单回路控制系统设计

过程控制与自动化仪表

西安理工大学自动化与信息工程学院 信息与控制工程系

主讲教师：赵 跃

第五章 简单控制系统设计

一 单回路控制系统设计

二 PID调节参数的工程整定

单回路控制系统设计

单回路控制系统的概念

单回路调节系统一般指对一个被控制对象使用 一个调节器来保持一个参数恒定。调节器只接受一 个测量信号，输出只控制一个执行器

单回路调节系统典型结构

简单控制系统的设计

控制系统的设计步骤

（1）熟悉系统的技术要求或性能指标，如：超调量， 稳定误差，调节时间，上升时间，衰减比等。

（2）了解工艺过程，建立过程的数学模型。 （3）依据过程的数学模型，确定控制方案。即确定 被控参数及其测量和变送的方法；确定操作变量和 相关的执行器（控制方法）。 （4）依据调节规律和系统的动、静态特性进行理论 分析和综合 （5）系统仿真与试验研究。

简单控制系统的设计

控制系统的设计步骤

（6）工程设计。

（7）工程安装。 （8）控制器的参数整定。

喷雾干燥过程控制系统设计

高位槽 A 阀1

1 .生产工艺简介 2 .被控参数选择 3 .控制参数选择

B

过滤器

阀2

鼓风机 阀3

蒸汽

干燥器

4 .仪表选择与整定 5 .控制仪表连接图

换热器

风管

被控参数选择

系统被控参数选取的一般原则

(a)应选取对产品的产量，质量，安全生产，经济运 行，环境保护有决定性作用，又可直接进行测量的工 艺参数作为被控参数（直接参数）； (b) 选取与上述直接参数有单值对应关系的间接参数 作为被控参数； (c) 间接参数对产品质量应有足够的灵敏性； (d) 应考虑工艺的合理性及仪表的性能价格比等； 被控参数选择：间接参数（温度）与直接参数水分 含量一一对应。 被控参数一般要与工艺工程师共同确定。

控制参数的选择

高位槽 A 阀1

扰动分析：

1、乳液温度和流量波 动，干扰f1(t)。

干燥器

B

过滤器

阀2

鼓风机 阀3

蒸汽

2、旁路冷风流量，干 扰f2(t)。

换热器

风管

3、蒸汽压力、温度变 化，干扰f3(t)。

过程特性对控制质量的影响

一、干扰通道特性对控制质量的影响

R(s)

E (s ) U (s ) Q(s ) F (s )

G f (s)

GC (s)

C (s )

Gv (s)

Gp (s)

Y (s) H (s )

系统输出与干扰之间的传递函数为：

G f (S ) Kf C (S ) 假设：G f (S ) F (S ) 1 Gc (S )Gv (S )G p (S ) H (S ) Tf s 1

干扰通道的影响

Kf C (S ) 1 F (S ) 1 Gc (S )Gv (S )G p (S ) H (S ) T f s 1 Kf C (S ) 1 若考虑纯滞后: e s F (S ) 1 Gc (S )Gv (S )G p (S ) H (S ) T f s 1 结论：

1）Kf 越大，由F(S)引起的C(S)则越大，即C(S)偏离期望值越大； 所以希望Kf 值越小越好。 2）Tf 越大，惯性越强，

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