【正文】 ∞ 0 PI 0 PID 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 58 響應曲線法 典型工業(yè)過程響應曲線 (開環(huán) )如下圖示： 典型 (S型 )響應曲線 ?y ? T 響應曲線法又稱為 ZieglerNichols第一法則 ，是一種根據廣義對象的響應曲線 【 如響應曲線不為 S型不能使用本方法 】 來整定控制器參數的方法。 m a x m i n )m a x m i n )()1/(/(sPKG s eTsy y yKx x x?????????中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 59 ?得到 廣義對象的響應曲線 (如何得到 ? )； ?由 響應曲線得廣義對象特性 GP(s)【 看作帶滯后的一階系統 】 ； ?按下表計算得到 控制器參數值。 基于響應曲線的控制器參數整定計算表 P(%) KP TI(min) TD(min) P 100K?/T T/K? ∞ 0 PI 120K?/T ? ? 0 PID 83K?/T ? 2? ? 【 注意 】 計算所得參數值，仍須根據運行情況加以調整，才是實際所需的控制器參數整定值。 ?整定步驟 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 工程整定方法優(yōu)缺點 1）經驗湊試法 ：簡單方便，容易掌握，應用較廣泛，特別是對擾動頻繁的系統更為合適。但此方法靠經驗，要湊到一條滿意的過程曲線，可能花費時間多。此方法對 PID控制器的三個參數不容易找到最佳的數值。 2）臨界比例帶法 ：較簡單，易掌握和判斷，應用較廣。此方法對于臨界比例帶很小的系統不適用，因在這種情況下，控制器的輸出一定很大，被控量容易一下超出允許的范圍，為工藝所不允許。 3）衰減曲線法 ：此法是在總結臨界比例帶的經驗基礎上提出來的，較準確可靠，安全，應用廣泛。但對時間常數小的對象不易判斷，擾動頻繁的系統不便應用。 4）響應曲線法 ：較準確，能近似求出廣義對象的動態(tài)特性。但加階躍信號測試，須在不影響生產的情況下進行。 60 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 61 控制系統的投運 投運第一步 ： 投運前準備 熟悉被控對象和整個控制系統，檢查所有儀表及連接管線、電源、氣源等，以保證投運時能及時正確的操作，故障能及時查找； 現場校驗所有儀表，保證儀表能正常使用； 確認控制器的正、反作用；根據經驗或估算，設置控制器參數；或者先將調節(jié)器設置為純比例作用，比例度根據經驗或估算，設置較大的位置； 確認控制閥的氣開、氣關作用； 根據前述所有選擇，假設被控變量受干擾有一個增加，看控制系統能否克服干擾的影響。 基本步驟 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 62 投運第二步：現場人工操作 將控制閥前后的閥門 2關閉，打開旁通閥 3，觀察測量儀表能否正常工作，待工況穩(wěn)定。 投運第三步：手動遙控 用手動定值器或手操器調整作用于調節(jié)閥上的信號 P至一個適當數值，然后，打開上游閥門 1，再逐步打開下游閥門 2，過渡到遙控，待工況穩(wěn)定。 1 2 3 P 控制閥安裝示意圖 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 63 投運第四步：自動操作 手動遙控使被控變量接近或等于給定值，觀察儀表測量值，待工況穩(wěn)定后，控制器切換到 “ 自動 ” 狀態(tài)。至此，初步投運過程結束。但控制系統的過渡過程不一定滿足要求，這時需要進一步進行 參數整定 。 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 64 系統運行中的故障判別 ?比較記錄曲線前后變化； ?比較控制室與現場同位號儀表的指示值； ?比較相同儀表之間的指示值。 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 65 控制系統設計舉例 液體貯槽工藝簡介 在工業(yè)生產過程中，圖示液體貯槽如進料罐、成品罐、中間緩沖容器、水箱等設備應用十分普遍，為了保證生產的正常行，物料量進出需均衡，以保證過程的物料平衡。因此工藝要求液體貯槽內的液位需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內變化并保證物料不產生溢出。 儲液槽 Q1 Q2 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 66 貯槽液位系統控制方案設計 選擇被控參數 根據工藝簡況可知，液體貯槽的液位要求維持在某給定值上下，或在某一小范圍內變化，這是保證生產正常進行的工藝指標，所以其 液位 是直接指標 (直接參數 )，即為被控參數。 選擇操縱量 從液儀貯罐的生產過程來看，影響液位有兩個量，一是流入貯槽的流量，二是流出貯槽的流量。調節(jié)這兩個流量的大小都可改變其液位高低。這樣構成液位控制系統就有兩種控制方案，如圖 49所示。選擇 流出量或流入量為操縱量 。 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 67 液位控制系統方案 a) 調流入量 b)調流出量 Q1 Q2 LT LC A h Q1 Q2 LT LC A h 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 68 選用過程檢測控制儀表 檢測變送的選擇 選用 DDZIII型差壓變送器即可 【 實際選型時需注意介質條件與操作條件 】 。 控制閥選擇 ?流量特性： 選用對數流量特性的調節(jié)閥； ?開閉形式： 圖 (a)流入量調節(jié)方案，為保證不引起物料溢出，應選用氣開式調節(jié)閥；而圖 (b)流出量控制方案，為保證不產生物料量溢出，應選用氣關式調節(jié)閥； ?結構形式、口徑計算略。 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 69 控制器選型 ?控制規(guī)律選擇 ：若貯槽是為了起 緩沖 作用而控制液位的，則對液位控制要求不太高，調節(jié)器采用寬比例度的 比例作用即可。當容器作為 計量 槽使用時，則需精確控制其液位，為了消除余差，控制器采用 比例積分作用 。 ?正、反作用方式的確定 ：對于圖 (b)所示流出量調節(jié)系統，控制器應為反作用式，其推導過程見下頁，圖 (a)所示流入量調節(jié)系統控制器正反作用過程見教材。 ?參數整定 ：可采用工程整定方法中的任何一種，使液位控制系統運行在最佳狀態(tài)。 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 70 控制器作用方式確定 ? 被控對象為反作用：操縱量 Q2增大， h下降； ? 檢測 /變送為正作用： ? 控制閥為氣關型，是反作用 m Q2 e 圖 (b)控制系統等效方框圖 h SP 控制閥 “ － ” 檢測 /變送 “ +” PV 水槽 “ － ” 控制規(guī)律 “ +” 反作用 擾動使 h↑ PV↑ → e↓ 要維持 h， 需 Q2↑ → m↓ 控制規(guī)律方塊為正作用 (+) 控制器為反作用 (－ ) 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 本章小結 被控量與操縱量的選擇 檢測及變送環(huán)節(jié)的考慮 控制閥的選擇 控制器控制規(guī)律及作用方向的選擇 控制器參數的工程整定 控制系統的投運 71 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 重點與難點 ? 掌握單回路控制系統的設計步驟 ? 掌握被控量和操縱量的選擇方法 ? 控制作用 和 控制閥 的選擇及計算 ? 控制系統的 工程整定及計算 72 中南大學能源科學與工程學院 熱工過程控制工程 劉玉長 73 習題及思考題（作業(yè)： 9～ 13） ？ 。 ？對控制質量有什么影響？如何減少和克服這些影響？ ，另一個系統由于測量點位置造成純滯后，如果分別采用微分作用克服滯后，效果如何？ ？ 、反作用方式應該怎么樣選擇？