单回路控制系统方框图

第三章 单回路控制系统过程控制与工程 黄 勋

本节主要内容单回路控制系统的概念及其构成； 被控变量与操纵变量的选择； 控制系统各个环节的影响； 调节器调节规律 系统参数的整定 控制器作用方向

简单控制系统的定义与组成

由一个测量仪表(测量元件、变送器)、一个控制器 和一个执行机构所组成的控制一个对象参数的(单闭 环)控制系统特点：简单、易于分析设计、投资少、便于施工 简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元

简单控制系统设计步骤 了解被控对象特性 工艺过程、设备确定控制方案

1.合理选择被控变量；2.选择操纵变量； 3.检测变送元件，检测位臵； 4.执行器； 5.调节器；控制规律； 6.参数整定

被控变量的选择

生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按一定 规律变化)的变量称为被控变量。 合理选择被控变量的重要性： 对产品的产量、质量及安全具有决定性的作用。 直接指标控制 间接指标控制

被控变量的选择基本原则1)被控变量能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态。生产过程中希望保持在定值地过程参 数；但在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响 而变化。 2)被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏 度；必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状； 3)尽量采

第一篇 过程控制系统

第一章 单回路反馈控制系统

?简称：单回路控制系统、简单控制系统

?在所有反馈控制系统中，单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种。 ?在生产过程控制中应用得最为广泛的、并能解决大量控制问题的系统（70%）。 ?研究单回路系统的分析和设计方法，是研究复杂控制系统的基础。

1.1 单回路系统的结构组成一、

系统的组成举例 ： 如图所示的水槽，流入量 F1、流出量F2，为了控制水槽的液位L不变，选择相应的变送器、控制器、控制阀，并按左图组成单回反馈控制系统。

F

F 图1-1 水槽

F“反作用” sp LC LT F图1-2 水槽液位控制系统

注： LC表示液位控制器，sp代表控制器的给定值。 假定控制阀为气闭，控制器为反作用。 偏差：测量信号与给定值之差。

当测量值大于给定值时，偏差为正，反之为负。第一种情况（初始状态：平衡状态F1=F2）

?入口阀突然开大 → F1>F2 → L↑ → 正偏差 → 输出减小 → 控制阀↑ → F2 ↑→ L↓→F1=F2→ 系统达到新的平衡?入口阀突然开小→ F1F1→L ↓→ 负偏差 →输出增大 →控制阀↓

第三章 单回路控制系统过程控制与工程 黄 勋

本节主要内容单回路控制系统的概念及其构成； 被控变量与操纵变量的选择； 控制系统各个环节的影响； 调节器调节规律 系统参数的整定 控制器作用方向

简单控制系统的定义与组成

由一个测量仪表(测量元件、变送器)、一个控制器 和一个执行机构所组成的控制一个对象参数的(单闭 环)控制系统特点：简单、易于分析设计、投资少、便于施工 简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元

简单控制系统设计步骤 了解被控对象特性 工艺过程、设备确定控制方案

1.合理选择被控变量；2.选择操纵变量； 3.检测变送元件，检测位臵； 4.执行器； 5.调节器；控制规律； 6.参数整定

被控变量的选择

生产过程中希望借助自动控制保持恒定值(或按一定 规律变化)的变量称为被控变量。 合理选择被控变量的重要性： 对产品的产量、质量及安全具有决定性的作用。 直接指标控制 间接指标控制

被控变量的选择基本原则1)被控变量能代表一定的工艺操作指标或能反映工 艺操作状态。生产过程中希望保持在定值地过程参 数；但在工艺操作过程中经常要受到一些干扰影响 而变化。 2)被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏 度；必须考虑工艺合理性和国内仪表产品现状； 3)尽量采

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，

实验2 单回路控制系统的工程整定

一、实验目的

1．学会单回路控制系统PID控制器的工程整定方法（衰减曲线法和临界比例带法） 2．掌握PID三个参数对控制过程的影响

二、实验原理

单回路控制系统如下：

对象为一个三阶系统，控制器采用PID PID传递函数 G(s)?1?(1?1Tis?Tds)

??比例带 Ti? 积分时间常数 Td?微分时间常数

控制器阶跃输入PID调节器被控对象10(2.5s?1)3输出示波器

三、实验内容

调节器参数工程整定方法常用有4种：经验法、衰减曲线法、临界比例法、响应曲线法。

1．衰减曲线法

它是利用在比例作用条件下产生??0.75的控制过程时的调节器比例带和控制过程周期（衰减周期）Ts来整定调节器的参数。

y(t)要求y1:y3?4:1y1y31 0 振荡周期Tst

y1:y3=4:1 ??0.75

表1 衰减曲线法整定参数计算表 整定参数 比例带? 控制规律 比例P 比例积分PI 比例积分微分PID 积分时间Ti － 0.5Ts 0.3Ts 微分时间Td － － 0.1Ts ?s 1.2?s 0.8?s 步骤：

（1）使调节器参数Ti??,Td?0，比例带?

工业过程控制

课程设计

题 目: 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号：

指导教师： 设计地点： 31-517 设计时间： 2011.6.25～2011.7.1

设计成绩： 指导教师： 0 本栏由指导教师根据大纲要求审核后，填报成绩并签名。 工业过程控制课程设计任务书之七

学生姓名 题 目 课题性质 指导教师 专业班级 学号 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计 工程设计 郑维 通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统的控制课题来源 自拟题目 主要内容 要求，根据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和

高中通用技术 第四章 第三节内容 地质出版社

课 题 课时数 1 课时 知识与技能：

控制系统框图 备课日期

课 型

新

授

2013 年 6 月 10 日

1、学会用框图来描述与表达控制系统。 教 目 学 标 2、能针对具体的控制系统绘制其控制控制系统框图 3、学会运用信息的思想分析控制系统，加深对控制垢技术思想与方法的理 解。 过程与方法：掌握从实际的案例中抽象出一般形式的方法。 情感态度与价值观：培养认真、严谨的科学态度。 教 学 重 点 难 点 教学方法 重点：控制系统的框图表示。 难点：控制过程中的信息与信息流 三阶段九环节 教 教学过程 教学媒体 学 过 程 设 计 教学内容 1、教师利用课件展示“双汇瘦精事件”图片，引起同 学对于产品质量的重视。学生活动 教师活动

多媒体课件(ppt)

欣赏图片，

一、 创设情 境， 新授引 入

听取教师

教师结于对整个事件及双汇所进行的质量管理及 改进措施进行简单介绍。 质量管理部门有： (1) 、产品抽样检测 (2) 、产品质量分析部 (3) 、技术管理部 (4) 、生产管理部 改进措施： (1) 、生猪逐头检验，确保 100%安全 (2) 、引入第三方检测机构，公开透明接受监督 (3) 、建立索赔机制 把好上游关

高中通用技术 第四章 第三节内容 地质出版社

课 题 课时数 1 课时 知识与技能：

控制系统框图 备课日期

课 型

新

授

2013 年 6 月 10 日

1、学会用框图来描述与表达控制系统。 教 目 学 标 2、能针对具体的控制系统绘制其控制控制系统框图 3、学会运用信息的思想分析控制系统，加深对控制垢技术思想与方法的理 解。 过程与方法：掌握从实际的案例中抽象出一般形式的方法。 情感态度与价值观：培养认真、严谨的科学态度。 教 学 重 点 难 点 教学方法 重点：控制系统的框图表示。 难点：控制过程中的信息与信息流 三阶段九环节 教 教学过程 教学媒体 学 过 程 设 计 教学内容 1、教师利用课件展示“双汇瘦精事件”图片，引起同 学对于产品质量的重视。学生活动 教师活动

多媒体课件(ppt)

欣赏图片，

一、 创设情 境， 新授引 入

听取教师

教师结于对整个事件及双汇所进行的质量管理及 改进措施进行简单介绍。 质量管理部门有： (1) 、产品抽样检测 (2) 、产品质量分析部 (3) 、技术管理部 (4) 、生产管理部 改进措施： (1) 、生猪逐头检验，确保 100%安全 (2) 、引入第三方检测机构，公开透明接受监督 (3) 、建立索赔机制 把好上游关

一、单回路控制系统

1一个简单控制系统由那几部分组成？各有什么作用？

2 什么是简单控制系统？试画出简单控制系统的典型方块图。

答：所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器（或变送器）、一个调节器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，有时也称为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图如下图所示。

题2 方块图

3在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定数值上。下图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±1.5）℃。如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。

题3 图 丙烯冷却器

（１） 指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？ （２） 试画出该控制系统的组成方块图。 答：（１）被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操作变量为气态丙烯的流量。

（３） 该系统的方块图：

题3 方块图

4 反应温度控制系统示意图。Ａ、Ｂ两种物料进入反映，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。图中ＴＴ表示温度变送器，ＴＣ便是温度控制

液位单回路控制系统的仿真实验报告

一、实验目的：了解和掌握单回路控制系统的组成和工作原理，运用Intouch工业组态软件实现液位单回路控制系统的仿真。 二、液位单回路控制系统模型：

设定液位-ePID调节器u执行阀Q水箱对象实际液位液位传感器

液位单回路控制系统方框图

系统中各组成单元的模型如下： 水箱对象模型：G(s)?20200s?1液位传感器：量程 0～40cm 输出 0～5V

执行阀：控制电压：0～10V。 对应 0～100%开度。 最大开度时 Q=3.5cm3/s 四、实验过程

（1）液位单回路控制系统界面

1

（2）液位单回路控制系统脚本语言 启动时：

------------------------------------------------------------------------------------------------------- ek-2=0;初始误差设置为0 ek-1=0;

start=0;启停按钮的初始时刻设置为停 u=0; ts=1;标志位 qk-1=1;标志位

-----------------------------------------------------------------