【正文】 ∞ 0 PI 0 PID 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 58 響應(yīng)曲線法 典型工業(yè)過(guò)程響應(yīng)曲線 (開(kāi)環(huán) )如下圖示： 典型 (S型 )響應(yīng)曲線 ?y ? T 響應(yīng)曲線法又稱為 ZieglerNichols第一法則 ，是一種根據(jù)廣義對(duì)象的響應(yīng)曲線 【 如響應(yīng)曲線不為 S型不能使用本方法 】 來(lái)整定控制器參數(shù)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(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 59 ?得到 廣義對(duì)象的響應(yīng)曲線 (如何得到 ? )； ?由 響應(yīng)曲線得廣義對(duì)象特性 GP(s)【 看作帶滯后的一階系統(tǒng) 】 ； ?按下表計(jì)算得到 控制器參數(shù)值。 基于響應(yīng)曲線的控制器參數(shù)整定計(jì)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(jì)算所得參數(shù)值，仍須根據(jù)運(yùn)行情況加以調(diào)整，才是實(shí)際所需的控制器參數(shù)整定值。 ?整定步驟 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 工程整定方法優(yōu)缺點(diǎn) 1）經(jīng)驗(yàn)湊試法 ：簡(jiǎn)單方便，容易掌握，應(yīng)用較廣泛，特別是對(duì)擾動(dòng)頻繁的系統(tǒng)更為合適。但此方法靠經(jīng)驗(yàn)，要湊到一條滿意的過(guò)程曲線，可能花費(fèi)時(shí)間多。此方法對(duì) PID控制器的三個(gè)參數(shù)不容易找到最佳的數(shù)值。 2）臨界比例帶法 ：較簡(jiǎn)單，易掌握和判斷，應(yīng)用較廣。此方法對(duì)于臨界比例帶很小的系統(tǒng)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(jié)臨界比例帶的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出來(lái)的，較準(zhǔn)確可靠，安全，應(yīng)用廣泛。但對(duì)時(shí)間常數(shù)小的對(duì)象不易判斷，擾動(dòng)頻繁的系統(tǒng)不便應(yīng)用。 4）響應(yīng)曲線法 ：較準(zhǔn)確，能近似求出廣義對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。但加階躍信號(hào)測(cè)試，須在不影響生產(chǎn)的情況下進(jìn)行。 60 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 61 控制系統(tǒng)的投運(yùn) 投運(yùn)第一步 ： 投運(yùn)前準(zhǔn)備 熟悉被控對(duì)象和整個(gè)控制系統(tǒng)，檢查所有儀表及連接管線、電源、氣源等，以保證投運(yùn)時(shí)能及時(shí)正確的操作，故障能及時(shí)查找； 現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)所有儀表，保證儀表能正常使用； 確認(rèn)控制器的正、反作用；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或估算，設(shè)置控制器參數(shù)；或者先將調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，比例度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或估算，設(shè)置較大的位置； 確認(rèn)控制閥的氣開(kāi)、氣關(guān)作用； 根據(jù)前述所有選擇，假設(shè)被控變量受干擾有一個(gè)增加，看控制系統(tǒng)能否克服干擾的影響。 基本步驟 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 62 投運(yùn)第二步：現(xiàn)場(chǎng)人工操作 將控制閥前后的閥門 2關(guān)閉，打開(kāi)旁通閥 3，觀察測(cè)量?jī)x表能否正常工作，待工況穩(wěn)定。 投運(yùn)第三步：手動(dòng)遙控 用手動(dòng)定值器或手操器調(diào)整作用于調(diào)節(jié)閥上的信號(hào) P至一個(gè)適當(dāng)數(shù)值，然后，打開(kāi)上游閥門 1，再逐步打開(kāi)下游閥門 2，過(guò)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(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 63 投運(yùn)第四步：自動(dòng)操作 手動(dòng)遙控使被控變量接近或等于給定值，觀察儀表測(cè)量值，待工況穩(wěn)定后，控制器切換到 “ 自動(dòng) ” 狀態(tài)。至此，初步投運(yùn)過(guò)程結(jié)束。但控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程不一定滿足要求，這時(shí)需要進(jìn)一步進(jìn)行 參數(shù)整定 。 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 64 系統(tǒng)運(yùn)行中的故障判別 ?比較記錄曲線前后變化； ?比較控制室與現(xiàn)場(chǎng)同位號(hào)儀表的指示值； ?比較相同儀表之間的指示值。 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 65 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例 液體貯槽工藝簡(jiǎn)介 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，圖示液體貯槽如進(jìn)料罐、成品罐、中間緩沖容器、水箱等設(shè)備應(yīng)用十分普遍，為了保證生產(chǎn)的正常行，物料量進(jìn)出需均衡，以保證過(guò)程的物料平衡。因此工藝要求液體貯槽內(nèi)的液位需維持在某給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化并保證物料不產(chǎn)生溢出。 儲(chǔ)液槽 Q1 Q2 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 66 貯槽液位系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) 選擇被控參數(shù) 根據(jù)工藝簡(jiǎn)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(nèi)變化，這是保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的工藝指標(biāo)，所以其 液位 是直接指標(biāo) (直接參數(shù) )，即為被控參數(shù)。 選擇操縱量 從液儀貯罐的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，影響液位有兩個(gè)量，一是流入貯槽的流量，二是流出貯槽的流量。調(diào)節(jié)這兩個(gè)流量的大小都可改變其液位高低。這樣構(gòu)成液位控制系統(tǒng)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(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 67 液位控制系統(tǒng)方案 a) 調(diào)流入量 b)調(diào)流出量 Q1 Q2 LT LC A h Q1 Q2 LT LC A h 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 68 選用過(guò)程檢測(cè)控制儀表 檢測(cè)變送的選擇 選用 DDZIII型差壓變送器即可 【 實(shí)際選型時(shí)需注意介質(zhì)條件與操作條件 】 。 控制閥選擇 ?流量特性： 選用對(duì)數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥； ?開(kāi)閉形式： 圖 (a)流入量調(diào)節(jié)方案，為保證不引起物料溢出，應(yīng)選用氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥；而圖 (b)流出量控制方案，為保證不產(chǎn)生物料量溢出，應(yīng)選用氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥； ?結(jié)構(gòu)形式、口徑計(jì)算略。 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 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(duì)液位控制要求不太高，調(diào)節(jié)器采用寬比例度的 比例作用即可。當(dāng)容器作為 計(jì)量 槽使用時(shí)，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(duì)于圖 (b)所示流出量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制器應(yīng)為反作用式，其推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)下頁(yè)，圖 (a)所示流入量調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制器正反作用過(guò)程見(jiàn)教材。 ?參數(shù)整定 ：可采用工程整定方法中的任何一種，使液位控制系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 70 控制器作用方式確定 ? 被控對(duì)象為反作用：操縱量 Q2增大， h下降； ? 檢測(cè) /變送為正作用： ? 控制閥為氣關(guān)型，是反作用 m Q2 e 圖 (b)控制系統(tǒng)等效方框圖 h SP 控制閥 “ － ” 檢測(cè) /變送 “ +” PV 水槽 “ － ” 控制規(guī)律 “ +” 反作用 擾動(dòng)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(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 本章小結(jié) 被控量與操縱量的選擇 檢測(cè)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(shù)的工程整定 控制系統(tǒng)的投運(yùn) 71 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 重點(diǎn)與難點(diǎn) ? 掌握單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)算 ? 控制系統(tǒng)的 工程整定及計(jì)算 72 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 熱工過(guò)程控制工程 劉玉長(zhǎng) 73 習(xí)題及思考題（作業(yè)： 9～ 13） ？ 。 ？對(duì)控制質(zhì)量有什么影響？如何減少和克服這些影響？ ，另一個(gè)系統(tǒng)由于測(cè)量點(diǎn)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(yīng)該怎么樣選擇？