化工仪表自动化第4章-过程控制仪表

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1、1书名:过程控制系统及仪表(第3版)出版社:大连理工大学出版社;第3版(2010年7月1日)编著者：李亚芬；主审：邵诚,丛书名:高等学校理工科化学工类规划教材平装:259页;语种:简体中文开本:16ISBN:9787561115015,ISBN：7-5611-1501-6条形码:9787561115015尺寸:25.6x18.2x1.2cm重量:522g原价:25.00元第四章1过程控制系统及仪表2第4章过程控制仪表控制仪表2基本控制规律31位式控制律PID控制律模拟式调节器数字式调节器可编程控制器3§4-1基本控制规律过程控制系统的质量，取决于被控对象的

2、特性和控制器的特性。控制器的特性，就是指控制器的输出信号随着输入信号变化的规律，又称作控制律。euyr4在过程控制中，控制器的输入定义为被控变量的测量值y与给定值r的偏差e：e=y-r控制器的输出就是控制器送往执行器的控制信号u，所以控制器中的控制规律可以用下面的数学关系表示：u=f(e)e>0,并且在控制律作用下△u>0,称为正作用控制器；e>0,并且在控制律作用下△u<0,称为反作用控制器；5基本控制规律最简单的控制律：位式控制PID控制律：比例控制（P），积分控制（I），微分控制（D），以及PID组合。6一、位式控制位式控制规律可分为双位控制和多位控

3、制。双位控制的特性可以用下面的数学表达式来描述。7例：储槽液位控制槽内装有电极，作为液位的测量装置。电极的一端与继电器的线圈J相接；另一端正好处于液位给定值的位置。导电流体经装有电磁阀V的管线进入贮槽，再由出料管流出。8双位控制律：当液位低于给定，电极与流体不接触，继电器J断开，电磁阀V全开，流体流入贮槽，H上升。当液体高于给定，电极与流体接触，继电器J接通，电磁阀V全关，流体不再进入贮槽，H下降。如此反复循环。9双位控制律缺点：执行部件的动作非常频繁，这样使系统中的运动部件（继电器、电磁阀）易于损坏，降低了控制系统的可靠性。改进双位控制律：具有中间区的双

4、位控制10具有中间区的双位控制器其特性可表示为：注意:被控变量有两个给定值！11具有中间区的双位控制特性如图4-3所示。12例：储槽液位具有中间区的双位控制律：当液体高于给定yH，上磁浮子闭合，继电器J接通，电磁阀V全关，流体不再进入贮槽，H下降。但是注意：当液位低于yH，电磁阀V继续全关。当液位低于给定yL，下磁浮子闭合，继电器J断开，电磁阀V全开，流体流入贮槽，H上升。但是注意：当液位高于yL，电磁阀V继续全开。如此反复循环。yHyL位式磁浮子液位传感器13具有中间区的双位控制曲线如下图所示：阀关阀开14双位控制优点：结构简单，成本较低，且易于实现，适

5、用于某些对控制质量要求不高的应用场合。如：空气压缩机贮罐的压力控制、恒温箱、电烘箱的温度控制等。缺点：被控变量总是处在震荡过程，控制质量低。15二、比例控制1.比例控制规律比例控制规律是指控制器的输出变化量与输入偏差成比例关系，一般用字母P表示。比例控制规律的数学表达式为：u=KPe式中u―控制器的输出变化量；e―控制器的输入，即被控变量测量值与控制器的给定值之差；KP―比例控制的放大倍数，又称为比例增益。16比例控制规律的开环阶跃响应特性如图:euttAKPA显然，在输入偏差相同的情况下，KP越大，控制器的输出变化量也越大，控制作用就越强。17在过程控制

6、中习惯于采用比例度(也称比例带)来衡量比例控制作用的强弱。比例度的定义可以用下式来表示:18比例度就是指控制器的输入相对变化量与对应的输出相对变化量的百分比。物理意义：代表使控制器的输出全范围变化时，所需要的被控变量的变化范围。只有当被控变量在这一范围内变化时，控制器的输出才与偏差成比例，如果超出了“比列带”，控制器的输出将暂时失去比例控制作用。19例：在一个电动比例控制器构成的温度控制系统中，被控变量检测仪表的量程范围为：200-300℃，控制器的输出范围为0-10mA，当温度从250℃变化到270℃，相应的控制器输出信号从4mA变化到9mA，控制器的比

7、例度？比例度40%说明：只要温度变化40%(40℃)，就可以使控制器的输出信号从0mA变化到10mA.20在用单元组合仪表构成的控制系统中，由于变送器和控制器都是采用统一的标准信号：4-20mA，1-5V。这说明两者互为例数关系，即δ越小，KP越大，比例控制作用越强；δ越大，KP越小，比例控制作用越弱。比例度δ和放大倍数KP的关系可进一步简化为：212．比例控制的特点显著特点：有差控制，只有当偏差出现，才产生控制动作，偏差越大，控制器输出变化也越大。快速及时。缺点：有余差。比例控制系统适用于干扰较小、不频繁，对象滞后较小而时间常数较大，控制精确度要求不高的

8、场合。22例:水加热器温度控制系统曲线3：Q1Q0>Q1设定值阀门