第四章 单回路控制系统 single loop control system,第一节 概述 Introduction,第二节 对象特性对控制质量的影响 the effect of characteristic of thermal object for control quality,第三节 单回路控制系统的分析 analysis of single loop control system,第四节 单回路控制系统的整定 adjusting of single loop control system,第五节、单回路控制系统实例 the example of single loop control system,第一节 概述Introduction,调节器和控制对象是单回路控制系统的两个主要的组成部分,单回路控制系统原理框图,第一节 概述 Introduction,调节器有正作用和反作用，单回路控制系统中调节器的正反作用方式选择的目的是使闭环系统在信号关系上形成负反馈。,正作用调节器：当系统的测量值减给定值增加时，调节器的输 出也增加 。,确定调节器正、反作用的次序一般为:首先根据生产过程安全等原则确定调节阀的形式、测量变送单元正反特性，然后确定被控对象的正反特性，最后确定调节器的正反作用。使系统正常工作时组成该系统的各个环节的极性(可用其静态放大系数表示)相乘必须为负。,第二节 对象特性对控制质量的影响 the effect of characteristic of thermal object for control quality,控制质量是用衰减率或衰减比n、动态偏差ym（）、静态偏差y（）或e（）、控制时间ts等 。,描述对象特性的特征参数是放大系数K 、时间常数Tc（T）、迟延时间（n） 。,第二节 对象特性对控制质量的影响,控制器为比例控制规律其放大系数为KP,干扰通道和控制通道的放大系数为K 、K0,干扰通道和扰动通道的时间常数为T、T,一、干扰通道的特征参数对控制质量的影响,1放大系数K对控制质量的影响, 在单位阶跃扰动下,系统稳态值：,干扰通道的放大系数K越大 , 在扰动作用下系统的动态偏差、稳态误差(静态偏差)越大。,一、干扰通道的特征参数对控制质量的影响,2时间常数T对控制质量的影响,设K=1,且扰动通道为一阶惯性环节,扰动通道的时间常数越大越好,这样可使系统的稳定性裕度提高，动态偏差减小。,n增加,使闭环系统的动态偏差减小,一、干扰通道的特征参数对控制质量的影响,3迟延时间对控制质量的影响,当扰动通道存在迟延时,则相当于一阶惯性环节串联了一个迟延环节,扰动通道迟延时间的存在仅使被调量在时间轴上平移了一个值即过渡过程增加了一个时间。并不影响系统的控制质量。,一、干扰通道的特征参数对控制质量的影响,一、干扰通道的特征参数对控制质量的影响,4多个扰动对控制质量的影响,扰动进入系统的位置离输出(被调量)越远,对系统控制质量影响就越小。,二、控制通道的特征参数对控制质量的影响,（一）放大系数Ko对控制质量的影响,控制通道的放大系数KPKo 是一种互补关系，如果KP保持不变，Ko增大时控制系统的稳定性裕度下降，被调量的动、静态偏差增大，控制系统的过渡过程的时间将加长 。,二、控制通道的特征参数对控制质量的影响,（二）时间常数、迟延时间对控制质量的影响,（1）n阶惯性对象对控制质量的影响,讨论时间常数T和阶次n,控制通道的时间常数T如果增大,系统的反应速度慢,工作频率将下降,系统的过渡过程的时间将加长，减小控制通道的时间常数，能提高控制系统的控制质量。,惯性对象阶次n越大对被调量的影响越慢，调节的也越慢，使控制系统的动态偏差、控制过程的时间增大，稳定性裕度减小。,二、控制通道的特征参数对控制质量的影响,（二）时间常数、迟延时间对控制质量的影响,（1）n阶惯性对象对控制质量的影响,二、控制通道的特征参数对控制质量的影响,（二）时间常数、迟延时间对控制质量的影响,（2）有迟延对象对控制质量的影响,讨论时间常数Tc和迟延时间为,当控制通道有迟延时, 迟延时间对调节是不利的，控制质量主要取决于迟延和时间常数的比值/Tc ,比值越大则控制质量越差。,时间常数越大, 动态偏差、控制过程的时间减小，稳定性裕度增大，时间常数Tc增大能提高系统的控制质量。,二、控制通道的特征参数对控制质量的影响,（二）时间常数、迟延时间对控制质量的影响,（2）有迟延对象对控制质量的影响,第三节 单回路控制系统的分析 analysis of single loop control system,主要分析调节器参数比例带、积分时间Ti、微分时间Td对控制过程的影响,第四节 单回路控制系统的整定 adjusting of single loop control system,控制系统的整定是指在控制系统的结构已经确定、控制仪表与控制对象等都处在正常状态的情况下,适当选择调节器的参数(、Ti 、Td) 使控制仪表的特性和控制对象的特性配合,从而使控制系统的运行达到最佳状态,取得最好的控制效果 。,二、工程整定法,广义频率特性整定调节器参数是以对象的传递函数为基础，计算工作量很大，计算的结果还需通过现场试验加以修正，所以在工程上采用的不多。 工程实际中，常采用工程整定法，它们是在理论基础上通过实践总结出来的 。,二、工程整定法,1. 响应曲线法,响应曲线法是根据控制对象的飞升特性实验曲线求取对象的动态特性参数，然后根据一些经验公式，就可以得到调节器的有关整定参数。,响应曲线法整定参数计算表 (=0.75),1. 响应曲线法,响应曲线法整定参数计算表 (=0.75),1. 响应曲线法,说明：,（1）该表适用于典型的多容热工控制对象；,（2）两表均只适用于=0.75 的控制系统,若要求更高的衰减率,则需对公式进行修正；,（3）利用响应曲线法整定调节器参数必须作对象的阶跃响应曲线,但试验所得到的阶跃响应曲线准确性不高,甚至有时不允许作阶跃扰动试验 。,WT*（S）,WO*（S）,r +,_,y,WT*（S）=1/(1+1/TiS),WO*（S）=3/(80S+1),已知：,试用响应曲线法求与Ti,使=0.75 。,计算一：,计算二：,WT(S),W0(S),WZ(S),Wm(S),VT,r,Vm,WT（S）= (1+1/TiS) /,WO（S）为无自平衡能力对象， y 之间动态特性曲线如下图所示，其中=2，=3s,已知：,试用响应曲线法求与Ti,使=0.75 。,WZ（S）=2 WM（S）=3,WT*（S）,WO*（S）,WT*（S）=(1+1/Ti*S) 1/* = 6 (1+1/TiS) /,WO*（S）=3/(80S+1),解：,查表2-2和表4-5求*与Ti*。,根据=6 *；Ti=Ti*解得与Ti值。,2. 临界曲线法（稳定边界法）,临界曲线法又称稳定边界法。它的特点是不需要知道控制对象的动性,而直接在闭环系统中进行整定。整定方法如下: (1)先将调节器改成纯比例作用 (使Ti=,Td=0),并将比例带置于较大的数值,然后把控制系统投入闭环运行。 (2)将系统投入闭环运行,待系统运行稳定后,逐步减小比例带,观察不同值下的调节过程,直到调节过程出现等幅振荡为止,记下此时的临界比例带K和系统的临界振荡周期TK。 (3) 根据求得的K和TK , 由表4-6可求得调节器的整定参数。 (4) 将调节器参数按求得的数值设置好,此时比例带可设置得大一些,作系统的阶跃扰动试验,观察控制过程,适当修改整定参数。,3. 衰减曲线法（稳定边界法）,使调节器参数Ti= , Td=0,比例带置于较大的数值,将控制系统投入闭环运行。 (2) 待系统运行稳定后,用给定值阶跃扰动作试验信号,观察控制过程。若大于要求的数值,则逐步减小比例带, 重复用给定值阶跃扰动作为试验信号,直到出现=0.75 或=0.9的控制过程为止,并记下此时的比例带so (3) 从控制过程曲线上求取 =0.75 时的衰减周期TS , 或 =0.9 的上升时间tr。 (4) 按表 4-7 计算调节器参数队、Ti 、Td。 (5) 先使调节器的比例带略大于计算值 , 然后将Ti 、Td 按计算值设置好 , 再将置于计算值。作给定值阶跃扰动试验,观察控制过程,适当修改整定参数,直到控制过程 满意为止。,第五节 单回路控制系统实例 the example of single loop control system,一、除氧器压力控制系统 1.除氧器压力对象的动态特性 特点：无迟延、有惯性、 有自平衡能力。,W(s)=,K,1+Ts,2、除氧器压力控制系统框图,二、除氧器水位控制系统 1.除氧器水位对象的动态特性 特点：有迟延、 惯性、 无自平衡能力。,W(s)=,s,e,-s,2、除氧器水位控制系统框图,