，被控变量增加，为正q控制阀放大系数控制阀放大系数Kv：气开阀是正：气开阀是正(Kv 0),气关阀是负气关阀是负(Kv 0)q测量变送放大系数测量变送放大系数Km：被测量增加，测量变送器的输出增加被测量增加，测量变送器的输出增加，为正，为正（通常为正）（通常为正）q控制器放大系数控制器放大系数Kc：测量值增加，输出也增加，为正：测量值增加，输出也增加，为正 当当系统选择正作用控制器时，对应系统选择正作用控
22、制器时，对应Kc为为负负，选择反作用控制选择反作用控制器时器时为正。为正。五、调节器正反作用的选择五、调节器正反作用的选择控制系统中，各个环节的作用方向组合不当控制系统中，各个环节的作用方向组合不当的话，会使系统构成正反馈，不但不能起控制作用的话，会使系统构成正反馈，不但不能起控制作用，反而会破坏生产过程的稳定。，反而会破坏生产过程的稳定。因为执行器和对象有正、反作用，为了保证控因为执行器和对象有正、反作用，为了保证控制系统负反馈，调节器必须有正、反作用之调整。制系统负反馈，调节器必须有正、反作用之调整。偏差偏差控制器控制器执行器执行器对象对象变送器变送器给定值给定值被调参数被调参数干扰干扰测
23、量值正作用正作用反作用反作用正作用正作用正作用正作用调节器正反作用的确定原则：调节器正反作用的确定原则：保证系统构成负反馈保证系统构成负反馈简单的判定方法：简单的判定方法：闭合回路中闭合回路中有奇数个反作用环节。有奇数个反作用环节。偏差偏差控制器控制器执行器执行器对象对象变送器变送器给定值给定值被调参数被调参数干扰干扰测量值反作用反作用正作用正作用正作用正作用正作用正作用例例1：加热炉出口温度控制系统：加热炉出口温度控制系统负反馈验证：负反馈验证：设某时刻燃料压力设某时刻燃料压力燃料流量燃料流量炉温炉温出料温度出料温度TC输入输入 TC输出输出阀关小阀关小炉温炉温出料温度出料温度TTTC燃料燃
24、料出料出料TTTC反反正正正正正正燃料燃料出料出料例例2：储槽液位控制系统：储槽液位控制系统LTLCM出料出料负反馈验证：负反馈验证：设某时刻进料量设某时刻进料量液位液位LC输入输入LC输出输出阀阀开大开大出料量出料量液位液位LTLCM正正正正正正反反出料出料确定步骤：确定步骤：。）最后确定；）再确定；）先确定（CPVKKK3(2(1第三节第三节 调节器的参数整定调节器的参数整定时，）当（1)(5sTeKsGPsPPP。时，采用其他控制方案当。或时，可选用当。或时，可选当0.1/0.1/2.02.0/PPPPPPTPIDPDTPIPT调节规律调节规律优优 点点缺缺 点点应应 用用P灵敏、简单，
25、只有一灵敏、简单，只有一个整定参数；个整定参数；存在静差存在静差负荷变化不显著，工艺指标负荷变化不显著，工艺指标要求不高的对象。要求不高的对象。PI能消除静差，又控制能消除静差，又控制灵敏灵敏对于滞后较大的对象，对于滞后较大的对象，比例积分调节太慢，效比例积分调节太慢，效果不好。果不好。应用于调节通道容量滞后较应用于调节通道容量滞后较小、负荷变化不大、精度要小、负荷变化不大、精度要求高的调节系统。例如，流求高的调节系统。例如，流量调节系统。量调节系统。PD增进调节系统的稳定增进调节系统的稳定度，可调小比例度，度，可调小比例度，而加快调节过程，减而加快调节过程，减小动态偏差和静差小动态偏差和静差
26、系统对高频干扰特别敏系统对高频干扰特别敏感，系统输出易夹杂高感，系统输出易夹杂高频干扰。频干扰。应用于调节通道容量滞后较应用于调节通道容量滞后较大，但调节精度要求不高的大，但调节精度要求不高的对象。对象。PID综合了各类调节作用综合了各类调节作用的优点，所以有更高的优点，所以有更高的调节质量。的调节质量。对于滞后很大，负荷变对于滞后很大，负荷变化很大的对象，化很大的对象，PID调调节也无法满足要求，应节也无法满足要求，应设计复杂调节系统设计复杂调节系统应用于调节通道容量滞后较应用于调节通道容量滞后较大、负荷变化较大、精度要大、负荷变化较大、精度要求高的对象。求高的对象。1940年以前年以前PI
27、D控制器的参数整定没有有效的方法控制器的参数整定没有有效的方法。Taylor仪表公司的仪表公司的John Ziegler和和Nathanier Nichols致力致力于于PID调节器的参数整定方法研究。他们于调节器的参数整定方法研究。他们于1941年找到了年找到了相对直接的整定相对直接的整定PID参数的方法。参数的方法。这就是著名的这就是著名的齐格勒齐格勒-尼科尔斯尼科尔斯Ziegler-Nichols法法 调节器的参数整定调节器的参数整定是指确定调节器的是指确定调节器的比例带比例带、积分积分时间常数时间常数和和微分时间常数微分时间常数的具体数值。整定的实质是通过的具体数值。整定的实质是通过改
28、变调节器的参数使其特性与过程的参数相匹配，以改善改变调节器的参数使其特性与过程的参数相匹配，以改善系统的动态和静态性能指标取得系统的动态和静态性能指标取得最佳最佳的控制效果。的控制效果。Nathanier Nichols典型最佳调节过程典型最佳调节过程生产过程中的控制系统多为恒值调节系统，评定控制系统性能生产过程中的控制系统多为恒值调节系统，评定控制系统性能的常用指标有的常用指标有稳态误差稳态误差、最大超调或超调率最大超调或超调率、衰减率衰减率 和和过渡过过渡过程时间程时间等。等。在过程控制系统中更多的采用在过程控制系统中更多的采用衰减率衰减率来表示调节系统的稳定度来表示调节系统的稳定度ab
29、1工程上通常将工程上通常将 的调节过程当作的调节过程当作“典型最佳调节过程典型最佳调节过程”75.01 1临界比例度法（临界比例度法（Ziegler-Nichols 稳定边界法稳定边界法）步骤：步骤：1、将、将PID控制器中的积分与微分控制器中的积分与微分作用切除，取比例带为较大值，将作用切除，取比例带为较大值，将系统投入自动运行。系统投入自动运行。2、将比例带由大到小变化，对应、将比例带由大到小变化，对应某一比例带值作小幅度的设定值阶某一比例带值作小幅度的设定值阶跃响应，直至产生等幅震荡。跃响应，直至产生等幅震荡。此时此时的比例度称为的比例度称为临界比例度临界比例度k，相邻，相邻两个波峰间的
30、时间间隔，称为两个波峰间的时间间隔，称为临界临界振荡周期振荡周期Tk。3、记录产生等幅震荡时的调节器、记录产生等幅震荡时的调节器比例度比例度和等幅和等幅震荡周期震荡周期，根据选择，根据选择的调节规律查表选择的调节规律查表选择PID调节器参调节器参数。数。110151sssG 121ssGm取整定实例：整定实例：临界比例度法08.0k12.15kT7.35cK 5.7IT9.1DT1()()()()cDIde tu tKe te t dtTTdt临界比例度法缺陷：缺陷：1 1、有些工业过程不允许系统长时间处于等幅震荡。、有些工业过程不允许系统长时间处于等幅震荡。2 2、有些系统根本就不能产生等幅
31、震荡。、有些系统根本就不能产生等幅震荡。对此，就把最小对此，就把最小刻度的比例度作为临界比例度刻度的比例度作为临界比例度k进行调节器参数整定。进行调节器参数整定。2 2衰减曲线法衰减曲线法 在在纯比例纯比例的条件下施加的条件下施加一阶跃扰动并减小比例带一阶跃扰动并减小比例带,使使系统出现上图所示的衰减曲系统出现上图所示的衰减曲线记录下此时的比例带和震线记录下此时的比例带和震荡周期或峰值时间，由以上荡周期或峰值时间，由以上两个参数查表确定两个参数查表确定PIDPID参数。参数。rT衰减曲线法 110151sssG实例：实例：111 21mGsss 1vGs 4:1n 61.8%s35sTs111
32、.351.274.2%csK0.517.5IsTT112.020.849.4%csK0.310.5,0.13.5IsDsTTTT3 3Ziegler-Nichols反应曲线法反应曲线法无自平衡能力对象无自平衡能力对象()sG ses具体做法是对于右图所示的系统，具体做法是对于右图所示的系统，先使系统处于先使系统处于开环开环状态，在输入状态，在输入端施加一个阶跃信号，记录下测端施加一个阶跃信号，记录下测量变送环节的输出响应曲线量变送环节的输出响应曲线 3 3Ziegler-Nichols反应曲线法反应曲线法有自平衡能力对象有自平衡能力对象ssesTesTKsG0000111)(反应曲线法反应曲线
33、法 seTsKsG1 110151sssG实例：实例：121ssGm 0.1sGv 41201sG ses200T41K1.10.22T3.313.2IT三种工程整定方法的比较三种工程整定方法的比较1.共同点共同点:通过试验然后按工程整定经验公式计算而得通过试验然后按工程整定经验公式计算而得2.不同点：不同点：1)反应曲线法反应曲线法:开环开环试验，理论性强，典型模型，适用试验，理论性强，典型模型，适用范围广。范围广。2)临界比例度法与衰减曲线法：闭环试验，无需模型临界比例度法与衰减曲线法：闭环试验，无需模型，但应用受限，实验数据难以准确，变化较快的过程，但应用受限，实验数据难以准确，变化较快
34、的过程不适用。不适用。3)对于减少干扰对试验信息的影响，后两者优于前者，对于减少干扰对试验信息的影响，后两者优于前者，闭环试验对干扰有较好的抑制作用。从这个意义上讲闭环试验对干扰有较好的抑制作用。从这个意义上讲:临界比例度法最好临界比例度法最好,衰减曲线法次之衰减曲线法次之,反应曲线法最差反应曲线法最差.1.生产工艺简介生产工艺简介 已浓缩的乳液由高已浓缩的乳液由高位槽流下，经过滤器（位槽流下，经过滤器（两个轮换使用，以保证两个轮换使用，以保证连续操作）去掉凝结块连续操作）去掉凝结块，然后到干燥器。，然后到干燥器。乳液从喷嘴喷出，乳液从喷嘴喷出，空气则由鼓风机送至加空气则由鼓风机送至加热器加热
35、（用蒸汽间接热器加热（用蒸汽间接加热），热空气经风管加热），热空气经风管至干燥器，乳液中水分至干燥器，乳液中水分即被蒸发，而乳粉则随即被蒸发，而乳粉则随湿空气一道送出再行分湿空气一道送出再行分离。离。干燥后成品质量要求干燥后成品质量要求高，含水量不能波动大高，含水量不能波动大。高位槽高位槽干燥器干燥器鼓风机鼓风机蒸汽蒸汽阀阀1过滤器过滤器风管风管换热器换热器阀阀2阀阀3AB产品产品乳液乳液喷雾式干燥设备生产过程及调节系统示意图喷雾式干燥设备生产过程及调节系统示意图 2.控制系统方案设计控制系统方案设计高位槽高位槽干燥器干燥器鼓风机鼓风机蒸汽蒸汽阀阀1过滤器过滤器风管风管换热器换热器阀阀2阀阀3
36、AB产品产品乳液乳液(1)被控参数和控制参数选择被控参数和控制参数选择a.被控参数选择被控参数选择产品质产品质量（水分含量）与干燥温度量（水分含量）与干燥温度密切相关，但一般情况下测密切相关，但一般情况下测量水分的仪表精度较低，故量水分的仪表精度较低，故选用间接参数（干燥器的温选用间接参数（干燥器的温度）。度）。温度与水分含量一一温度与水分含量一一对应对应。高位槽高位槽干燥器干燥器鼓风机鼓风机蒸蒸汽汽阀阀1过滤器过滤器风管风管换热器换热器阀阀2阀阀3ABb.控制参数的选择控制参数的选择扰动分析：扰动分析：1、乳液温度和流量波动，干扰记为、乳液温度和流量波动，干扰记为f1(t)。2、旁路冷风流量
37、，干扰记为、旁路冷风流量，干扰记为f2(t)。3、蒸汽压力、温度变化，干扰记为、蒸汽压力、温度变化，干扰记为f3(t)。选择任何一个量作为控制参数均选择任何一个量作为控制参数均可实现温度控制可实现温度控制三种方案三种方案对象特性：对象特性：1、换热器为双容对象，、换热器为双容对象，T1=T2=100s。2、风管到干燥器的纯延迟时间、风管到干燥器的纯延迟时间3s。控制参数选择方案一控制参数选择方案一 系统框图系统框图控制参数选择方案一控制参数选择方案一混合过程混合过程换热器换热器调节器调节器风管风管风管风管调节阀调节阀干燥器干燥器干燥器干燥器干燥器干燥器测量变送测量变送)(ty)(2tf)(3t
38、f)(tx以以乳液流量为控制参数乳液流量为控制参数时控制系统框图时控制系统框图 这个控制方案的性能是最优的！这个控制方案的性能是最优的！然而乳液流量是控制系统的生产负荷，由整个系统的然而乳液流量是控制系统的生产负荷，由整个系统的期望产量确定。期望产量确定。生产负荷通常不能作为控制参数！生产负荷通常不能作为控制参数！控制回路增加了一个纯滞后环节控制回路增加了一个纯滞后环节调节性能下降调节性能下降，但是该方案避，但是该方案避免了工艺的不合理。免了工艺的不合理。由于系统的纯滞后时间小，对系统性能影响不大。因此方案二是由于系统的纯滞后时间小，对系统性能影响不大。因此方案二是可行的方法可行的方法！控制参
39、数选择方案二控制参数选择方案二混合过程混合过程换热器换热器调节器调节器风管风管风管风管调节阀调节阀干燥器干燥器干燥器干燥器干燥器干燥器测量变送测量变送)(ty)(1tf)(3tf)(tx以以冷冷风量为控制参数风量为控制参数时系统框图时系统框图 滞后大，容量滞后和纯滞后同时存在，滞后大，容量滞后和纯滞后同时存在，这个控制方案的性能是这个控制方案的性能是最差的。最差的。根据以上分析方案二的根据以上分析方案二的控制参数选择控制参数选择最合适！最合适！控制参数选择方案三控制参数选择方案三混合过程混合过程换热器换热器调节器调节器风管风管风管风管调节阀调节阀干燥器干燥器干燥器干燥器干燥器干燥器测量变送测量
40、变送)(ty)(1tf)(2tf)(tx以以蒸汽量为控制参数蒸汽量为控制参数时系统框图时系统框图控制仪表的选择控制仪表的选择(3)仪表的选型仪表的选型电动单元组合仪表电动单元组合仪表(DDZ)(5)调节阀选型：选气动调节阀，且事故时要求不调节阀选型：选气动调节阀，且事故时要求不要超温！要超温！(4)测温元件与变送器：测温元件与变送器：控温度在控温度在600以下，以下，热电阻温度计，三线制接法配热电阻温度计，三线制接法配温度变送器。温度变送器。(6)调节器调节器:PI或或PID。气关形式气关形式，选用对数流量特性的调节阀，选用对数流量特性的调节阀控制仪表的选择控制仪表的选择调节器的正反作用的确定调节器的正反作用的确定:0VK因此由于调节阀为气关方式0,mK通常传感器的增益为正 由于风量（控制量）的增加，其输出（温度）降低，故由于风量（控制量）的增加，其输出（温度）降低，故K00，反作用反作用过程过程。已知已知:00,0,0VmKKK要求要求:00,0VmCCKKKKK故。即调节器选反作用。控制系统连接图控制系统连接图3 3、控制系统原理与框图、控制系统原理与框图控制系统连接图控制系统连接图4 4、调节器参数的工程整定（略）、调节器参数的工程整定（略）思考题：液位存贮槽控制系统设计？思考题：液位存贮槽控制系统设计？（自学）（自学）选作本章课后习题选作本章课后习题
