1、2019/1/2,1,自动控制系统的组成,2019/1/2,2,一、自动控制系统的组成,2019/1/2,3,石油化工生产过程、必须按规定的工艺参数量值、（温度、压力、流量、液位等）进行稳定操作，但由于种种原因影响、这些数值总会发生一些变化、与 工艺参数值发生偏差。为了保持参数的规定值，达到安全、稳定操作，就必须对工艺过程施加一个作用，来消除这种偏差、使参数回到规定值上，这种控制过程就叫生产过程的调节。,生产过程的调节,2019/1/2,4,主要由四部分组成：即被调节对象、测量元件和变送器，调节器、控制阀，也称单回路控制系统。由于系统结构简单、投资少、易于调整投运，在工业生产中得到了广泛的应用
2、。常用的有温度、压力、流量、液位、成分等控制系统。,1、简单控制系统,2019/1/2,5,单回路控制原理方块图,P7,2019/1/2,6,被控对象：自动控制系统中，需要调节工艺参数的生产设备或设备的有关部分，简称对象。如石化生产中，各种塔类、反应器热交换器、泵与压缩机及各种容器、储罐等都是常见的调节对象。 测量与变送：测量元件是用来感受工艺参数变化的测量仪表。变送器是与测量元件配合，将被测变量转变为一个信号送到调节器去。 调节器：能将变送器来的测量信号与给定值（工艺要求的）相比较，按照设定好的运算规律，输出一个信号给执行机构进行调节。,2019/1/2,7,调节阀：接受调节器送来的信号值改
3、变阀门的开启度，既接受调节器的操纵，产生调节动作。被控变量y 按照工艺要求，某些参数应该维持在预定的变化幅度之内，如对它们进行调节，它们就叫被调参数。干扰f 在生产过程中，促使被调参数偏离给定值的各种因素，都称干扰，或称为扰动作用。,2019/1/2,8,加热炉单回路控制系统,2019/1/2,9,调节器将来自变送器的测量信号与给定值相比较后产生 的偏差（e=y-r）进行比例、积分、微分（PID）运算， 并输出标准统一信号去控制执行机构的动作，以实现对被控变量的自动控制。调节器上通过对三个参数（比例度、积分时间TI、微 分时间TD）的设置改变控制规律以及控制作用的强弱。（1）若TI为，TD为0
4、，积分项和微分项都不起作用， 则为纯比例控制。 （2）若TD为0，微分项不起作用，则为比例积分控制。 （3）若TI为，积分项不起作用，则为比例微分控制。,二、常规调节器的使用,DDZ 型调节器,2019/1/2,10,1、调节系统的P、I、D 特性,P 比例作用是依据偏差的大小来动作的，在系统中起着 稳定被调参数的作用。,比例控制规律时，调节器的输出变化量与输入偏差成正比例，在时间上没有延滞。其开环输出特性如图 4-1 所示。,2019/1/2,11,1、调节系统的P、I、D 特性,比例增益 K c 是调节器的输出变量 u(t) 与输入变量 e(t) 之比。 K c 越大，在相同偏差 e(t)
5、 输入下，输出 u(t) 也越大。因此 K c 是衡量比例作用强弱的因素。工业生产上所用的调节器，一般都用比例度 来表示比例作用的强弱。在 电动 III 型调节器中 =1/ K c 100% ， 因此比例度 与比例增益 K c 成反比。越小，则 K c 越大，比例控制作用就越强；反之， 越大，则 K c 越小，比例控制作用就越弱。,2019/1/2,12,I 积分作用是依据偏差是否存在来动作的在系统中起着消 除余差的作用。,比例积分控制（ PI ） 具有积分控制规律的调节器，其输出信号的大小不仅与偏差信号的大小有关，而且还将取决于偏差存在的时间的长短。在幅度为 A 的阶跃偏差作用下，积分调节器
6、的开环输出特性如图 4-2 所示。,2019/1/2,13,积分控制规律在工业生产上很少单独使用，因为它的输出逐步增大，控制作用总是滞后于偏差的存在。因此都是将比例作用与积分作用组合成比例积分控制规律来使用。,2019/1/2,14,比例积分控制规律是比例作用与积分作用的叠加。在阶跃偏差作用下，比例积分调节器的开环输出特性如图 4-3 所示。当偏差的阶跃幅度为 A 时，比例输出立即跳变至 K c A, 尔后积分输出随时间线性增长。在 K c 和 A 确定的情况下，直线的斜率将取决于积分时间 T I 的大小： T I 越大，直线越平坦，说明积分作用越弱； T I 越小，直线越陡峭，说明积分作用越
7、强。因而 T I 是描述积分作用强弱的一个物理量。,2019/1/2,15,D 微分作用是依据偏差变化速度来动作的在系统中起着超前调节作用。,比例微分控制（ PD ）,微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的存在与否无关，即偏差固定不变时，不论其数值有多大，微分作用都无输出。微分控制要与比例控制结合在一起使用。,2019/1/2,16,在阶跃偏差信号（幅度 A ）的作用下，实际 PD 调节器开环输出特性参见图 4-4 。在偏差跳变瞬间，输出跳变幅度为比例输出的 K D 倍（ K D 是微分增益），即 K D K c A, 然后按指数规律下降，当 t 趋于无穷大时仅有比例输出 K c A 。因
8、此决定微分作用的强弱有两个因素：一个是开始跳变幅度的倍数，取决于 K D ，另一个是降下来所需要的时间，用微分时间 T D 来衡量。输出跳得越高，或降得越慢，表示微分作用越强。通常 K D =10 ，因此用 T D 来表示微分控制作用的强弱。微分时间 T D 越大，微分控制作用越强。,2019/1/2,17,比例积分微分控制（ PID ） 在幅度为 A 的阶跃偏差作用下，实际 PID 控制可看成是比例、积分和微分三部分作用的叠加，其开环特性如图 4-5 所示。,2019/1/2,18,2、调节器的正反作用 当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出也增加，称为正作用方向。 当给定值不变，被控变量测量值增加时，控制器的输出下降为反作用方向。或调节器的输出随正偏差值的增加而增加的为“正作用，而调节器的输出值随正偏差值的增加而减小的为反”作用（如温度调节）,调节器的给定值由“内给定”或“外给定”两种方式取得，可对系统进行简单调节或串级控制,2019/1/2,19,3、调节器正、反作用的判断: 规定 1、气开调节阀为A气闭调节阀为A2、调节阀开大，可控变量上升为B，下降为B 计算 1、AB“” 调节器选反作用2、AB “”调节器选正作用,2019/1/2,20,2019/1/2,21,
