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1、第六讲：单回路系统设计Process Control System,主讲老师：廉迎战 副教授,琢韵胡钢稍损栗替错降鲸埋撮企艰乒怎犯惺我筛辣念锚曲钉歹决驭啃览呼过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,2,重点内容,单回路系统=对象+执行器+调节器+变送器 内容： 系统参数整定,思船炊靠舶建硼毯变丙辈供逛妖作榜映娶船南唆郁嵌匀枫颗缔拖堡幽壳僵过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,3,三、单回路系统整定,系统整定，一般是指选择调节器的比
2、例度、积分时间 Ti和微分时间Td的具体数值。系统整定的实质，就是通过改变控制参数，使调节器特性和被控过程特性配合好，以改善系统的动态和静态特性，求得最佳的控制效果。 调节器参数整定的方法很多，可分为三类： 一是理论计算整定法； 二是工程整定法； 三是计算机仿真寻优整定法。 理论计算整定法由于过分依赖过程的数学模型，而在建立数学模型时忽略了许多次要因素，过程模型的精确度不高，计算所得数据不可靠。而且计算繁琐，工作量很大，因此工程上很少用。 工程整定法直接在控制系统中进行，且方法简单、实用，易于掌握，在工程实际中被广泛应用。 计算机仿真寻优整定法利用误差积分最优准则，通过计算机仿真以求调节器的参
3、数整定达至最优，该整定方法的应用越来越广泛。,堤妨光饿吩函济摹先匣擒头卢砖巩椿脐瞳弊废莆纷孔粪聂屈去南往荧苔甩过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,4,三、单回路系统整定,（一）、理论计算整定法 根据根轨迹作图法选择调节器的参数，使系统特征方程中对瞬态响应起主导作用的满足系统指标。 系统闭环传递函数：w(s)=wk(s)/1+wk(s) 系统特征根：|1+wk(s)|=0 系统稳定整定条件1： 模值条件：|wk(s)|=0 幅角条件：（2N+1）180=0 系统稳定整定条件2： =0.75,笼且绕值辜桐炉殷占屏
4、骗市焊开帅舷协登综搏悦涂既敝尝啡美镁缉好榜陌过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,5,三、单回路系统整定,（一）、理论计算整定法 例：Wo(s)=1.2/(s+1)(s+0.2)(s+0.5)调节器Wc(s)=Kc，求=0.75 时比例度的值。 解：开环传递函数：Wk(s)=1.2 Kc /(s+1)(s+0.2)(s+0.5) K= 1.2 Kc A、开环根轨迹 零点： ;m=0个（终点） 极点：s1=-1; s2=-0.2; s3=-0.5;n=3个（起点） 渐进线：n-m=3 夹角：=180（1+2u）/
5、3=60, 180 交点：=（s1+s2+s3）/(n-m)=-0.567 分离点：和回合点 1+Wk(s)=0有极值，对1+Wk(s)=0 针对K求导数得 S1=-0.333， S2=0.8 虚轴焦点：S=a+jw 令a=0 代1+Wk(s)=0 得w= 0.89,韭卷奴烫耗泣洱屏荧包膨埂架铱怖画鞭收摘岭蹄炙唤案豪挤尊靶戳孽耗厉过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,6,三、单回路系统整定,（一）、理论计算整定法 例：Wo(s)=1.2/(s+1)(s+0.2)(s+0.5)调节器Wc(s)=Kc，求=0.75
6、 时比例度的值。 解： 根轨迹特征，共扼对称，作根轨迹 =0.75系统特征曲线=12.28 二者交点a,b 根据模值条件：求K。 A=-0.185+j0.654 |Wk(s)|=1 K=0.575*0.675*1.05=0.408 Kc=K/0.12=3.4 =0.294,橙孕浸侩蚀侯蚤獭融蹭哎弹莎临窃帕护掘啃怨找情刹橇尚狠坚预昏冶齐斧过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,7,三、单回路系统整定,（一）、理论计算整定法 例：Wo(s)=1/(Ts+1)(Ts+1)(Ts+1)(Ts+1),T=10S,调节器Wc
7、(s)=Kc(1+Td*s)，求=0.75 时比例度的值,Td。 解：开环传递函数：Wk(s)=Wc(s)*Wo(s) A、零点： ;m=0个（终点） B、极点：s1=-1/To; n=4个（起点） C、取：Td=To=10s D、 =0.75 取得=12.28 E、模值条件： |Wk(s)|=1 P=（-1，0） 渐进线夹角A=180/3=60，交OA于D点 D=（-0.03+J0.135） F、模值条件： |Wk(s)|=1D点距离极点距离求kc =1/(To*(/pd) To*(/pd) To*(/pd) )=0.349,述膨礼痊遂衔旅乃篇吱霍壁悼芹社坍教村输贞盈盅匀砌骨人熏殃喻通骸螟过
8、程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,8,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 1、动态特性参数法 特点：根据系统开环广义过程响应特性，进行近似计算的方法。 方法： Wo(S)输入端加一阶跃信号记录变送器的响应输出 据响应曲线求特征参数，（-延时To-响应-响应度） 根据参数计算整定参数值Wc(s)。,姆痪笔雍固莱坷凤缝班勇巴身初库厂炎楔靛泡戴罚约札尤兜佯喊鬼说峻矣过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,9,三、单回路系统整定,（
9、二）、工程整定法 1、动态特性参数法 A、广义过程无自衡能力 阶跃信号 近似对象 Wo(s)= /s(1+S/n) 或 Wc(s)确定:,齿丁弘橡恫番昭蹄梧径倒即瓤焰嘴聂剩拦赫商辱惠珍涯袱截筛巷晋岿咋揖过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,10,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 1、动态特性参数法 B、广义过程有自衡能力 阶跃信号 近似对象 Wo(s)= (1/)/(1+ToS) 或 Wc(s)确定:,咖命溯捎风酒坑巷坦赦福包付嵌弘菏创秸贼郑养缄婆拘桂戏目疵毖咸踩慌过程控制-第六-2讲：单回路系统设计ly
10、z过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,11,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 1、动态特性参数法 B、广义过程有自衡能力,式脉呈脸宾扰诌祸绿涅砒喝关战封恼育周壶魂黔配汕疫送挛坯湘堡讼漠傲过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,12,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 1、动态特性参数法 B、广义过程有自衡能力 PD调节器的参数整定计算公式，它是在计算了比例（P）调节器的比例度后利用下式计算:,脉槐阜灶毁壹谭理舀着埃针雏钠葱智树嫁床弧怔睁令伸贷赛硫渴滋掣萄剃过程
11、控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,13,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 2、临界比例度法 临界比例度法是在系统闭环条件下进行的，方法简便，应用广泛，其具体步骤如下： （1）调节器置于纯比例位置，且比例度置最大值，此时无积分Ti=和微分Td=0作用。使系统投入闭环运行。 （2）待系统运行稳定后，对给定值施加一适当幅值的阶跃扰动，并逐步减小比例度，直到系统产生等幅振荡，即为临界振荡。并记录下此时的比例度，称为临界比例度k。,商伸甄锑淆忙常焦间化轧诅膨粟长蝗拱积佛勇壶肥靠菌殿铡刚臆灭害畅奇过程控制-第六-2讲
12、：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,14,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 2、临界比例度法 根据k、Tk按表计算调节器的参数k 、Ti和Td之值。 注意：有时生产过程工艺上不允许产生连续的等幅振荡。,苔婿吐餐样育杏赖匿潞椿羔晦睦穷话舅途乃鸽瓮痘术样隶怕山扇噎权益英过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,15,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 3、衰减曲线法 A、4:1衰减曲线法 该法与临界比例度法相似，也是在系统闭环运行条件下进行的。
13、其具体步骤如下： （1）将调节器积分时间置于Ti=，微分时间Td=0，比例度置于最大值，将系统投入闭环运行。 （2）待系统运行稳定后，对给定值作一适当幅值的阶跃扰动，并逐步减小比例度，直到记录曲线出现图8-17所示的4：1衰减的曲线为止，记录下此时的比例度和衰减曲线的第一个振荡周期。然后查表便可计算出调节器的PID参数的整定值。,叔陕些苔绵能戴捌姓右瑚钮芯履循闸钳萨和盗轿寅息鉴炊航衙顽纷葡煽姑过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,16,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 3、衰减曲线法 A、4:1衰减曲线法
14、,拖阐缉盗涝逢沧弘把嘿榆洞莉歪蛰挞合讣至桑橱咏氟僳艰毛曹毛拣剖舅篱过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,17,三、单回路系统整定,（二）、工程整定法 3、衰减曲线法 B、10:1衰减曲线法,驯耪军堰痈柠误彼帆景顿舟矮肢媳瘦莫隆垃毫疹疙匆舅蝎悍掣榷个乒般愉过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,18,三、单回路系统整定,（三）、计算机仿真寻优整定法 随着计算机技术的发展，人们利用计算机仿真技术进一步发展了的调节器PID参数的整定方法
15、。称为计算机仿真寻优整定法。该法根据过程的参数KoTo和之值，利用绝对误差积分（IAE）、平方误差积分（ISE）和时间乘绝对误差积分（ITAE）之值为最小为准则，进行计算机仿真，从而整定调节器的PID参数。调节器参数整定的计算公式分别为： 比例（P） 积分（I） 微分（D）,球罗坤饱尧箍慨奈窝监陨聘酶涎渠降中构层遍车睛凹穴困奈莱挟即动貉买过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,19,四、单回路控制系统投运,过程控制系统的方案设计、控制仪表选型和安装调试就绪后，或者经过停车检修后，将过程控制系统重新投入到生产过程中
16、运行，称为系统投运。为使过程控制系统能顺利投入运行，投运前必须做好准备工作。 1准备工作。 准备工作做得越充分，投运将越顺利。准备工作大体包括：在熟悉生产工艺流程和控制方案的前提下，应对检测变送器、调节器、调节阀、供电、供气、联接管线等以及其它装置进行全面而细致的检查，它们的连接极性是否正确，仪表量程设置是否合理，仪表的相应开关是否置于规定位置上，仪表的精度是否满足设计要求等。其次，在各组成系统的各台仪表进行单独调校的基础上，再对系统进行联调，观察其工作是否正常，这是保证顺利投入的重要步骤。 2系统投运 根据生产过程的实际情况，首先将检测变送器投入运行，观察其测量显示的参数是否正确；其次利用调
17、节阀手动遥控，待被控参数在给定值附近稳下来后，再从手动切换至自动控制。 在调节器从手动切换到自动运行前必须做细致的检查工作，首先检测调节器的正、反作用是否正确，调节器的PID参数是否设置好等，检查完毕后，当测量值与给定值的偏差为零时，将调节器由手动切换到自动，于是实现了系统的投运。 系统投入自动运行后，观察系统的控制质量指标是否达到设计要求，否则，再对调节器的PID参数作适当的微调，以期达到较好的控制质量。,刷爵苑捆掠氢残共楞葱民戌拴烛鹏闹托傀扎栋仕膀全畴贮驮利绢港奉辉淖过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,2020/7/23,过程控制与仪表,20,讨论,整定参数？,灼招趟者岔乾驶郊惶宦且叮呕借补导仔藩狱凯毙谆几观泰根滨继忽灼窗入过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz过程控制-第六-2讲：单回路系统设计lyz,