2009-7-25 1
第七章 简单控制系统
本章主要介绍以下主要内容：
简单控制系统的概念及其构成；
被控变量与操纵变量的选择；
控制方法及仪表的选择；
系统参数的整定。
2009-7-25 2
§ 7.1 简单控制系统的定义与组成
定义：
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。
简单控制系统又称单环控制系统。
简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元。
2009-7-25 3
§ 7.3 被控变量的选择
工艺过程的 重要参数 ；
在工艺系统中易受干扰变化,需要经常调节的参数 ；
尽可能选用 直接指标 作为被控参数，必要时可用与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。
被控变量应 方便检测,并有足够的灵敏度；
适当考虑系统测控代价；
被控变量应是 独立可控 的。
2009-7-25 4
§ 7.3 操纵变量的选择
操纵变量,
在自动控制系统中，用于调节被控变量的参数，称为操纵变量。
操纵变量的 选择原则,
操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；
操纵变量应具有较高的调节灵敏度：
较大的 放大倍数 K0；
较短的 滞后时间?。
符合工艺的合理性和生产的经济性。
2009-7-25 5
§ 7.4 系统的滞后
检测系统特性的影响主要表现为时间滞后的作用。
造成系统滞后的主要原因有：
被测对象滞后,测量点不能及时反映参数的变化。存在容积滞后和 /或传递滞后。
检测元件滞后,因热容、热阻等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反映参数的变化。
信号传递滞后,主要是气动信号传递较慢导致系统反映滞后。
2009-7-25 6
§ 7.5 控制方案与控制规律
控制系统按信号来源（系统结构）分类
反馈控制
前馈控制
复合控制 工艺过程测量调节执行输入 输出测量 调节执行
2009-7-25 7
控制规律与环节的正反作用
常用控制一般都采用 PID控制，通过适当调节比例常数、积分时间和微分时间常数可以实现多种控制规律。
实际控制系统的每个环节都有正反作用规律,
测量环节,间接指标可能与直接指标反向对应；
控制环节,可以用被测参数减去设定值，也可以用设定值减去被测参数；
执行环节,控制信号的加大可以导致执行结果的加大（如气开阀）或减少（如气关阀） 。
2009-7-25 8
§ 7.5 控制器参数的工程整定
控制器参数的工程就是选择适宜的比例度 Kp（放大倍数?）、积分时间 Ti和微分时间 TD。
控制器的整定可以采用两种方法：
理论计算法：通过理论计算，寻找控制关系；
工程整定法：通过实际试验或经验规律选择控制参数。
2009-7-25 9
1,临界比例度法
具体方法：
1,在纯比例控制（ Ti =0,TD =?）条件下通过试验获得临界比例度?K；
2,再根据经验公式计算实际参数值?,Ti,TD 。
使用条件：
临界比例法广泛应用于放大倍数较小，即 控制器输出范围较小 的系统；
使用临界比例法必须是 工艺系统允许 短时间震荡的情形。
2009-7-25 10
2,衰减曲线法
具体方法：
1,在纯比例控制（ Ti =0,TD =?）条件下通过试验选择适宜的比例度?s使系统呈现 4：
1的衰减比；
2,再根据所得的比例度和衰减周期通过经验公式计算实际参数值?,Ti,TD 。
使用条件：
干扰作用不太频繁；
干扰作用的规律性较强。
2009-7-25 11
3,经验凑试法
具体方法：
1.根据一般经验选择适宜的控制参数?,Ti,
TD ；
2.在实际运行过程中对参数进行适当的调整。
使用条件：
干扰作用频繁；
干扰作用的规律性较差。
2009-7-25 12
本章作业
P181
1,4,6,13,17,22
第七章 简单控制系统
本章主要介绍以下主要内容：
简单控制系统的概念及其构成；
被控变量与操纵变量的选择；
控制方法及仪表的选择；
系统参数的整定。
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§ 7.1 简单控制系统的定义与组成
定义：
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。
简单控制系统又称单环控制系统。
简单控制系统是构成复杂控制系统的基本单元。
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§ 7.3 被控变量的选择
工艺过程的 重要参数 ；
在工艺系统中易受干扰变化,需要经常调节的参数 ；
尽可能选用 直接指标 作为被控参数，必要时可用与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控变量。
被控变量应 方便检测,并有足够的灵敏度；
适当考虑系统测控代价；
被控变量应是 独立可控 的。
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§ 7.3 操纵变量的选择
操纵变量,
在自动控制系统中，用于调节被控变量的参数，称为操纵变量。
操纵变量的 选择原则,
操纵变量必须是工艺上允许调节的变量；
操纵变量应具有较高的调节灵敏度：
较大的 放大倍数 K0；
较短的 滞后时间?。
符合工艺的合理性和生产的经济性。
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§ 7.4 系统的滞后
检测系统特性的影响主要表现为时间滞后的作用。
造成系统滞后的主要原因有：
被测对象滞后,测量点不能及时反映参数的变化。存在容积滞后和 /或传递滞后。
检测元件滞后,因热容、热阻等惯性因素的影响，导致检测仪表的输出不能及时反映参数的变化。
信号传递滞后,主要是气动信号传递较慢导致系统反映滞后。
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§ 7.5 控制方案与控制规律
控制系统按信号来源（系统结构）分类
反馈控制
前馈控制
复合控制 工艺过程测量调节执行输入 输出测量 调节执行
2009-7-25 7
控制规律与环节的正反作用
常用控制一般都采用 PID控制，通过适当调节比例常数、积分时间和微分时间常数可以实现多种控制规律。
实际控制系统的每个环节都有正反作用规律,
测量环节,间接指标可能与直接指标反向对应；
控制环节,可以用被测参数减去设定值，也可以用设定值减去被测参数；
执行环节,控制信号的加大可以导致执行结果的加大（如气开阀）或减少（如气关阀） 。
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§ 7.5 控制器参数的工程整定
控制器参数的工程就是选择适宜的比例度 Kp（放大倍数?）、积分时间 Ti和微分时间 TD。
控制器的整定可以采用两种方法：
理论计算法：通过理论计算，寻找控制关系；
工程整定法：通过实际试验或经验规律选择控制参数。
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1,临界比例度法
具体方法：
1,在纯比例控制（ Ti =0,TD =?）条件下通过试验获得临界比例度?K；
2,再根据经验公式计算实际参数值?,Ti,TD 。
使用条件：
临界比例法广泛应用于放大倍数较小，即 控制器输出范围较小 的系统；
使用临界比例法必须是 工艺系统允许 短时间震荡的情形。
2009-7-25 10
2,衰减曲线法
具体方法：
1,在纯比例控制（ Ti =0,TD =?）条件下通过试验选择适宜的比例度?s使系统呈现 4：
1的衰减比；
2,再根据所得的比例度和衰减周期通过经验公式计算实际参数值?,Ti,TD 。
使用条件：
干扰作用不太频繁；
干扰作用的规律性较强。
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3,经验凑试法
具体方法：
1.根据一般经验选择适宜的控制参数?,Ti,
TD ；
2.在实际运行过程中对参数进行适当的调整。
使用条件：
干扰作用频繁；
干扰作用的规律性较差。
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本章作业
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