文档介绍：《过程控制工程》教案
第一章简单控制系统
组成:方块图
简单控制系统方案的分析设计:
分析被控对象的特点
选择被控变量、操纵变量
选择测量、变送装置、控制器、执行器
分析各个控制系统之间的相互关联和影响
第一节被控变量的选择
选择原则:
直接选用质量指标
工艺上要求控制的质量指标、参数(可测)
如T、P、L、F、A
采用间接指标
1)直接参数不可测
2)直接参数虽可测,但信号微弱
条件:间接指标与直接指标之间的单值对应关系且有足够大小的信号。
考虑工艺的合理性及仪表的可行性
例:精馏塔调节的被调参数的选择(苯―甲苯二元精馏)
工艺要求:XD(塔顶产品浓度)一定
测量XD有困难,被调参数选用间接指标
到底选P还是T应考虑工艺的合理性
工艺上,只有将塔操作在规定的压力下,才易于保证塔的分离纯度、效率和经济性
∴选温度为被调参数
第二节对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择
对象
干扰作用
调节作用被调参数
对象静态特性分析(特征参数:放大系数K)
方块图:
求余差
f(t)=A F(S)=A/S
若为液位简单调节系
Hm=1
采用比例调节
GC=KC
Kf对控制质量的影响
从静态质量指标考虑:Kf小好(余差小,控制质量提高)
从系统的动态过程质量指标考虑:
最大偏差
∴希望Kf 尽可能小
2、对控制质量的影响
从系统的余差、最大偏差这两个主要的质量指标可见:
希望K0值大一些,K0越大,控制作用灵敏,抑制扰动的能力强,控制及时。
二、对象动态特性分析
1、干扰通道Tf、τf对控制质量的影响
1)Tf的影响
输入、输出曲线:
Tf越大,曲线越平滑(干扰通道对扰动信号的滤波能力)干扰对被控变量的影响也就越缓和
另:Tf越大,系统过渡过程的超调量越小,控制质量高。(通过根轨迹分析法得到)
∴希望Tf越大越好
2)τf的影响
当对象受到干扰作用后,输出信号要经过一段时间再变化,此时间即为τf
f
t
y
t
τf
被控变量的过渡过程仅在时间上平移了一个τf距离,不影响控制系统的质量
∴τf的大小不影响控制系统的质量
3)干扰作用位置对控制质量的影响
例:P7图1-9多容量液位控制系统原理图
可见,干扰输入离被控液位参数越远,对象干扰通道惯性环节的阶数越高,滤波效果越好,被控变量受干扰的影响越弱,控制质量高。
∴希望干扰输入离被控变量越远越好
2、控制通道T0、τ0对控制质量的影响
T0的影响
输入、输出曲线:
T0太大,操作反应迟钝,控制作用受到削弱,但系统稳定性好
T0太小,控制作用过于灵敏,操作频繁,易引起振荡,系统稳定性差
一般希望:T0适当小一些,有利于快速克服干扰,缩短过渡时间
2)τ0的影响
用τ0/ T0 反映τ0对系统质量相对影响的程度
T0较大时,τ0的值可以相对大些,虽过渡过程慢,但易稳定
T0较小时,即使τ0的值不大,但对系统的影响却很大,易产生剧烈振荡
输入、输出变化曲线:
τ0越大,最大偏差、过渡过程时间越大,控制质量变差
∴τ0越小越好
三、负荷变化对控制质量的影响
负荷――对象的生产能力或运转能力
负荷变化会影响对象的相关特性(静、动特性)
∴ 负荷应尽量稳定
克服负荷变化对控制质量的影响采取的措施:
1)建立自适应控制系统
2)设计串级调节系统(付环为随动系统,提高变负荷的自适应能力
3)合理选择控制阀的流量特性(利用KV进行补偿,使变负荷对象具有一定的自适应能力)
测量元件和变送器的动态特性
测量元件是指热电偶、热电阻、孔板、膜盒、波纹管、PH电极等检测元件。
变送器: T、τ很小,可忽略,视为放大环节
测量元件特性
测量元件的静特性、动特性对调节质量影响都很大。调节系统失灵,不少是因测量元件的问题所致。对于测量元件的要求是准确可靠、重复再现性好、灵敏度高、变差小。在整个量程内希望仪表的放大系数保持常数。
简单调节系统的分析和设计
系统被调参数的选择
选择原则:具体P182
第二节系统调节参数的选择
按静态特性选择调节参数
定值调节系统
余差
Kf要小 K0要大
原则:K0>Kf
Kf、K0可按工艺关系求取也可通过实验测得
按动态特性选择调节参数
时间常数对调节质量的影响
Tf 大, 干扰对y的影响小,Tf要求大好
T0 大, 则反应慢,不及时,T0过小,太灵敏, 不稳定,T0要适当小些。
基本原则:T0< Tf
纯滞后时间对调节质量的影响
τ0增大,对系统稳定性不利(超调量增加,调节质量下降)
τf增加,对过渡过程的影响只是