化工仪表与自动化：第六章 简单控制系统

第六章简单控制系统。所有的知识点都给大家整理出来了，方便大家备考时翻阅查看，帮助大家加深记忆、提高复习效率。都是根据个人对教材的理解整理所得，大家可以根据自己的复习情况进行增减。

第六章 简单控制系统

• 第一节 结构与组成
  • 自动控制系统由被控对象和自动化装置两大部分组成
  • 四个基本环节：被控对象，测量变送装置，控制器，执行器
  • 例：液位控制系统、温度控制系统
• 第三节 控制器参数的工程整定
  • 临界比例度法
    • 这是目前使用较多的一-种方法。它是先通过试验得到临界比例度δk和临界周期Tk ,然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值。
      • 不适用于临界比例度很小的系统和工艺上不允许产生等幅振荡的系统
  • 衰减曲线法
    • 衰减曲线法是通过使系统产生衰减震荡来整定控制器的参数值。 应注意， (1)加的干扰幅值不能太大，要根据生产操作要求来定，一般为额定值的5%左右。 (2)必须在工艺参数稳定情况下才能施加干扰。 (3)对于反应快的系统， 如流量、管道压力和小容量的液位控制等，要在记录曲线上严格得到4: 1衰减曲线比较困难。一般以被控变量来回波动两次达到稳定，就可以近似地认为达到4: 1衰减过程了。
  • 经验凑试法
    • 经验凑试法是长期的生必实践中总结出来的一种整定方法。 它是根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线，运用δ、TI 、TD 对过渡过程的影响为指导，按照规定顺序，对比例度δ、积分时间TI 和微分时间TD 逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。
      • 方法简单，适用于各种控制系统
    • 整定的步骤
• 第二节 简单控制系统的设计
  • 一、 被控变量的选择
    • 生产过程中希望借助自动控制保持恒定值的变量称为被控变量。
    • 控制形式
      • 直接指标控制：被控变量本身就是需要控制的工艺指标。 间接指标控制：如果工艺是按质量指标进行操作的，照理应以产品质量作为被控变量进行控制，但有时缺乏各种合适的获取质量信号的检测手段，或虽能检测，但信号很微弱或滞后很大，这时可选取与直接质量指标有单值对应关系而反应又快的另一变量，如温度、压力等作为间接控制指标，进行间接指标控制。
    • 选择被控变量的原则
  • 二、 操纵变量的选择
    • 在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量。
    • 对象特性对操纵变量的影响
      • 1.对象静态特性的影响
        • 在选择操纵变量构成自动控制系统时，一般希望控制通道放大系数K大要些。对象干扰通道放大系数Kf越小越好。
      • 2.对象动态特性的影响
        • 1）.控制通道时间常数不能过大。控制通道的时间常数不能过大:否则会使操纵变量的校正作用迟缓、超调量大、过渡时间长。要求对象控制通道的时间常数T小一些。使之反应灵敏、控制及时，从而获得良好的控制质量。
        • 2）.控制通道纯滞后的影响 对象控制通道的纯滞后时间尽量小。
        • 3）.干扰通道时间常数的影响 时间常数要大一些。
        • 4）.干扰通道纯滞后的影响 如果干扰通道存在纯滞后，即干扰对被控变量的影响推迟了时间t，控制作用也推迟了时间t。
    • 选择原则
      • 1. 操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。
      • 2. 操纵变量一般应比其他于扰对被控变量的影响更加灵敏。为此， 应通过合理选择操纵变量，使控制通道的放大系数适当大、时间常数适当小(但不宜过小，香则易引起振荡)、纯滞后时间尽量小。为使其他干扰对被控变量的影响减小，应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可能大。
      • 3. 在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产的经济性。一般说来，不宜选择生产负荷作为操纵变量，因为生产负荷直接关系到产品的产量，是不宜经常波动的。另外，从经济性考虑，应尽可能地降低物料与能量的消耗。
  • 三、 测量元件特性的影响
    • 测量元件的时间常数
      • 测量元件，特别是测温元件，由于存在内阻和热容，本身具有一定的时间常数，因而造成测量滞后。
        • 当测量元件的时间常数Tm 小于对象时间常数的1/10时对系统的控制质量影响不大
    • 测量元件的纯滞后
      • 当测量存在纯滞后时，也和对象控制通道存在纯滞后一样，会严重影响控制质量。
    • 信号的传送滞后
      • 测量信号传送滞后：测量信号传送滞后是指由现场测量变送装置的信号传送到控制室的控制器所引起的滞后。对于电信号来说，可以忽略不计.但对于气信号来说，由于气动信号管线具有一定的容量，所以，会存在一定的传送滞后。
        • 现场与控制室之间的信号尽量采用电信号传递，必要时可用气-电转换器将气信号转换为电信号，以减小传送滞后。
    • 控制器控制规律的选择
      • 控制器控制规律的确定
        • 比例控制器P
          • 特点：比例控制器的特点是控制器的输出与偏为成比例，即控制阀门位置与偏差之间具有一一对应关系、当负荷变化时，比例控制器克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。
          • 公式： P=Kp•e δ=（1/ Kp）•100%
        • 比例积分控制器PI
          • 特点：比例积分控制器的特点是，由于在比例作用的基础上加上积分作用，而积分作用的输出是与偏差的积分成比例，只要偏差存在，控制器的输出就会不断变化，直至消除偏差为止。
          • 显著优点：在过渡过程结束时无余差
          • 适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统
          • 公式： 
        • 比例微分控制PID
          • 比例积分微分控制器的可调整参数有三个，即比例放大系数Kp(比例度δ)、积分时间TI和微分时间TD。
          • 适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统。
          • 公式 
          • 将其中的微分时间置于0就成了比例控制器，如果同时将积分时间置于无穷大便成了比例控制器。
      • 控制器正反作用的确定
        • 正作用：当操纵变量增加时，被控变量也增加的对象属于正作用。 反作用：当操纵变量增加时，被控变量降低的对象属于反作用。
    • 简单控制系统设计实例
      • 乳化物干燥过程工艺流程
      • 被控变量与操纵变量选择
      • 过程检测、控制设备的选用