单回路控制系统参数整定

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。

单回路测控仪说明书篇一：单回路数显控制仪说明书篇二：单回路控制系统参数整定课程设计报告( XX-- XX年度第2学期)名称：过程控制系统题目：院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：第十七周成绩：日期：XX年6月23日《过程控制系统》课程设计任务书一、目的与要求1．掌握单回路控制系统整定方法； 2．掌握PID参数对控制品质影响规律； 3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。

二、主要内容1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 2．开发单回路控制系统PID参数整定程序； 3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。

三、进度计划四、设计成果要求1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理； 2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序；3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。

五、考核方式1．设计报告； 2．设计答辩。

二、设计（实验）正文1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 1）经验法内容：经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。

利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程；若调节过程不满足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节过程满意为止。

实验步骤：(1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td 置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止；(2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。

实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1、测试实验目的1）掌握压力PID单回路控制系统的常用方法。

2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。

3）掌握压力PID控制器参数整定方法。

2、实验原理1）压力作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。

压力依据零点参考压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。

绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。

表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。

大气压力：一个标准大气压是在纬度45度，温度为0℃，重力加速度为9.80665m/s2海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。

压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。

负压：绝对压力小于大气压时，大气压力与绝对压力之差为负压。

负压的绝对值称为真空。

真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。

压力测量常用的单位有：①帕斯卡（Pa），其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。

工程中常用MPa表示压力，1 MPa=106 Pa，②工程大气压（kgf/cm2），垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。

工程上常用kg/cm2表示。

1 kgf/cm2=9.80665×105 Pa=0.980665 MPa。

③物理大气压（atm），即上面所述的标准大气压。

④毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的高度为计量单位。

1 atm=760 mmHg。

许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、合成氨生产过程等，有些需要很高的真空度。

压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应平衡关系，也影响到反应速率。

生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。

2）压力的测量压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激光等）。

单回路控制系统整定实验报告本文是对单回路控制系统整定实验的总结和分析，主要包括实验目的、实验原理、实验过程、实验结果以及实验分析等方面的内容。

一、实验目的本实验的主要目的是掌握单回路控制系统整定方法，了解控制系统的稳态误差和动态响应特性，提高实际应用控制系统的能力。

二、实验原理单回路控制系统是一种基本的控制系统形式，它由被控对象、传感器、执行机构、控制器和控制信号等组成。

例如，温度控制系统、速度控制系统、压力控制系统等都是单回路控制系统的应用。

在通过控制器使被控对象产生控制输出信号的过程中，存在稳态误差和动态响应特性问题，对其进行整定是控制系统设计中重要的环节。

稳态误差是指控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差。

当被控对象达到稳定状态时，控制器输出的控制信号与被控对象实际输出之间的误差称为稳态误差，在实际控制系统设计中，应尽可能使稳态误差达到最小。

动态响应特性是指控制系统对负载扰动、控制信号变化等外部干扰的响应能力。

在实际应用控制系统中，需要考虑控制系统的动态响应特性，以此保证系统稳定性和控制效果。

控制系统的整定就是调整控制器参数，使系统的稳态误差和动态响应特性达到最优状态，从而获得最佳控制效果。

三、实验过程本实验是基于MATLAB/Simulink软件进行的模拟实验。

实验系统模型：本实验模拟一个简单的单回路负反馈控制系统，其模型如图所示。

其中，控制器采用比例积分控制器（PI控制器），其控制方程为：$$u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(τ) \, dτ$$传感器和被控对象之间的关系用传递函数表示为：$$G(s) = \frac{1}{s(1+0.5s)}$$控制器的参数Kp和Ki需进行整定。

实验过程中，先通过手动调节的方式获得基本的参数范围，再通过曲线法和频率法对其进行精细调整。

曲线法：首先设置一个阶跃参考信号，观察系统的单位阶跃响应曲线，根据曲线特征调整控制器参数。

Honeywell PKS系统控制回路PID参数整定方法鉴于目前一联合装置仪表回路自控率比较低，大部分的回路都是手动操作，这样不但增加了操作员的工作量，而且对产品质量也有一定的影响，特编制了此PID参数整定方法。

修改PID参数必须有“SUPV（班长）”及以上权限权限，具体权限设置切换方法如下；一、打开要修改的控制回路细目画面，翻到下图所示的页面（Loop Tune），修改PID控制回路整定的三个参数K，T1，T2；二、PID参数代表的含义Control Action：控制器的作用方式，正作用（DIRECT），反作用（REVERSE）；Overal Gain（K）：比例增益（放大倍数），范围为0.0～240.0；T1：积分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有积分作用；T2：微分时间，范围为0.0～1440.0，单位为分钟，0.0代表没有微分作用。

三、PID参数的作用（1）比例调节的特点：1、调节作用快，系统一出现偏差，调节器立即将偏差放大K倍输出； 2、系统存在余差。

K越小，过渡过程越平稳，但余差越大；K增大，余差将减小，但是不能完全消除余差，只能起到粗调作用，但是K过大，过渡过程易振荡，K太大时，就可能出现发散振荡。

（2）积分调节的特点：积分调节作用的输出变化与输入偏差的积分成正比，积分作用能消除余差，但降低了系统的稳定性，T1由大变小时，积分作用由弱到强，消除余差的能力由弱到强，只有消除偏差，输出才停止变化。

（3）微分调节的特点：微分调节的输出是与被调量的变化率成正比，在引入微分作用后能全面提高控制质量，但是微分作用太强，会引起控制阀时而全开时而全关，因此不能把T2取的太大，当T2由小到大变化时，微分作用由弱到强，对容量滞后有明显的作用，但是对纯滞后没有效果。

四、控制器的选择方法（1）P控制器的选择：它适用于控制通道滞后较小，负荷变化不大，允许被控量在一定范围内变化的系统；（2）PI控制器的选择：它适用于滞后较小，负荷变化不大，被控量不允许有余差的控制系统；（3）PID控制器的选择：它适用于负荷变化大，容量滞后较大，控制质量要求又很高的控制系统，比如温度控制系统。

单回路控制系统整定方法**《单回路控制系统整定方法，看这一篇就够啦！》**嘿，朋友！今天我要跟你唠唠单回路控制系统整定的方法，这可是个超有用的技能哦！首先，咱们得搞清楚啥是单回路控制系统。

你就把它想象成一个“固执的小家伙”，它的任务就是按照咱们设定的规则，稳稳地控制着某个过程或者设备。

比如说，控制水温保持在一个特定的温度，或者让机器的转速一直稳定在某个值。

那接下来，咱们就开始整定啦！第一步，观察系统特性。

这就好比你要了解一个新朋友的脾气一样。

看看这个系统是反应快还是慢，是容易激动还是比较沉稳。

比如说，如果系统对输入的变化反应超级快，就像你一喊“开饭啦”，家里的小孩立马冲到饭桌前，那这就是个比较灵敏的系统；要是系统反应慢，就像你叫你那爱睡懒觉的朋友起床，喊了好几遍才有动静，那这就是个迟钝的系统。

第二步，选择整定方法。

这就像选武器一样，得选趁手的。

常见的有 Ziegler-Nichols 法、临界比例度法等等。

比如说 Ziegler-Nichols 法，就像是一把通用的宝剑，大多数情况都能派上用场；临界比例度法呢，就像是一把特制的匕首，在特定的场合能发挥奇效。

第三步，进行初步整定。

这时候就开始动手调试啦！先设定一些初始参数，就像给这个“小家伙”定个初步的规矩。

比如说，设定一个比例增益，想象这就是给它的力量大小。

如果一开始设定得太小，那系统就像没吃饱饭一样，干活没力气；要是设定得太大，系统又像打了鸡血，兴奋过头，乱了套。

第四步，观察系统响应。

这就好比你在旁边看着这个“小家伙”干活，看看它干得好不好。

是动作太快太猛，还是慢悠悠的不给力。

如果系统的响应曲线像过山车一样上上下下，那肯定不行，咱得继续调整；要是像一条平稳的直线，那恭喜你，差不多成功啦！第五步，精细调整。

这一步就像给一幅画做最后的修饰，让它更加完美。

根据系统的响应，微调那些参数，比例增益、积分时间、微分时间等等，就像给“小家伙”一点点纠正行为习惯，让它越来越听话。

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。