第6章 简单控制系统
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计控第6章计算机控制系统的控制规律(1)
稳态能的影响
被控对象用传递函数来表征时，其特性可以用放大系数K、 时间常数T和纯滞后时间τ来描述。针对控制通道的被控对象特
性对控制系统性能的影响进行描述：
1. 放大系数K对控制性能的影响 控制通道的放大系数K越大， 系统调节时间越短， 稳态误 差eSS越小， 但K偏小时对系统的性能没有影响， 因为K完全可
以由调节器D(s)的比例系数KP来补偿。
2. 惯性时间常数T对控制性能的影响 控制通道惯性时间常数T越小，系统反应越灵敏，控制越及
时，控制性能越好，但T过小会导致系统的稳定性下降。
3. 对象纯滞后时间对控制性能的影响 控制通道纯滞后时间τ的存在，使被控量不能及时反映系统所 承受的扰动。因此这样的系统必然会产生较明显的超调量σ， 使超
积分项改进 1. 抑制积分饱和的PID算法 （1）积分饱和的原因及影响 在一个实际的控制系统中，因受电路或执行元件 的物理和机械性能的约束(如放大器的饱和、电机的最 大转速、阀门的最大开度等)，控制量及其变化率往往
被限制在一个有限的范围内。当计算机输出的控制量 或其变化率在这个范围内时，控制则可按预期的结果 进行，一旦超出限制范围，则实际执行的控制量就不 再是计算值，而是系统执行机构的饱和临界值，从而 引起不希望的效应。
式（6-4）不仅计算繁琐，而且为保存E(j)要占用很多内存。因此， 用该式直接进行控制很不方便。做如下改动，根据递推原理，可写出(k-1) 次的PID输出表达式：
T U (k 1) K P {E (k 1) TI
TD E ( j ) [ E (k 1) E (k 2)]} T j 0
6.3.1 PID控制器的数字化实现
1、模拟PID算法表达式 在模拟控制系统中， PID 控制算法的模拟表达式为：
第6章出入口控制系统
第6章：出入口控制系统本章知识要点：1．出入口控制系统基本组成、工作原理、特点、功能与网络结构。
2．出入口控制系统身份识别的分类和读取设备。
3．出入口控制系统门禁控制主机的组成、功能。
4．出入口控制系统电控锁的种类、使用与安全形态。
5．电子巡查系统的构成、功能要求。
6．停车（库）场管理系统的基本功能、基本组成、主要设备、特点与应用。
出入口控制系统（access control system ，ACS）是利用自定义符识别或／和模式识别技术对出入口目标进行识别并控制出入口执行机构启闭的电子系统或网络。
出入口控制系统采用主动的方法，从加强日常事务管理入手，对出入口实现自动控制与管理，并能快速进行判断。
对符合条件的出入请求予以放行，对不符合条件的出入请求予以拒绝，并发出报警信息。
同时它还能全方位地记录出入及报警信息。
6．1出入口控制系统原理与功能出入口控制系统采用主动的方法，从加强日常事务管理入手，对出入口实现自动控制与管理，并能快速进行判断。
对符合条件的出入请求予以放行，对不符合条件的出入请求予以拒绝，并发出报警信息。
同时它还能全方位地记录出入及报警信息。
6．1．1系统原理出入口控制就是对出入口的管理，该系统控制各类人员的出入以及他们在相关区域的行动，通常也被称作出入口控制系统。
其控制的原理是：按照人的活动范围，预先制作出各种层次的卡，或预定密码。
在相关的大门出入口、金库门、档案室门、电梯门等处安装识别设备，用户持有效卡或密码方能通过或进人。
由识别设备接收人员信息，经解码后送控制器判断，如果符合，门锁被开启，否则报警（图6－1）。
图6-1出入口控制系统的基本组成结构出入口控制是一个系统概念，整个出入口控制系统由卡片、读卡器、控制器、锁具（磁力锁、电插锁、阴极锁等）、按钮、电源、线缆、控制软件及门磁开关等设备组成。
在出入口控制系统的硬件中，读卡器和控制器是关键设备。
针对不同的设备，按不同的依据选择。
出入口控制系统包括三个层次的设备。
化工仪表第6章简单控制系统
化工仪表第6章简单控制系统
目录
• 简单控制系统概述 • 控制器与执行器 • 控制阀与控制方式 • 控制系统设计与实施 • 简单控制系统的应用实例 • 简单控制系统的未来发展与挑战
01 简单控制系统概述
定义与特点
定义
简单控制系统是由一个或多个控 制回路组成的控制系统，用于保 持被控变量的稳定。
特点
定义
01
执行器是简单控制系统中接收控制信号并驱动被控对象工作的
元件。
类型
02
执行器分为气动执行器和电动执行器两类，根据被控对象的性
质和工艺要求选择合适的类型。
维护与保养
03
执行器在使用过程中需要进行定期维护和保养，以确保其正常
工作并延长使用寿命。
控制器与执行器的选择与校验
选择原则
根据工艺要求、控制精度、安全可靠性等因素选择合适的控制器 和执行器。
结构简单，易于实现，在工业生 产中应用广泛。
简单控制系统的组成
被控对象
需要控制的设备或工艺过程。
测量元件
用于检测被控变量的变化。
控制阀
用于调节进入被控对象的控制 流量或控制压力。
控制器
用于接收测量元件的信号，并根据 设定值与实际值的偏差来控制控制 阀的开度，以调节被控变量的值。
简单控制系统的基本原理
新技术与新材料的引入
引入新型传感器和执行器
随着科技的发展，新型传感器和执行器不断涌现，能够提高控制 系统的精度和可靠性。
引入新材料
新材料的应用可以提高控制系统的耐腐蚀、耐高温等性能，扩展其 应用范围。
引入新技术
如人工智能、物联网等新兴技术，可以提升简单控制系统的智能化 和远程控制能力。
智能化与自动化的发展趋势
目录
• 简单控制系统概述 • 控制器与执行器 • 控制阀与控制方式 • 控制系统设计与实施 • 简单控制系统的应用实例 • 简单控制系统的未来发展与挑战
01 简单控制系统概述
定义与特点
定义
简单控制系统是由一个或多个控 制回路组成的控制系统，用于保 持被控变量的稳定。
特点
定义
01
执行器是简单控制系统中接收控制信号并驱动被控对象工作的
元件。
类型
02
执行器分为气动执行器和电动执行器两类，根据被控对象的性
质和工艺要求选择合适的类型。
维护与保养
03
执行器在使用过程中需要进行定期维护和保养，以确保其正常
工作并延长使用寿命。
控制器与执行器的选择与校验
选择原则
根据工艺要求、控制精度、安全可靠性等因素选择合适的控制器 和执行器。
结构简单，易于实现，在工业生 产中应用广泛。
简单控制系统的组成
被控对象
需要控制的设备或工艺过程。
测量元件
用于检测被控变量的变化。
控制阀
用于调节进入被控对象的控制 流量或控制压力。
控制器
用于接收测量元件的信号，并根据 设定值与实际值的偏差来控制控制 阀的开度，以调节被控变量的值。
简单控制系统的基本原理
新技术与新材料的引入
引入新型传感器和执行器
随着科技的发展，新型传感器和执行器不断涌现，能够提高控制 系统的精度和可靠性。
引入新材料
新材料的应用可以提高控制系统的耐腐蚀、耐高温等性能，扩展其 应用范围。
引入新技术
如人工智能、物联网等新兴技术，可以提升简单控制系统的智能化 和远程控制能力。
智能化与自动化的发展趋势
第6章-串级控制系统讲解全文编辑修改
D1
烧成带 θ1
副测量变送器
主测量变送器 根据副控制器的“反”作用，其输出将减小，“气开”式的控制阀门将 被关小，燃料流量将被调节回稳定状态时的大小。
6.1 串级控制系统的基本概念
串级控制系统的工作过程
(2)只存在一次干扰
θ1r
主控制器
副控制器 调节阀
D2 燃烧室 θ2
隔焰板
D1
烧成带 θ1
副测量变送器
主参数设定
－
主调 节器
－
副调 节器
调节 阀
二次扰动
副对象
一次扰动 主参数
主对象
副变送器
副参数
定值控 制系统
主变送器
主回路
图6-6 串级控制系统标准方框图
1) 在结构上，串级控制系统由两个闭环组成．副回路 起“粗调”作用，主回路起“细调”作用。
2) 每个闭环都有各自的调节对象，调节器和变送器 3) 调节阀由副调节器直接控制
－
－
Gm2(s)
Y2(s)
Gm1(s)
y2,sp
＋ －
Gc2 ym2
Gv Gm2
＋ ＋
GGpo22
D2 y2
D2(s)
1 + Gc G 2Gv op22Gm2
y2,sp
Gc2GvGGop2
1 + Gc G 2Gv op22Gm2
＋ D2' (s)
＋
y2(s)
Go2’(s)
6.2 串级控制系统的分析
6.2 串级控制系统的分析
串级控制特点总结：
1) 在系统结构上, 它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环 控制系统。其中主回路是定值控制，副回路是随动控制；
自动控制6第六章控制系统的综合与校正
复合校正
同时采用串联校正和反馈校正的方法，对系 统进行综合校正，以获得更好的性能。
数字校正
利用数字技术对控制系统进行校正，具有灵 活性和高精度等优点。
02 控制系统性能指标及评价
控制系统性能指标概述
稳定性
准确性
系统受到扰动后，能否恢复到原来的 平衡状态或达到新的平衡状态的能力。
系统稳态误差的大小，反映了系统的 控制精度。
针对生产线上的各种工 艺要求，设计相应的控 制策略，如顺序控制、 过程控制等。
系统校正方法
根据生产效率和产品质 量要求，采用适当的校 正方法，如PID参数整定、 自适应控制等。
仿真与实验验证
通过仿真和实验手段， 验证综合与校正后的工 业自动化生产线控制系 统的稳定性和效率。
控制系统综合与校正的注
06 意事项与常见问题解决方 案
仿真与实验验证
通过仿真和实验手段，验证综合与校正后 的导弹制导控制系统的精确性和可靠性。
系统校正方法
针对导弹制导控制系统的性能要求，采用 适当的校正方法，如串联校正、反馈校正 等。
实例三
01
02
03
04
控制系统结构
分析工业自动化生产线 控制系统的组成结构， 包括传感器、执行机构、 PLC等部分。
控制策略设计
考虑多变量解耦控制
对于多变量控制系统，可以考虑采 用解耦控制策略，降低各变量之间 的相互影响，提高系统控制精度。
加强系统鲁棒性设计
考虑系统不确定性因素，加强 系统鲁棒性设计，提高系统对 各种干扰和变化的适应能力。
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控制系统综合与校正的注意事项
明确系统性能指标
第六章控制系统的校正
频率响应法校正步骤如下：
（1）根据给定系统的稳态性能或其他指标求出原系 统的开环增益K
33
一、超前校正 34
一、超前校正
（7）画出超前校正后系统的Bode图，验证系统的相 角裕量是否满足要求。
35
超前校正
例6-1 已知负反馈系统开环传递函数
G0 (s)
k s(s 1)
若要求系统在 r(t ) t 时，ess 0.083, 400 ,
27
第二节频率响应法校正
1.校正作用
曲线Ⅰ: K小,稳态性能不好.暂态性能满足,稳定性好. 曲线Ⅱ: K大,稳态性能好.暂态性能不满足,稳态性能差. 曲线Ⅲ: 加校正后,稳态、暂态稳定性均满足要求。
2.频率特性法校正的指标
闭环： r，M r， B
3.频率特性的分段讨论
初频段： 反映稳态特性.
中频段: 反映暂态特性, c附近.
t 0
u1
t
dt
K pTd
du1 t
dt
Gs K p
KI d
KDs
()
L()/dB
-20dB/dec
90
20lgKp
20dB/dec
0
0
90
26
第三节 频率响应法校正
用频率响应法对系统进行校正，就是把设计的校正装置串 接到原系统中，使校正后的系统具有满意的开环频率特性和闭 环频率特性。
未校正系统的开环传递函数G（s） H(s)，在K较小时，闭环系统稳定，而且 有良好的暂态性能，但稳态性能却不能 满足设计要求（如曲线I）。在K较大时。 虽然稳态性能满足要求，但闭环系统却 不稳定（如曲线II）。可见调整K还不能 使闭环系统有满足的性能，还需要加入 串联校正装置使校正后系统的性能如曲 线Ⅲ。该曲线不仅具有稳定性，而且有 良好的暂态性能。
（1）根据给定系统的稳态性能或其他指标求出原系 统的开环增益K
33
一、超前校正 34
一、超前校正
（7）画出超前校正后系统的Bode图，验证系统的相 角裕量是否满足要求。
35
超前校正
例6-1 已知负反馈系统开环传递函数
G0 (s)
k s(s 1)
若要求系统在 r(t ) t 时，ess 0.083, 400 ,
27
第二节频率响应法校正
1.校正作用
曲线Ⅰ: K小,稳态性能不好.暂态性能满足,稳定性好. 曲线Ⅱ: K大,稳态性能好.暂态性能不满足,稳态性能差. 曲线Ⅲ: 加校正后,稳态、暂态稳定性均满足要求。
2.频率特性法校正的指标
闭环： r，M r， B
3.频率特性的分段讨论
初频段： 反映稳态特性.
中频段: 反映暂态特性, c附近.
t 0
u1
t
dt
K pTd
du1 t
dt
Gs K p
KI d
KDs
()
L()/dB
-20dB/dec
90
20lgKp
20dB/dec
0
0
90
26
第三节 频率响应法校正
用频率响应法对系统进行校正，就是把设计的校正装置串 接到原系统中，使校正后的系统具有满意的开环频率特性和闭 环频率特性。
未校正系统的开环传递函数G（s） H(s)，在K较小时，闭环系统稳定，而且 有良好的暂态性能，但稳态性能却不能 满足设计要求（如曲线I）。在K较大时。 虽然稳态性能满足要求，但闭环系统却 不稳定（如曲线II）。可见调整K还不能 使闭环系统有满足的性能，还需要加入 串联校正装置使校正后系统的性能如曲 线Ⅲ。该曲线不仅具有稳定性，而且有 良好的暂态性能。
第6章 控制系统的校正及综合
W
(s ) =
100 s + 1 s 10
A(ω c ) ≈
100
ωc
ωc
10
=1
ω c = 31.6
31.6 γ (ω c ) = 180° + − 90° − arctan = 17.5° 10
6.2 串联校正
Bode图如下图所示 图如下图所示
6.2 串联校正
γd
γd
频率特性为
jω T + 1 Wc ( jω ) = ⋅ γ d jω T + 1 1
γd
6.2 串联校正
校正电路的Bode图如下：
ω 2 = γ d ω1
ωmax = ω1 ⋅ ω2，ϕ max γ d −1 = arcsin γ d +1
6.2 串联校正
引前校正的设计步骤：
（1）根据稳态误差的要求确定系统开环放大系数，绘制 Bode图，计算出未校正系统的相位裕量和增益裕量。 （2）根据给定相位裕量，估计需要附加的相角位移。 （3）根据要求的附加相角位移确定γd。 （4）确定1/Td 和γd/Td ，使校正后中频段（穿过零分贝线） 斜率为－20dB／十倍频，并且使校正装置的最大移相角 出现在穿越频率的位置上。 （5）计算校正后频率特性的相位裕量是否满足给定要求， 如不满足须重新计算。 （6）计算校正装置参数。
6.2 串联校正
校正电路的Bode图：
6.2 串联校正
例6-3 一系统的开环传递函数为
K W (s ) = s (s + 1 )(s + 2 )
试确定滞后-引前校正装置， 试确定滞后-引前校正装置，使系统满足 下列指标： 下列指标：速度误差系数 K v = 10，相位裕 量 γ (ωc ) = 50°，增益裕量 GM ≥10dB 。
(s ) =
100 s + 1 s 10
A(ω c ) ≈
100
ωc
ωc
10
=1
ω c = 31.6
31.6 γ (ω c ) = 180° + − 90° − arctan = 17.5° 10
6.2 串联校正
Bode图如下图所示 图如下图所示
6.2 串联校正
γd
γd
频率特性为
jω T + 1 Wc ( jω ) = ⋅ γ d jω T + 1 1
γd
6.2 串联校正
校正电路的Bode图如下：
ω 2 = γ d ω1
ωmax = ω1 ⋅ ω2，ϕ max γ d −1 = arcsin γ d +1
6.2 串联校正
引前校正的设计步骤：
（1）根据稳态误差的要求确定系统开环放大系数，绘制 Bode图，计算出未校正系统的相位裕量和增益裕量。 （2）根据给定相位裕量，估计需要附加的相角位移。 （3）根据要求的附加相角位移确定γd。 （4）确定1/Td 和γd/Td ，使校正后中频段（穿过零分贝线） 斜率为－20dB／十倍频，并且使校正装置的最大移相角 出现在穿越频率的位置上。 （5）计算校正后频率特性的相位裕量是否满足给定要求， 如不满足须重新计算。 （6）计算校正装置参数。
6.2 串联校正
校正电路的Bode图：
6.2 串联校正
例6-3 一系统的开环传递函数为
K W (s ) = s (s + 1 )(s + 2 )
试确定滞后-引前校正装置， 试确定滞后-引前校正装置，使系统满足 下列指标： 下列指标：速度误差系数 K v = 10，相位裕 量 γ (ωc ) = 50°，增益裕量 GM ≥10dB 。
《过程控制与自动化仪表(第2版)》课后答案
V / cm3
P / ( Pa / cm2 )
54.3 61.2
61.8 49.5
72.4 37.6
88.7 28.4
118.6 19.2
194.0 10.1
试用最小二乘一次完成算法确定参数 α 和 β 。要求： （1） 写出系统得最小二乘格式。 P / ( Pa / cm 2 ) （2） 编写一次完成算法得 MATLAB 程序并仿真。 解： （1） 因为 PV
（2）该过程的框图如下：
−
−
Q1 (s )
−
1 C1S
H 1 (s )
1 R12
Q12 (s )
−
1 C2S
H 2 (s )
Q2 (s )
1 R2
Q3 (s )
1 R3
（3）过程传函： 在（1）中消去中间变量 ∆q2 、 ∆q3 、 ∆q12 有：
∆h1 ∆h1 ∆h2 d∆h1 ⎧ ⎪ ∆q1 − R − R + R = C1 dt (1) ⎪ 2 12 12 ⎨ ⎪ ∆h1 − ∆h2 − ∆h2 = C d∆h2 (2) 2 ⎪ R3 dt ⎩ R12 R12
H (s )
Q1 (s )
。
R1 q1 h
R2
q2
R3
q3
解：假设容器 1 和 2 中的高度分别为 h1 、 h2 ， 根据动态平衡关系，可得如下方程组：
d ∆h1 ⎧ (1) ⎪∆q1 − ∆q2 = C dt ⎪ ⎪∆q − ∆q = C d ∆h2 ( 2 ) 3 ⎪ 2 dt ⎪ ∆h ⎪ ( 3) ⎨∆q2 = R2 ⎪ ⎪ ∆h (4) ⎪∆q3 = 2 R3 ⎪ ⎪∆h = ∆h − ∆h (5) 1 2 ⎪ ⎩
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图7-14 简单控制系统 简化方块图
第三个问题：以什么方式控制？
答：根据被控对象选择合适的控制规律
最常用的控制规律：
位式控制、P、PI、PD、PID （需要充分理解各种控制规律的特点和适用场合）
后续问题：如何整定PID参数？
答：① 临界比例度法＋经验 ② 衰减曲线法＋经验 ③ 经验凑试法
最好的方法就是“经验”
第一节 简单控制系统的机构与组成
简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个 控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统。 也称为单回路控制系统。
图6-1 液位控制系统
图6-2 温度控制系统
说明
在本课件以后的控制系统图中，也将不再画出测量、 变送环节，但要注意在实际的系统中总是存在这一环节， 只是在画图时被省略罢了。
第一节 简单控制系统的机构与组成
（2）被控变量在工艺操作过程中经常要受到一些干扰 影响而变化。为维持其恒定，需要较频繁的调节。
（ 3 ）尽量采用直接指标作为被控变量。当无法获得 直接指标信号，或其测量和变送信号滞后很大时，可 选择与直接指标有单值对应关系的间接指标作为被控 变量。
第二节 简单控制系统的设计
（ 4 ）被控变量应能被测量出来，并具有足够大 的灵敏度。 （5 ）选择被控变量时，必须考虑工艺合理性和 国内仪表产品现状。 （6）被控变量应是独立可控的。
28
选择操纵变量
处理测量信号
选择调节阀
选择控制规律
系统投运 参数整定
第二节 简单控制系统的设计
四、控制器控制规律的选择
1.控制器控制规律的确定 （1）比例控制器 比例控制器是具有比 例控制规律的控制器。 对于单元组合仪表 1 100% KP
x(t) +_ e(t)
K
p K Pe
p(t)
② 工艺要求的指标不可以直接在线测量
寻找一个与工艺指标有明显对应关系，且可以测量的另一个间接指标进行 控制（间接指标控制）。
例如：精馏塔的组分是不能直接在线测量的！ 压力恒定时，组分 <---> 温度 温度恒定时，组分 <---> 压力
第二个问题：拿什么控制？ 答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控。
超调量
超调量
图6-10 纯滞后τ0对 控制质量的影响
第二节 简单控制系统的设计
③ 干扰通道时间常数的影响 干扰通道的时间常数 Tf 越大， 表示干扰对被控变量的影响越 缓慢，越有利于控制。 ④ 干扰通道纯滞后τf的影响 如果干扰通道存在纯滞后 τf ， 控制作用也推迟了时间 τf ，使 整个过渡过程曲线推迟了时间 τf ，只要控制通道不存在纯滞 后，通常是不会影响控制质量 的，如图6-11所示。
从图可以看出 系统有一个被控变量:换热器出口温度T。 一个被控对象：换热器 一个操纵变量（控制变量）：载热体流量 对被控变量有影响作用的其他因素都看作干扰，即干扰也 是对象的输入。 操纵变量是对象的输入，被控变量是对象的输出。
f 干扰作用
给定值 X 偏差 控制器 e 控制器 输出 p 控制阀 操纵 变量 q 测量值 z 测量元件 变送器 7 对象 被控变量y
第二节 简单控制系统的设计
二、操纵变量的选择
1.操纵变量 在自动控制系统中，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操纵变量。 最常见的操纵变量是介质的流量。 操作变量 通过工艺分析
确定
系统的干扰
例：精馏塔系统的操纵变量选择 如果根据工艺要求，选择提馏段某块塔板（一般为灵敏板） 的温度作为被控变量。 影响T 的因素
化工仪表及自动化
第六章 简单控制系统 黄文焕
第七章 简单控制系统
f
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
进料口 简单控制系统的结构与组成
控制的目的、被控变量的选择
被控对 对象特性、操纵变量的选择 象
测量滞后、测量信号处理 控制规律的选择 负荷变化、控制阀选择 控制系统的投运与参数整定
执行器
这一章主要回答三个问题：
回流量对提馏段温度影响的通道长，时间常数大；
而加热蒸汽流量的通道短，T 小。 因此，选择蒸汽量作为被控变量是合理的。
第二节 简单控制系统的设计
② 控制通道纯滞后τ0的影响 控制通道的物料输送或能量传递 都需要一定的时间。这样造成的纯 滞后τO对控制质量是有影响的。 A: 无纯滞后时的校正作用 B: 有纯滞后时的校正作用 C: 无校正作用的输出曲线 D: 无纯滞后时的输出曲线 E: 有纯滞后时的输出曲线 在选择操纵变量构成控制系 统时，应使对象控制通道的纯 滞后时间τ0尽量小。
图6-11 干扰通道纯 滞后τf的影响
第二节 简单控制系统的设计
3.操纵变量的选择原则 ① 操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 ② 操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏。 为此，应通过合理选择操纵变量，使控制通道的K 适当大、T 适当小、τ0尽量小。应使干扰通道的K 尽可能小、T 尽可能 大。 ③ 在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要 考虑工艺的合理性与生产的经济性。一般说来不宜选择 生产负荷作为操纵变量。
图6-9 干扰通道与控制通道的关系
控制质量: 系统的过渡过程形式：超调量、衰减比、 余差、 过渡时间、振荡周期
对象特性: ① 系统的输入输出关系； ② 分为对象静态性质和对象动态性质； ③ 考察对象特性影响，用以选择操纵变量。
第二节 简单控制系统的设计
（1）对象静态特性的影响
放大系数
绝对放大系数 相对放大系数
从上述例子可以看出： 简单控制系统是按负反馈的原理，根据偏差进行工 作的，组成自动化装置各环节的设备数量均为一个， 它们与被控对象有机地构成一个闭环系统。 简单控制系统特点：具有结构简单、工作可靠、所 需自动化工具少、投资成本低、便于操作和维护等优 点，是目前应用最多也是最为成熟的过程控制系统。
第二节 简单控制系统的设计
3.信号的传送滞后 测量信号传送滞后 由现场测量变 送装置的信号传送 到控制室的控制器 所引起的滞后。 信号的传送滞后，应尽量减小。 气信号易产生传送滞后； 尽可能在现场和控制室之间使用电信号传送； 可用气-电转换器。 信号传送滞后 控制信号传送滞后 由控制室内控制 器的输出控制信号传 送到现场执行器所引 起的滞后。
8
第一节 简单控制系统的结构与组成
需解决的几个问题：
PID如何 选择？ 气开、气 如何选 如何选 关如何选 择？ 择？ 择？ 操纵 被控变量 变量 执行仪表 被控对象
设定值 —
控制仪表
测量仪表
如何构 成负反 馈？
9
测量仪 表如何 选择？
第二节 简单控制系统的设计
一、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。
第二节 简单控制系统的设计
举例
图6-4
精馏过程示意图
图6-5
1—精馏塔；2—蒸汽加热器
苯-甲苯溶液 的T-x图
图6-6 苯-甲苯溶液的 p -x 图
塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者之间
的关系为： XD= f (TD，P)，两个独立变量。
第二节 简单控制系统的设计
从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。
被控变量的界定
它们对产品的产量、质量以及安全具有决定性的
作用，而人工操作又难以满足要求的； 人工操作虽然可以满足要求，但是，这种操作是 既紧张而又频繁的。
第二节 简单控制系统的设计
被控变量的分类（按照与生产过程的关系）
直接指标控制：被控变量本身就是需要控制的工艺指标（温 度、压力、流量、液位、成分等）； 间接指标控制：被控变量难以检测或虽能检测，但信号很弱 或滞后很大，这时可选取与直接质量指标有单值对应关系而反 应又快的另一变量，如温度、压力等作为间接指标。
灵
进料流量Q入 进料成分X入 进料温度T入 回流流量F 回流温度TH 加热蒸汽流量QZ 冷凝器冷却温度
图6-7 精馏塔流程图
Hale Waihona Puke 不可控(可调节) 不可控 不可控 可控 不可控 可控 不可控 不可控(可调节)
塔压P
通过工艺分析，选择蒸汽流量作为操纵变量。
第二节 简单控制系统的设计
2.对象特性对选择操纵变量的影响 干扰变量由干扰通道施加 在对象上，起着破坏作用， 使被控变量偏离给定值； 操纵变量由控制通道施加 到对象上，使被控变量回复 到给定值，起着校正作用。
K 大一些，T 小一些，τ 最好为0
① 测量仪表的选用和安装：
量程、精度、材质等满足工艺要求； 测量仪表本身要反应快； 应选择有代表性位置进行安装； 仪表安装时所用的辅助装置不应带来较大的测量滞后。
② 执行器的选用和安装：
口径、材质、结构形式、正反作用、流量特性等满足要求； 本身反应快（气信号不要进行远传）； 阀门安装位置应靠近被控设备（中间不能有长的管路）。
第二节 简单控制系统的设计
三、测量元件特性的影响
测量、变送装置是控制系统中获取信息的装置，也是 系统进行控制的依据。要求它能正确地、及时地反映被控 变量的状况。 1.测量元件的时间常数 测量元件，特别是测温元件，由于存在热阻和热容， 它本身具有一定的时间常数，易造成测量滞后。
Y阶跃变化 Y递增 Y周期性变化
图6-12
测量元件时间常数的影响
第二节 简单控制系统的设计
选择被控变量
结论
测量元件的时间常数越大，测量滞后现象愈 加显著。控制系统中的测量元件时间常数不能太 大，最好选用惰性小的快速测量元件。必要时可 以在测量元件之后引入微分作用，利用它的超前 作用来补偿测量元件引起的动态误差。 当测量元件的时间常数Tm小于对象时间常数 的1／10时，对系统的控制质量影响不大。 测量元件安装是否正确，维护是否得当，也 会影响测量与控制。