单回路控制系统
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单回路控制系统一、单回路控制系统的概述图1为单回路控制系统方框图的一般形式,它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。
系统的给定量是某一定值,要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单,性能较好,调试方便等优点,故在工业生产中已被广泛应用。
图1 单回路控制系统方框图二、干扰对系统性能的影响1.干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响。
会影响干扰加在系统中的幅值。
若系统是有差系统,干扰通道的放大系数Kf则干扰通道的放大系数愈大,系统的静差也就愈大。
,则阶跃扰动通过惯性环节后,如果干扰通道是一惯性环节,令时间常数为Tf越大,则系统的动态偏其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。
即时间常数Tf差就愈小。
通常干扰通道中还会有纯滞后环节,它使被调参数的响应时间滞后一个τ值,但不会影响系统的调节质量。
2.干扰进入系统中的不同位置。
复杂的生产过程往往有多个干扰量,它们作用在系统的不同位置,如图2所示。
同一形式、大小相同的扰动作用在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。
对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。
图2 扰动作用于不同位置的控制系统三、控制规律的选择PID控制规律及其对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍,在此将有关结论再简单归纳一下。
1.比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器,它对控制作用和扰动作用的响应都很快。
由于比例调节只有一个参数,所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是系统有静差存在。
其传递函数为:G C (s)= KP=δ1(1)式中KP为比例系数,δ为比例带。
2.比例积分(PI)调节PI调节器就是利用P调节快速抵消干扰的影响,同时利用I调节消除残差,但I调节会降低系统的稳定性,这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。
其传递函数为:GC (s)=KP(1+s1IT)=δ1(1+s1IT) (2)式中TI为积分时间。
3.比例微分(PD)调节这种调节器由于有微分的超前作用,能增加系统的稳定度,加快系统的调节过程,减小动态和静态误差,但微分抗干扰能力较差,且微分过大,易导致调节阀动作向两端饱和。
单回路控制系统的结构及基本原理单回路控制系统,听起来是不是有点高深?别担心,咱们慢慢来,把它说得简单明了。
想象一下,你家里的空调,夏天一开,立马变成了清凉的避风港。
这个过程背后,就是单回路控制系统在默默发挥作用。
它就像是一位调皮的管家,专门负责调节室内温度。
你觉得怎么样?挺酷吧?单回路控制系统到底是什么呢?其实就是一个简单的控制机制。
就像你在厨房里做饭,火候掌握得当,菜才能好吃。
系统通过传感器感知环境,像是人的“感觉器官”,然后根据设定的目标进行调整。
如果室温太高,控制系统就会给空调发信号,让它开起来。
这样一来,家里瞬间凉快。
是不是感觉有点像魔法?咱们再深入一下,单回路控制系统的基本原理其实就是反馈控制。
反馈控制就像是你骑自行车时的平衡,往左偏了就稍微向右打方向,保持稳定。
系统通过不断获取反馈数据,进行调整,保证温度不会过高或者过低。
要是没有这个反馈,空调就会像个无头苍蝇,根本不知道该怎么调节。
想象一下,如果空调开得太冷,你可能就得裹着毛毯看电视了,真是太折磨人了。
再说说控制环路,单回路控制系统的“主角”。
控制环路里有三个重要角色:传感器、控制器和执行器。
传感器就像你家里的眼睛,负责监测环境。
控制器是大脑,分析数据并做出决策。
执行器则是肌肉,负责实际操作。
三者协同合作,像是一场默契的舞蹈,缺一不可。
要是哪个环节出了问题,整个系统就会陷入混乱,真是让人无奈。
举个例子,想象一下你在夏天的炎热中,开着空调,舒舒服服地看着电视。
突然空调出问题,室内温度一下子飙升。
那种感觉就像是被烈日暴晒,简直要人命。
这个时候,如果控制系统能够及时反馈,让空调赶紧调整,那就完美了。
可一旦反馈失灵,你就得忍受那种汗流浃背的折磨,真是心烦意乱。
说到这里,咱们还得提一下这个系统的稳定性。
单回路控制系统就像是一道题,解出来才能得到最终答案。
假如反馈不准确,系统就可能过度反应,导致温度忽冷忽热,就像过山车一样刺激。
这样的结果可不是你想要的,毕竟生活需要一些“稳定感”,对吧?有了稳定的控制系统,大家才能安心享受生活。
调单回路控制系统原理一、过程控制的特点与其它自动控制系统相比,过程控制的主要特点是:1、系统由工业上系列生产的过程检测控制仪表组成。
一个简单的过程控制系统是由控制对象和过程检测控制仪表(包括测量元件,变送器、调节器和调节阀)两部分组成。
如图1:液位控制系统HQ1Q2f(t)x(t)e(t)节p(t调)节被控q(t)y(t)z(t)测量变:调节器的静态放大系数:调节阀的静态放大系数K:被控对象的静态放大系数:变送器的静态放大系数2、被控对象的设备是已知的,对象的型式很多,它们的动态特性是未知的或者是不十分清楚的,但一般具有惯性大,滞后大,而且多数具有非线性特性。
3、控制方案的多样性。
有单变量控制系统、多变量控制系统;有线性系统、有非线性系统、;有模拟量控制系统、有数字量控制系统,等等。
这是其它自动控制系统所不能比拟的。
4、控制过程属慢过程,多半属参量控制。
即需对表征生产过程的温度、流量、压力、液位、成分、等进行控制。
5、在过程控制系统中,其给定值是恒定的(定值控制)或是已知时间的函数(程序控制)。
控制的主要目的是在于如何减少或消除外界扰动对被控量的影响。
工业生产要实现生产过程自动化,首先必须熟悉生产过程,掌握对象特点;同时要熟悉过程参数的主要测量方法,了解仪表性能、特点,根据生产工艺要求和反馈控制理论的分析方法,合理正确地构建过程控制系统;并且通过改变调节仪表的特性参数,使系统运行在最佳状态。
过程控制系统的品质是由组成系统的对象和过程检测仪表各环节的特性和系统的结构所决定的。
二、单回路控制系统原理如图1所示单回路控制系统由对象、测量变送器、调节器、调节阀等环节组成。
由于系统结构简单,投资少,易于调整、投运,又能满足一般生产过程的控制要求,所以应用十分广泛。
单回路控制系统的设计原则同样适用于复杂控制系统的设计,控制方案的设计和调节器整定参数值的确定,是系统设计中的两个重要内容。
如果控制方案设计不正确,仅凭调节器参数的整定是不可能获得较好的控制质量的;反之,如果控制方案设计很好,但是调节器参数整定不合适,也不能使系统运行在最佳状态。
一、单回路控制系统1. 画出图示系统的方框图:2. 一个简单控制系统总的开环增益(放大系数)应是正值还是负值?仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系?为什么?3. 试确定习题1中控制器的正反作用。
若加热变成冷却,且控制阀由气开变为气关,控制器的正反作用是否需要4. 什么是对象的控制通道和扰动通道?若它们可用一阶加时滞环节来近似,试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。
5. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-,若P P T τ的比值一定时,T P 大小对控制质量有什么影响?为什么?6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后,对控制质量有什么影响?举例说明。
7. 试述控制阀流量特性的选择原则,并举例加以说明。
8. 对图示控制系统采用线性控制阀。
当负荷G 增加后,系统的响应趋于非周期函数,而G 减少时,系统响应震9. 一个简单控制系统中,控制阀口径变化后,对系统质量有何影响?10. 已知蒸汽加热器如图所示,该系统热量平衡式为:G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ为蒸汽的冷凝潜热)。
(1)主要扰动为θi 时,选择控制阀的流量特性。
(2)主要扰动为G 1时,量特性。
(3特性。
11.作用后,对系统质量有什么影响?为了保持同样的衰减比,比例度δ要增加,为什么?12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程;画出它们的阶跃响应,并简述它们的应用场合。
13. 什么叫积分饱和?产生积分饱和的条件是什么?14. 采用响应曲线法整定控制器参数,选用单比例控制时,δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ,δ∝τP /T P ,为什么?而选择比例积分控制时,δ=1.44K P τP /T P ×100%,即比例度增加,为什么?15. 采用临界比例度法整定控制器参数,在单比例控制时,δ=2δK (临界比例度),为什么?16. 在一个简单控制系统中,若对象的传递函数为)1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ,进行控制器参数整定时,应注意什么? 17. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-,采用比例控制,当系统达到稳定边缘时,K C =K CK ,临界周期为T K 。
第一篇过程控制系统第一章单回路反馈控制系统简称:单回路控制系统、简单控制系统在所有反馈控制系统中,单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种。
在生产过程控制中应用得最为广泛的、并能解决大量控制问题的系统(70%)。
研究单回路系统的分析和设计方法,是研究复杂控制系统的基础。
1.1 单回路系统的结构组成一、系统的组成举例:如图所示的水槽,流入量F1、流出量F2,为了控制水槽的液位1不变,选择相应的变送器、控制器、控制阀,并按左图组成单回反馈控制系统。
图1-1水槽图1-2水槽液位控制系统注:LC表示液位控制器,sp代表控制器的给定值。
假定控制阀为气闭,控制器为反作用。
偏差:测量信号与给定值之差。
当测量值大于给定值时,偏差为正,反之为负。
第一种情况(初始状态:平衡状态F1=F2 )入口阀突然开大一F1>F2 f Lf -正偏差f 输出减小f 控制阀t f F2 ff L |fF1=F2 f系统达到新的平衡入口阀突然开小f F1<F2 fL | f负偏差f输出增大f控制阀I f F2 1f L f f F1=F2 f系统达到新的平衡第二种情况初始状态:平衡状态F1=F2 )出口阀突然开大fF2>F1fL |f 负偏差f 输出增大f控制阀IfF2 1f Lff F1=F2 f系统达到新的平衡出口阀突然关小f F1>F2 f L f -正偏差f 输出减小f 控制阀t f F2 f f L | f F1=F2 f 系统达到新的平衡几点说明:(1)图中的各个信号值都是增量初始状态为零;图中箭头表示的是信号流向,而 不是物料或能量的流向。
(2)各环节的增益有正、负之别:控制器:正作用时增益为负”反作用时增益为正” 控制阀:气开阀增益为正” 气闭阀增益为负”变送器:一般为正”控制对象:根据操纵变量Q(S)的变化引起被控变量丫 (S)的变化来确定Q(S) ffY(S) f 增益为正”反之为负,上例中当控制阀装在出口处时,对象增益为 负”; 当控制阀装在人口处时,对象增益为正整个系统必须是一个负反馈系统,因此自R(S) 至X(S)的各个环节增益的乘积必须是正值。
第四节单回路控制系统在热工生产过程控制中,最基本的且应用最多的单回路控制系统,其他各种复杂控制系统都是在单回路系统的基础上发展起来的,而且许多复杂控制系统的整定都利用了单回路控制系统的整定方法,可以说单回路控制系统是过程控制系统的基础。
一、单回路控制系统的组成及初步设计单回路控制系统的组成原理方框图如图3-44所示,它是仅有一个测量变送器,一个调节器和一个执行器(包括调节阀),连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。
图1-26 单回路控制系统组成原理方框图1、被调量的选择在图1-26中,被调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调量,如火力发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统的任务就是维持锅炉过热器出口蒸汽温度,所以汽温控制系统的被调量就是过热器出口汽温。
但是生产过程中,有些工艺参数目前还没有获得直接的快速测量手段,如火电厂进入磨煤机的原煤干燥程度的测量。
这种情况下往往采用间接测量手段,如采用磨煤机入口介质的温度来代表原煤的干燥程度。
以间接参数作为系统的被调量,要求被调量与实际所需维持的工艺参数之间为单值函数关系,否则要采取相应的补偿措施。
对于那些虽有直接测量手段,但所测得的信号过于微弱或迟延较大的情况,不如选用间接参数作为系统的被调量。
为提高测量的灵敏度,减小迟延,应采用先进的测量方法,选择合理的取样点,正确合理地安装检测元件。
2、控制量的选择选择什么样的控制量去克服扰动对被调量的影响呢?原则上是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制的变量作为控制量。
例如:火力发电厂锅炉负荷控制系统,其被调量是主蒸汽压力,而影响主蒸汽压力的主要因素是汽轮机进汽量和锅炉燃料量,前者是电力生产要求所确定的,因而不能作为控制量,而只能选择燃料量作为控制量。
给定值 调节器 对象被调量 - μ 扰动 扰动 图1-28 单回路调节系统 3、控制通道和扰动通道单回路控制系统的组成如图1-27所示,图中W 01(s )为对象的传递函数,它是包括了检测元件、测量变送器、执行机构和调节阀在内的广义对象特性;W c (s )为调节器的传递函数,D 为扰动信号,W 02(s )为被调量与扰动信号间的传递函数。