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1、1單回路控制系統(tǒng)原理單回路控制系統(tǒng)原理一、一、過程控制的特點過程控制的特點與其它自動控制系統(tǒng)相比,過程控制的主要特點是:1、系統(tǒng)由工業(yè)上系列生產(chǎn)的過程檢測控制儀表組成。一個簡單的過程控制系統(tǒng)是由控制對象和過程檢測控制儀表(包括測量元件,變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥)兩部分組成。如圖1:液位控制系統(tǒng)Q1Q2f(t)x(t)e(t)p(t)q(t)y(t)z(t)KC:調(diào)節(jié)器的靜態(tài)放大系數(shù)KV:調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)放大系數(shù)K0:被控對象的靜態(tài)放大系數(shù)Km
2、:變送器的靜態(tài)放大系數(shù)2、被控對象的設(shè)備是已知的,對象的型式很多,它們的動態(tài)特性是未知的或者是不十分清楚的,但一般具有慣性大,滯后大,而且多數(shù)具有非線性特性。3、控制方案的多樣性。有單變量控制系統(tǒng)、多變量控制系統(tǒng);有線性系統(tǒng)、有非線性系統(tǒng)、;有模擬量控制系統(tǒng)、有數(shù)字量控制系統(tǒng),等等。這是其它自動控制系統(tǒng)所不能比擬的。4、控制過程屬慢過程,多半屬參量控制。即需對表征生產(chǎn)過程的溫度、流量、壓力、液位、成分、PH等進行控制。5、在過程控制系統(tǒng)
3、中,其給定值是恒定的(定值控制),或是已知時間的函數(shù)(程序控制)??刂频闹饕康氖窃谟谌绾螠p少或消除外界擾動對被控量的影響。工業(yè)生產(chǎn)要實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化,首先必須熟悉生產(chǎn)過程,掌握對象特點;同時要熟悉過程參數(shù)的主要測量方法,了解儀表性能、特點,根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和反饋控制理論的分析方法,合理正確地構(gòu)建過程控制系統(tǒng);并且通過改變調(diào)節(jié)儀表的H調(diào)節(jié)器KC調(diào)節(jié)閥KV被控對象K0測量變送Km3測量滯后是測量元件本身的特性所引起的動態(tài)誤差。例如用熱電
4、偶或熱電阻測量溫度時,由于其保護套管存在著熱阻和熱容,因而具有一定的時間常數(shù),測溫元件的輸出信號總是滯后于被控參數(shù)的變化,引起被控參數(shù)的測量值與真實值之間產(chǎn)生動態(tài)誤差,從而造成控制質(zhì)量下降。為了克服測量滯后的不良影響,在系統(tǒng)可以采用以下措施:[1]、合理選擇快速測量元件。[2]、正確使用微分環(huán)節(jié)。B、純滯后純滯后往往是由測量元件的安裝位置不當(dāng)而引入的。在生產(chǎn)過程中,溫度測量和成分分析最容易引入純滯后。微分作用對于純滯后是無能為力的。為了
5、克服純滯后的影響,只有合理選擇測量元件的安裝位置,盡量減小純滯后。當(dāng)過程參數(shù)測量引起的純滯后較大時,單回路控制系統(tǒng)很難滿足生產(chǎn)工藝要求,應(yīng)考慮其它控制方案。C、信息傳送滯后測量信息傳送滯后,主要是指氣動單元組合儀表的輸出信號在管路中傳送所造成的滯后。為了克服信號傳送滯后,可采用以下措施:[1]、用氣—電和電—氣轉(zhuǎn)換器,將氣壓信號轉(zhuǎn)換為電信號再傳送。[2]、在氣壓信號管路上設(shè)置氣動繼動器或氣動閥門定位器,以增大輸出功率,減少傳送滯后。4、
6、控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律有比例(P)、積分(I)、微分(D)這三種基本規(guī)律及其各種組合。比例調(diào)節(jié)(P):依據(jù)偏差的大小來動作,其輸出與輸入偏差的大小成正比。比例調(diào)節(jié)及時、有力、但有余差。積分調(diào)節(jié)(Ti):依據(jù)偏差是否存在來動作,它的輸出與偏差對時間的積分成比例,只有當(dāng)余差消失時,積分作用才會停止。積分的作用是消除余差,但積分作用使最大動偏差增大,延長了調(diào)節(jié)時間。積分時間越小表明積分作用越強,積分作用太強時會引起震蕩。
7、積分控制通常與比例控制或微分控制聯(lián)合作用,構(gòu)成PI或PID控制。積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,提高控制系統(tǒng)的控制精度。但積分控制通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定;Ti偏小,震蕩次數(shù)較多;Ti太大對系統(tǒng)性能的影響減少。微分調(diào)節(jié)(Td):依據(jù)偏差變化速度來動作,它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例,其作用是阻止被調(diào)參數(shù)的一切變化,有超前調(diào)節(jié)的作用,對滯后大的對象有很好的效果。它可以克服調(diào)節(jié)對象的慣性滯后、容量滯后,但不能克服調(diào)節(jié)對
8、象的純滯后。常用控制系統(tǒng)常用控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng):時間常數(shù)一般較大,為幾分鐘到幾十分鐘。溫度控制系統(tǒng)的純滯后一般也較大。為了改善溫度控制系統(tǒng)的品質(zhì),測量元件應(yīng)選用時間常數(shù)小的元件,并盡可能的安裝在測量純滯后小的地方,調(diào)節(jié)器一般選用PID調(diào)節(jié)器,適當(dāng)引入微分作用,可以加快調(diào)節(jié)作用,改善因系統(tǒng)時間常數(shù)較大對控制系統(tǒng)造成的影響。壓力控制系統(tǒng):氣體壓力對象基本上是單容的,時間常數(shù)與系統(tǒng)容積成正比,一般為幾秒鐘到幾分鐘,調(diào)節(jié)器常選用PI調(diào)節(jié)器,積
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