单回路控制

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。

单回路控制系统原理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。

Q2 x (t)如图1 ：液位控制系统K C：调节器的静态放大系数QK V：调节阀的静态放大系数1K0：被控对象的静态放大系数Km :变送器的静态放大系数2、被控对象的设备是已知的，对象的型式不少，它们的动态特性是未知的或者是不十分活楚的，但普通具有惯性大，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、；有摹拟量控制系统、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、控制过程届慢过程，多半届参量控制。

即需对表征生产过程的温度、流量、压力、液位、成份、PH 等进行控制。

5、在过程控制系统中，其给定值是包定的 (定值控制) ，或者是已知时间的函数 (程序控制) 。

控制的主要目的是在丁如何减少或者消除外界扰动对被控量的影响。

y (t〕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，又能满足普通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合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，、选择被控参数对于一个生产过程来说，影响正常操作的因素是不少的，但是，并非对所有影响因素都需要加以控制“选择被控参数的普通原则为：作用的、可直接测量的工艺参数为被控参数，当不能用直接参数(如测量滞后过大)作为被控参数时，应选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数，被控参数必须具有足够大的灵敏度⑥若生产工艺有几种控制参数可供选择，普通希翼控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应应比扰动通道快。

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。

单回路控制系统实验报告一、引言单回路控制系统是一种常见的控制系统，它由传感器、执行器、控制器和被控对象组成，用于实现对被控对象的精确控制。

本实验旨在通过搭建一个简单的单回路控制系统，探究其基本原理和性能特点。

二、实验目的1.了解单回路控制系统的基本组成和工作原理；2.熟悉传感器、执行器和控制器的选择和连接方法；3.掌握控制系统的参数调节方法；4.分析和评估单回路控制系统的性能。

三、实验器材和材料1.传感器：温度传感器、压力传感器等；2.执行器：电机、液压缸等；3.控制器：PLC、单片机等；4.被控对象：温度控制系统、压力控制系统等；5.连接线、电源等实验器材。

四、实验步骤1.根据实验要求选择适合的传感器、执行器和控制器，并进行连接；2.搭建单回路控制系统，确保传感器能够正确获取被控对象的状态，并传输给控制器；3.调节控制器参数，使得执行器能够根据被控对象的状态做出相应动作；4.观察和记录被控对象的状态变化，并进行分析；5.根据实验数据评估单回路控制系统的性能。

五、实验结果与分析通过实验我们发现，在单回路控制系统中，传感器的准确性对系统的控制精度起着关键作用。

若传感器的测量误差较大，则控制器会根据错误的数据做出误判，导致执行器产生错误的动作，影响了系统的稳定性和精度。

因此，在选择传感器时应注意其测量精度和可靠性。

控制器的参数调节也对系统性能有重要影响。

通过调节控制器的比例、积分和微分参数，可以改变控制系统的响应速度和稳定性。

比例参数的增大会加快系统的响应速度，但可能引起振荡；积分参数的增大会减小系统的稳态误差，但可能导致系统的超调；微分参数的增大会提高系统的稳定性，但可能引起噪声干扰。

因此，在调节控制器参数时需要综合考虑系统的要求和特性。

六、实验总结本实验通过搭建单回路控制系统，深入理解了其基本原理和性能特点。

我们了解到传感器、执行器和控制器在控制系统中的重要作用，以及参数调节对系统性能的影响。

通过实验数据的分析和评估，我们可以进一步优化单回路控制系统，提高其控制精度和稳定性。

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。

一、单回路控制系统1一个简单控制系统由那几部分组成？各有什么作用？2什么是简单控制系统？试画出简单控制系统的典型方块图。

答：所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器（或变送器）、一个调节器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，有时也称为单回路控制系统。

简单控制系统的典型方块图如下图所示。

题2 方块图3在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温度下降到规定数值上。

下图是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。

被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在（15±）℃。

如果温度太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，杜塞管道。

题3 图丙烯冷却器（１）指出系统中被控对象、被控变量和操作变量各是什么？（２）试画出该控制系统的组成方块图。

答：（１）被控对象为丙烯冷却器；被控变量为乙烯裂解气的出口温度；操作变量为气态丙烯的流量。

（３）该系统的方块图：题3 方块图4反应温度控制系统示意图。

Ａ、Ｂ两种物料进入反映，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度保持不变。

图中ＴＴ表示温度变送器，ＴＣ便是温度控制器。

试画出该温度控制系统的方块图，并指出该控制系统中的被控对象、被控变量、操作变量及可能影响被控变量变化的扰动各是什么？题4图反应器温度控制系统答：反应器温度控制系统中被控对象为反应器；被控变量为反应器内温度；操作变量为冷却水流量；干扰为Ａ、Ｂ物料的流量、温度、浓度、冷却水的温度、压力及搅拌器的转速。

反应器的温度控制系统的方块图：题4方块图5 乙炔发生器是利用电石和水来产生乙炔气装置。

为了降低电石消耗量，提高乙炔的收率，确保生产安全，设计了如图所示温度控制系统。

工艺要求发生器温度控制在（８０±１）℃。

试画出该温度控制系统的方块图，并指出图中的被控对被控变量、操作变量及可能存在的扰动。

题5图乙炔发生器答：乙炔发生器温度控制系统方块图如下图所示（图中T、T O分别为乙炔发生器温度及其设定值）。

单回路控制方案设计引言在工业自动化控制系统中，回路控制方案设计是非常重要的一局部。

单回路控制方案是指仅仅针对一个回路的控制方案。

本文将介绍单回路控制方案设计的要点和步骤。

设计要点在进行单回路控制方案设计时，需要考虑以下几个要点：1.回路类型：确定回路的类型，例如电气回路、液压回路、气动回路等。

2.控制对象：确定回路需要控制的对象，例如电机、液压缸、阀门等。

3.控制方式：确定回路的控制方式，例如开环控制、闭环控制。

4.控制信号：确定回路的控制信号，例如电压、电流、压力等。

5.控制策略：确定回路的控制策略，例如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

设计步骤进行单回路控制方案设计时，通常需要按照以下步骤进行：步骤一：系统分析和建模在设计控制方案之前，首先需要对要控制的回路进行分析和建模。

分析回路的结构和特性，并将其建模为数学模型。

数学模型可以是微分方程、差分方程、传输函数等形式。

步骤二：确定控制目标根据系统分析和建模的结果，确定回路的控制目标。

控制目标可以是稳定性、性能指标〔如超调量、调节时间〕、鲁棒性等。

步骤三：选择控制策略根据控制目标和回路的性质，选择适宜的控制策略。

常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

步骤四：设计控制器根据选择的控制策略，设计出相应的控制器。

控制器可以是PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

步骤五：仿真和优化设计完控制器后，进行仿真实验。

根据仿真结果对控制器进行优化，调节控制参数，使得回路的控制性能到达要求。

步骤六：实现和调试根据优化后的控制器参数，实现控制方案，并进行调试。

根据实际运行情况对控制方案进行调整，直到满足控制要求。

总结单回路控制方案设计是工业自动化控制系统中的重要环节。

在进行设计时，需要考虑回路类型、控制对象、控制方式、控制信号和控制策略等要点，并按照系统分析和建模、确定控制目标、选择控制策略、设计控制器、仿真和优化、实现和调试的步骤进行。