过程控制仪表第章资料讲解.ppt

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1、过程控制仪表第章3.过程控制系统设计的步骤1）掌握生产工艺对控制系统的技术要求2）建立被控过程的数学模型3）确定控制方案包括控制方式和系统组成结构的确定，是过程控制系统设计的关键步骤。4）控制设备选型5）实验（或仿真）验证6.2.2被控参数与控制变量的选择6.2.2.1被控参数的选择被控变量—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。合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。被控变量的选择依据：1、根据生产工艺的要求，找出影响生产的关键变量作为被控变量例1储槽液位控制系统工艺要求储槽液

2、位稳定。那么设计的控制系统就应以储槽液位为被控变量。LCLTh例2换热器出口温度控制系统工艺要求出口温度为定值。那么设计的控制系统就应以出口温度为被控变量。热物料载热介质冷物料热交换器TTTC2、当不能用直接工艺参数作为被控变量时，应选择与直接工艺参数有单值函数关系的间接工艺参数作为被控变量。例3化工的精馏物纯度控制系统精馏工艺是利用被分离物中各组分的挥发温度不同，将各组分分离。如图将苯—甲苯混合液进行分离。苯—甲苯苯甲苯该精馏塔的工艺要求是要使塔顶（或塔底）馏出物达到规定的纯度。按照被控变量的选择原则1，塔顶（或塔底）馏出物的组分应作为被

3、控变量。但是，没有合适的仪表在线检测馏出物的纯度，则不能直接作为被控变量。苯甲苯苯—甲苯只好在与馏出物的纯度有单值关系的工艺参数中，找出合适的变量作为被控变量，进行间接参数控制。经工艺分析发现，塔内压力和塔内温度都对馏出物纯度有影响。需要对二者进行比较试验，选出一个合适的变量。苯甲苯苯—甲苯间接控制参数的确定经试验得出，塔顶馏出物苯的浓度分别与压力和温度有单值对应关系。（塔底馏出物甲苯也一样）从工艺合理性考虑，选择温度作为被控变量。3、被控变量必须有足够大的灵敏度被控变量必须灵敏，容易被测量。4、选择被控变量时，必须考虑工艺合理性上例中，选

4、择塔内温度作被控变量，就是考虑了工艺上，塔内温度是最佳分离效率控制系统的被控变量。上例中，若塔顶、塔底的产品纯度都分别设置温控系统，会相互干扰，存在关联。因此，若采用简单控制系统，只能设置一个温控系统，保证塔顶或塔底一端的产品质量。6.2.2.2控制变量选择把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为控制变量或操纵变量。最常见的操纵变量是介质的流量，也有以转速、电压等作为操纵变量的。LCLTh控制变量的确定被控变量选定以后，应对工艺进行分析，找出所有影响被控变量的因素。在这些变量中，有些是可控的，有些是不可控的。在诸多影响被控变量

5、的因素中选择一个对被控变量影响显著且便于控制的变量，作为控制变量；其它未被选中的因素则视为系统的干扰。被控变量影响变量对象特性对控制品质影响的分析：1．过程（通道）静态特性对控制品质的影响如图所示为单回路控制系统的等效框图。Gc(s)—控制器的传递函数；Go(s)—广义控制通道（包括执行器和变送器）的传递函数；Gf(s)—扰动通道的传递函数。Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－被控参数y(t)受到设定信号x(t)和干扰信号f(t)的共同影响：干扰通道控制通道Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋

6、＋－代入系统偏差公式中：将可见，控制通道偏差和干扰通道偏差的传函分母是一样的。将Gc(s)、Go(s)代入：K0越大，控制作用越强，稳态误差越小；K0越大，被调参数对控制作用的反应越灵敏，系统的闭环稳定性越低。Kf越大，干扰作用越强，稳态误差越大。故应选放大系数大的变量作为控制变量。2．过程（通道）动态特性对控制品质的影响1）干扰通道动态特性对控制品质的影响干扰通道的惯性因子（Tfs+1）使干扰作用的影响缓慢。Tf越大，干扰对被控变量的影响越缓慢，越有利于控制。干扰进入系统的位置离被控变量检测点越远，则Tf越大，控制时最大偏差越小。例：某控

7、制系统中，干扰f1、f2、f3分别在三个位置进入系统。干扰离被控变量检测点越远，则干扰通道的时间常数越大，对被控变量的影响越慢。f1(t)通道惯性小，受干扰后被调参数变化速度快；当控制作用见效时，被调参数已经变化较大——造成动态偏差较大。所以扰动进入系统的位置离被控参数检测点越远，干扰对被控参数影响越小。y(t)yk(t)tyyk(t)yy(t)tyk(t)yy(t)t因为，τf使干扰对被控变量的影响推迟了τf时间，则控制作用也推迟τf时间，整个过渡过程曲线也推迟时间τf，但控制品质未变。干扰通道纯滞后τf不影响控制质量。含有e–τfs2）

8、控制通道动态特性对控制品质的影响tGCGVGO2GFGmfreGO1y控制通道G01的时间常数T01增大，使控制速度变慢，最大偏差增大。G02是控制、干扰共用通道，T02不影响最