单回路控制系统PPT课件
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第七章 单回路控制系统
7.1 单回路控制系统组成 控制原理：
例 液位控制系统
流入量
液位是被控参数，液位变送器LT 将 反映液位高低的检测信号送往液位 液位变送器 液位调节器 控制器 LC；控制器根据实际检测值 与液位设定值的偏差情况，输出控 液位设定值制信号给执行器（调节阀），改变 调节阀的开度，来调节水箱输出流 量，以维持液位稳定。
T0 s 1 1 Ex ( s) X ( s) X (S ) 1 Gc ( s)Go ( s) (T0 s 1) K 0 K c
E f ( s) G f ( s) 1 Gc (s)Go (s) F ( s) K f (T0 s 1) (T0 s 1)(T f s 1) K0 Kc (T f s 1) F ( s)
E ( s) X ( s) Y ( s) （ 3）
（2）代入（3）可得：
G f ( s) 1 E ( s) X ( s) F ( s ) E x ( s ) E f ( s ) （ 4） 1 GC (s)GO (s) 1 GC (s)GO (s)
G f ( s) 1 式中： F ( s) Ex ( s) X ( s) ,E f (s) 1 GC (s)GO (s) 1 GC ( s)GO ( s)
流出量 调节器 调节阀
图7.1 液位控制系统
测量变送器
被控过程
图7.2 单回路控制系统框图
7.1 单回路控制系统组成 对过程控制系统设计的一般要求
自动控制系统的一般要求： 1．过程控制系统必须是稳定的； 2．系统必须具有适当的稳定裕量 ； 3．系统应是一个衰减振荡过程（特殊生产要求例 外），但过渡过程时间要短，余差要小。
E f ( s)
电厂热工自动化技术《(PPT)单回路控制系统组成》
第三页，共八页。
单回路控制系统组成
三、单回路控制系统的组成
R(s)
+_
控制器
执行器
变送器
扰动
+
控制机构 +
被控对象
C(s)
测量元件
R(s) +-
WT(s)
控制器
D(s)
扰动对象 WD(s)
+
W0(s)
+
C(s)
被控对象
第四页，共八页。
单回路控制系统组成
三、单回路控制系统的组成
1 被控量的选择 被控量是表征生产过程是否符合工艺要求的物理量，在热工生产过程中主
要是温度、压力、流量、化学成分等。 一般情况下，欲维持的工艺参数就是系统的被控量。
2 控制量的选择 原则上选择工艺上允许作为控制手段的变量作为控制量，一般不应选择工
艺上的主要物料或不可控的变量作为控制量。
第五页，共八页。
单回路控制系统组成
四、控制通道和扰动通道
R(s) +-
控制通道
WБайду номын сангаас(s)
控制器
第八页，共八页。
任务2 除氧器压力控制方案分析
单回路控制系统组成
第一页，共八页。
单回路控制系统组成
一、定义
所谓单回路控制系统，是指控制系统中只对被控参数 进行测量并反馈到控制器的输入端，从而只构成一个反馈 回路的控制系统。
第二页，共八页。
单回路控制系统组成
二、特征 单回路控制系统只对被控参数进行测量与反馈。 单回路控制系统只含有一个反馈回路。 单回路控制系统只含有一个控制器。 单回路控制系统只含有一个被控对象并且被控参数只有一个。
扰动通道
单回路控制系统组成
三、单回路控制系统的组成
R(s)
+_
控制器
执行器
变送器
扰动
+
控制机构 +
被控对象
C(s)
测量元件
R(s) +-
WT(s)
控制器
D(s)
扰动对象 WD(s)
+
W0(s)
+
C(s)
被控对象
第四页，共八页。
单回路控制系统组成
三、单回路控制系统的组成
1 被控量的选择 被控量是表征生产过程是否符合工艺要求的物理量，在热工生产过程中主
要是温度、压力、流量、化学成分等。 一般情况下，欲维持的工艺参数就是系统的被控量。
2 控制量的选择 原则上选择工艺上允许作为控制手段的变量作为控制量，一般不应选择工
艺上的主要物料或不可控的变量作为控制量。
第五页，共八页。
单回路控制系统组成
四、控制通道和扰动通道
R(s) +-
控制通道
WБайду номын сангаас(s)
控制器
第八页，共八页。
任务2 除氧器压力控制方案分析
单回路控制系统组成
第一页，共八页。
单回路控制系统组成
一、定义
所谓单回路控制系统，是指控制系统中只对被控参数 进行测量并反馈到控制器的输入端，从而只构成一个反馈 回路的控制系统。
第二页，共八页。
单回路控制系统组成
二、特征 单回路控制系统只对被控参数进行测量与反馈。 单回路控制系统只含有一个反馈回路。 单回路控制系统只含有一个控制器。 单回路控制系统只含有一个被控对象并且被控参数只有一个。
扰动通道
第六章简单控制系统总结ppt课件
简单控制系统：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，因此也称为单回路控制系统。
载热体
图6-1 液位控制系统
换热器
冷流体
图6-2 温度控制系统
给定值 偏差
xSv
+ -
Deve
Pz v
测量值
控制器
操纵值
执调行节阀器
MPv
干扰 D
操纵变量 被控对象
q
测量变送器
第二节 简单控制系统的设计
概述 选择被控变量 选择操纵变量
给定值 偏差
xSv
+ -
Pzv Deve
测量值
控制器
操纵值 调执节行阀器
PMv
干扰 D
操纵变量 被控对象
q
测量变送器
被控变量 y
处理测量信号 选择调节阀
选择控制规律
简单控制系统的方框图
➢一、被控变量的选择；
➢二、操纵变量的选择； ➢三、测量元件特性的影响；
被控变量 y
图6-3 简单控制系统的方块图
该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端的 反馈路线，也就是说该系统中的控制器是根据被控变 量的测量值与给定值的偏差来进行控制的
第六章 简单控制系统
第一节 简单控制系统的结构与组成
第二节 简单控制系统的设计
第三节 控制器参数的工程整定
这一章主要回答三个问题 1.控制什么？ 2.拿什么来控制？ 3.通过什么方式控制？
广调义节对阀象
被控变量 测量值
图6-14 简单控制系统简化方块图
根据对象的特性和工艺要求来决定选择P、PI、PID。
(1)、比例控制器 p K P e
对于单元组合仪表： 1 100%
载热体
图6-1 液位控制系统
换热器
冷流体
图6-2 温度控制系统
给定值 偏差
xSv
+ -
Deve
Pz v
测量值
控制器
操纵值
执调行节阀器
MPv
干扰 D
操纵变量 被控对象
q
测量变送器
第二节 简单控制系统的设计
概述 选择被控变量 选择操纵变量
给定值 偏差
xSv
+ -
Pzv Deve
测量值
控制器
操纵值 调执节行阀器
PMv
干扰 D
操纵变量 被控对象
q
测量变送器
被控变量 y
处理测量信号 选择调节阀
选择控制规律
简单控制系统的方框图
➢一、被控变量的选择；
➢二、操纵变量的选择； ➢三、测量元件特性的影响；
被控变量 y
图6-3 简单控制系统的方块图
该系统中有着一条从系统的输出端引向输入端的 反馈路线，也就是说该系统中的控制器是根据被控变 量的测量值与给定值的偏差来进行控制的
第六章 简单控制系统
第一节 简单控制系统的结构与组成
第二节 简单控制系统的设计
第三节 控制器参数的工程整定
这一章主要回答三个问题 1.控制什么？ 2.拿什么来控制？ 3.通过什么方式控制？
广调义节对阀象
被控变量 测量值
图6-14 简单控制系统简化方块图
根据对象的特性和工艺要求来决定选择P、PI、PID。
(1)、比例控制器 p K P e
对于单元组合仪表： 1 100%
简单过程控制系统单回路控制系统的工程设计(ppt)
适用于衰减和无静差系统。 2.偏差绝对值与时间乘积的积分(ITAE)
3．偏差平方值积分(ISE)
4．时间乘偏差平方积分(ITSE)
不同的积分性能指标对动态过渡过程 的要求侧重点不同。例如ISE着重于抑制过 渡过程中的大误差，而ITAE和ITSE则着重 惩罚过渡过程时间拖得太长，被广泛应用 于最优化分析和设计中，其中ITSE兼顾抑 制过程中的大误差。
二、过程控制系统设计步骤
过程控制系统的设计，从任务的提 出到系统投入运行，是一个从理论设计 到实践，再从实践到理论设计的多次反 复的过程，往往要多次用试探法和综合 法并借助计算机来模拟仿真。 1．建立被控过程的数学模型
只有掌握了(深入了解了)过程的数学 模型，才能深入分析过程的特性和选择 正确的控制方案。 2．选择控制方案
• 特点：结构简单，投资少，易于调整和投 运，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性 小、负荷和扰动变化比较平缓，或者对被 控变量要求不高的场合，约占目前工业控 制系统的80%以上。
• 其分析、设计方法是其它各种复杂过程控 制系统分析、设计的基础。
第一节 过程控制系统工程设计概述
• 要分析、设计和应用好一个过程控制系统： 首先应对被控过程做全面了解，对工
• 工程设计：包括仪表或计算机系统选型、 控制室操作台和仪表盘设计、供电供气系 统设计、信号及联锁保护系统设计等。
• 工程安装和仪表调校 • 调节器参数整定
四、系统设计中的若干问题
1．越限报警与联锁保护
例：加热炉热油出口温度的设定值为 300℃，工艺要求其高、低限分别为305℃ 和295℃。
例：加热炉运行中出现严重故障必须
简单过程控制系统 单回路控制系统的
工程设计(ppt)
• 单回路过程控制系统亦称单回路调节系 统，简称单回路系统，一般是指针对一 个被控过程(调节对象)，采用一个测量变 送器监测被控过程，采用一个控制(调节) 器来保持一个被控参数恒定(或在很小范 围内变化)，其输出也只控制一个执行机 构S(调ing节le阀-L)o。op control system
3．偏差平方值积分(ISE)
4．时间乘偏差平方积分(ITSE)
不同的积分性能指标对动态过渡过程 的要求侧重点不同。例如ISE着重于抑制过 渡过程中的大误差，而ITAE和ITSE则着重 惩罚过渡过程时间拖得太长，被广泛应用 于最优化分析和设计中，其中ITSE兼顾抑 制过程中的大误差。
二、过程控制系统设计步骤
过程控制系统的设计，从任务的提 出到系统投入运行，是一个从理论设计 到实践，再从实践到理论设计的多次反 复的过程，往往要多次用试探法和综合 法并借助计算机来模拟仿真。 1．建立被控过程的数学模型
只有掌握了(深入了解了)过程的数学 模型，才能深入分析过程的特性和选择 正确的控制方案。 2．选择控制方案
• 特点：结构简单，投资少，易于调整和投 运，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性 小、负荷和扰动变化比较平缓，或者对被 控变量要求不高的场合，约占目前工业控 制系统的80%以上。
• 其分析、设计方法是其它各种复杂过程控 制系统分析、设计的基础。
第一节 过程控制系统工程设计概述
• 要分析、设计和应用好一个过程控制系统： 首先应对被控过程做全面了解，对工
• 工程设计：包括仪表或计算机系统选型、 控制室操作台和仪表盘设计、供电供气系 统设计、信号及联锁保护系统设计等。
• 工程安装和仪表调校 • 调节器参数整定
四、系统设计中的若干问题
1．越限报警与联锁保护
例：加热炉热油出口温度的设定值为 300℃，工艺要求其高、低限分别为305℃ 和295℃。
例：加热炉运行中出现严重故障必须
简单过程控制系统 单回路控制系统的
工程设计(ppt)
• 单回路过程控制系统亦称单回路调节系 统，简称单回路系统，一般是指针对一 个被控过程(调节对象)，采用一个测量变 送器监测被控过程，采用一个控制(调节) 器来保持一个被控参数恒定(或在很小范 围内变化)，其输出也只控制一个执行机 构S(调ing节le阀-L)o。op control system
13单回路控制系统 《过程控制系统及仪表》课件
辽宁科技大学
Y(S) Wd(S) Wd(S) D(S) 1Wc(S)Wo(S) 1Wk(S)
Y(S) Wc(S)Wo(S) Wc(S)Wo(S) R(S) 1Wc(S)Wo(S) 1Wk(S)
辽宁科技大学
三、临界比例度法（稳定边界法）
通过试验，找到系统等 幅振荡过渡过程的比例 度 k
和等幅振荡周期
j)
exp[ 1
(m
j)]
K em o
exp[ j(tan 1 T )] （3 - 48）
2T 2 (m T 1)2
mT 1
对于该对象，利用（3 43）可得不同控制作用时 控制器整 定参数的计算公式：
P控制器： tan 1 / T
m 1 /T
（3 - 49）
P控制cW 器 (m ,j ： )K c
m
TDm
2 2
1 TI
)2
(
2m 2TD )2
m2 1
exp j（ tan
1
TD 2
m
TDm 2 2
1 TI
tan
1 m
（3 - 47）
2m
T2 D
如果广义对象的传递函
数为：
W
o(S )
K e s o
TS 1
辽宁科技大学
则该对象衰减频率特性 为：
Wo (m,
j)
Ko T(m
m2 1
exp
j（
2
tan
1 TI 1 m TI
tan
1 m ）
（3 - 45）
辽宁科技大学
PD 控制器：
W c(m , j ) K c
T2 2 D
(1
m
TD
)2
Y(S) Wd(S) Wd(S) D(S) 1Wc(S)Wo(S) 1Wk(S)
Y(S) Wc(S)Wo(S) Wc(S)Wo(S) R(S) 1Wc(S)Wo(S) 1Wk(S)
辽宁科技大学
三、临界比例度法（稳定边界法）
通过试验，找到系统等 幅振荡过渡过程的比例 度 k
和等幅振荡周期
j)
exp[ 1
(m
j)]
K em o
exp[ j(tan 1 T )] （3 - 48）
2T 2 (m T 1)2
mT 1
对于该对象，利用（3 43）可得不同控制作用时 控制器整 定参数的计算公式：
P控制器： tan 1 / T
m 1 /T
（3 - 49）
P控制cW 器 (m ,j ： )K c
m
TDm
2 2
1 TI
)2
(
2m 2TD )2
m2 1
exp j（ tan
1
TD 2
m
TDm 2 2
1 TI
tan
1 m
（3 - 47）
2m
T2 D
如果广义对象的传递函
数为：
W
o(S )
K e s o
TS 1
辽宁科技大学
则该对象衰减频率特性 为：
Wo (m,
j)
Ko T(m
m2 1
exp
j（
2
tan
1 TI 1 m TI
tan
1 m ）
（3 - 45）
辽宁科技大学
PD 控制器：
W c(m , j ) K c
T2 2 D
(1
m
TD
)2
《单回路PID控制》PPT课件 (2)讲课稿
《单回路PID控制》PPT 课件 (2)
直流电机基本工作原理
一、 直流调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
（1-1）
n
式中 — 转速（r/min）；
U
— 电枢电压（V）；
I
— 电枢电流（A）；
R
— 电枢回路总电阻（ ）；
— 励磁磁通（Wb）；
Ke
— 由电机结构决定的电动势常数。
由式（1-1）可以看出，有三种方法调 节电动机的转速：
1. 旋转变流机组
图1-1旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
• G-M系统工作原理
由原动机（柴油机、交流异步或同步电 动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调 节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速 n 。
这样的调速系统简称G-M系统，国际 上通称Ward-Leonard系统。
建立系统动态数学模型的基本步骤如下：
（1）根据系统中各环节的物理规律，列出 描述该环节动态过程的微分方程；
（2）求出各环节的传递函数； （3）组成系统的动态结构图并求出系统的
传递函数。
1. 电力电子器件的传递函数
构成系统的主要环节是电力电子变换器和直
流电动机。不同电力电子变换器的传递函数， 它们的表达式是相同的，都是
U, i +Us
O0 ton T -Us b) 正向电动运行波形
U, i
+Us
Ud
E
id t O0
ton T
t
id E Ud
-Us
c) 反向电动运行波形
静止式可控整流器举例
触发脉冲相位控制
直流电机基本工作原理
一、 直流调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
（1-1）
n
式中 — 转速（r/min）；
U
— 电枢电压（V）；
I
— 电枢电流（A）；
R
— 电枢回路总电阻（ ）；
— 励磁磁通（Wb）；
Ke
— 由电机结构决定的电动势常数。
由式（1-1）可以看出，有三种方法调 节电动机的转速：
1. 旋转变流机组
图1-1旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
• G-M系统工作原理
由原动机（柴油机、交流异步或同步电 动机）拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调 节G 的励磁电流 if 即可改变其输出电压 U，从而调节电动机的转速 n 。
这样的调速系统简称G-M系统，国际 上通称Ward-Leonard系统。
建立系统动态数学模型的基本步骤如下：
（1）根据系统中各环节的物理规律，列出 描述该环节动态过程的微分方程；
（2）求出各环节的传递函数； （3）组成系统的动态结构图并求出系统的
传递函数。
1. 电力电子器件的传递函数
构成系统的主要环节是电力电子变换器和直
流电动机。不同电力电子变换器的传递函数， 它们的表达式是相同的，都是
U, i +Us
O0 ton T -Us b) 正向电动运行波形
U, i
+Us
Ud
E
id t O0
ton T
t
id E Ud
-Us
c) 反向电动运行波形
静止式可控整流器举例
触发脉冲相位控制
过程控制系统单回路控制系统1
2/28/2019 25
2.3
单回路控制系统
数学模型：事物行为规律的 数学描述。
The mathematical model for an element or a system is an equation 数学模型 or set of equations that define the 过程的动态数学模型 relationship between the input and output (variables).
例3：冷轧厚度反馈控制系统
反馈 控制器 压下缸 Δ h h0 + h1
带钢
测厚仪
l
2/28/2019
冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）
16
例4：厚度控制系统
前馈式厚度 控制器 ΔH 厚差计算 ΔS 移位寄存器 Δ S’
压下缸
Hact
Hre
f
测厚仪
带钢
l
2/28/2019
冷轧厚度前馈控制系统（FB-AGC）
2/28/2019 2
2.1 过程控制系统基本概念
2.1.1 系统与自动控制系统
系统/System:
为了达到某种目的的一组具有特定功能，彼此相 互联系又相互作用的元素之间的有机组合。 A system is a collection, set, or arrangement of elements (subsystems).
2/28/2019
23
2.3
单回路控制系统
单回路控制系统框图
2/28/2019
图2-4-1单回路控制系统框图
24
反馈与负反馈 反馈
反馈概念已经成为控制系统分析与设计的基础。对 输出的测量值成为反馈信号。
2.3
单回路控制系统
数学模型：事物行为规律的 数学描述。
The mathematical model for an element or a system is an equation 数学模型 or set of equations that define the 过程的动态数学模型 relationship between the input and output (variables).
例3：冷轧厚度反馈控制系统
反馈 控制器 压下缸 Δ h h0 + h1
带钢
测厚仪
l
2/28/2019
冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）
16
例4：厚度控制系统
前馈式厚度 控制器 ΔH 厚差计算 ΔS 移位寄存器 Δ S’
压下缸
Hact
Hre
f
测厚仪
带钢
l
2/28/2019
冷轧厚度前馈控制系统（FB-AGC）
2/28/2019 2
2.1 过程控制系统基本概念
2.1.1 系统与自动控制系统
系统/System:
为了达到某种目的的一组具有特定功能，彼此相 互联系又相互作用的元素之间的有机组合。 A system is a collection, set, or arrangement of elements (subsystems).
2/28/2019
23
2.3
单回路控制系统
单回路控制系统框图
2/28/2019
图2-4-1单回路控制系统框图
24
反馈与负反馈 反馈
反馈概念已经成为控制系统分析与设计的基础。对 输出的测量值成为反馈信号。