1、第四章單回路控制系統(tǒng)第四章單回路控制系統(tǒng) 熱工生產(chǎn)過(guò)程中，最基本的且應(yīng)用最多的是單回路熱工生產(chǎn)過(guò)程中，最基本的且應(yīng)用最多的是單回路控制系統(tǒng)，其它復(fù)雜控制系統(tǒng)也是在單回路基礎(chǔ)上發(fā)展控制系統(tǒng)，其它復(fù)雜控制系統(tǒng)也是在單回路基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，而且許多復(fù)雜控制系統(tǒng)的整定都利用了單回路系來(lái)的，而且許多復(fù)雜控制系統(tǒng)的整定都利用了單回路系統(tǒng)的整定方法統(tǒng)的整定方法-單回路控制系統(tǒng)是過(guò)程控制的基礎(chǔ)。單回路控制系統(tǒng)是過(guò)程控制的基礎(chǔ)。 本章先介紹單回路控制系統(tǒng)組成，再討論其工程整本章先介紹單回路控制系統(tǒng)組成，再討論其工程整定方法，最后介紹火電廠熱工過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)例。定方法，最后介紹火電廠熱工過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)例。第一節(jié)單回

2、路控制系統(tǒng)分析第一節(jié)單回路控制系統(tǒng)分析第二節(jié)單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定第二節(jié)單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定第三節(jié)單回路控制系統(tǒng)實(shí)例第三節(jié)單回路控制系統(tǒng)實(shí)例本章章節(jié)本章章節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 單回路控制系統(tǒng)分析單回路控制系統(tǒng)分析 一、單回路控制系統(tǒng)組成一、單回路控制系統(tǒng)組成 單回路控制系統(tǒng)的組成原理方框圖如圖單回路控制系統(tǒng)的組成原理方框圖如圖4-14-1所示，它是僅有所示，它是僅有一個(gè)測(cè)量變送器一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器一個(gè)調(diào)節(jié)器和和一個(gè)執(zhí)行器（包括調(diào)節(jié)閥），一個(gè)執(zhí)行器（包括調(diào)節(jié)閥），連同被控對(duì)象組成的閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。連同被控對(duì)象組成的閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象變送器變

3、送器rcde+-圖圖4-1 4-1 單回路控制系統(tǒng)組成原理方框圖單回路控制系統(tǒng)組成原理方框圖 （一）被調(diào)量的選擇（一）被調(diào)量的選擇 在圖在圖4-14-1中，被調(diào)量是表征生產(chǎn)過(guò)程是否符合工藝要求的物理中，被調(diào)量是表征生產(chǎn)過(guò)程是否符合工藝要求的物理量，在熱工生產(chǎn)過(guò)程中如溫度、壓力、流量、化學(xué)成分等。一般量，在熱工生產(chǎn)過(guò)程中如溫度、壓力、流量、化學(xué)成分等。一般情況下，情況下，欲維持的工藝參數(shù)就是系統(tǒng)的被調(diào)量欲維持的工藝參數(shù)就是系統(tǒng)的被調(diào)量。 被調(diào)量選擇注意點(diǎn)：被調(diào)量選擇注意點(diǎn)： (1)生產(chǎn)過(guò)程中，有些工藝參數(shù)沒(méi)有直接快速測(cè)量手段，則采生產(chǎn)過(guò)程中，有些工藝參數(shù)沒(méi)有直接快速測(cè)量手段，則采用間接測(cè)量。用間

4、接測(cè)量。 如：磨煤機(jī)入口原煤干燥程度測(cè)量如：磨煤機(jī)入口原煤干燥程度測(cè)量-用磨煤機(jī)入口介質(zhì)溫度用磨煤機(jī)入口介質(zhì)溫度來(lái)代表原煤的干燥程度。來(lái)代表原煤的干燥程度。 用間接參數(shù)作為系統(tǒng)被調(diào)量，要求被調(diào)量與實(shí)際所需維持的用間接參數(shù)作為系統(tǒng)被調(diào)量，要求被調(diào)量與實(shí)際所需維持的工藝參數(shù)之間為單值函數(shù)關(guān)系，否則采取相應(yīng)補(bǔ)償措施。工藝參數(shù)之間為單值函數(shù)關(guān)系，否則采取相應(yīng)補(bǔ)償措施。（二）控制量的選擇（二）控制量的選擇 選擇什么樣的控制量去克服擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響？選擇什么樣的控制量去克服擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響？ 有些參數(shù)雖然能直接測(cè)量，但信號(hào)微弱或遲延較大，則不如有些參數(shù)雖然能直接測(cè)量，但信號(hào)微弱或遲延較大，則不如選用間

5、接參數(shù)作為系統(tǒng)的被調(diào)量。選用間接參數(shù)作為系統(tǒng)的被調(diào)量。 (2)為提高測(cè)量的靈敏度、減小遲延，應(yīng)采用先進(jìn)測(cè)量方法，為提高測(cè)量的靈敏度、減小遲延，應(yīng)采用先進(jìn)測(cè)量方法，選擇合理的取樣點(diǎn)，正確合理地安裝檢測(cè)元件。選擇合理的取樣點(diǎn)，正確合理地安裝檢測(cè)元件。其原則：其原則：(1)選擇工藝上允許作為控制手段的變量作為控制量；選擇工藝上允許作為控制手段的變量作為控制量；(2)不選擇工藝上的主要物料或不可控的變量；不選擇工藝上的主要物料或不可控的變量；例：火電廠鍋爐負(fù)荷控制系統(tǒng)例：火電廠鍋爐負(fù)荷控制系統(tǒng)被調(diào)量：被調(diào)量：主蒸汽壓力；主蒸汽壓力；影響因素：影響因素：汽輪機(jī)進(jìn)汽量汽輪機(jī)進(jìn)汽量與與鍋爐燃料量鍋爐燃料量；

6、 汽輪機(jī)進(jìn)汽量汽輪機(jī)進(jìn)汽量受電力生產(chǎn)要求所控制，故受電力生產(chǎn)要求所控制，故不能作為控制量不能作為控制量,只只能選能選鍋爐燃料量鍋爐燃料量作為系統(tǒng)的控制手段；作為系統(tǒng)的控制手段；（三）控制通道和擾動(dòng)通道（三）控制通道和擾動(dòng)通道 單回路控制系統(tǒng)的傳遞方框圖如圖單回路控制系統(tǒng)的傳遞方框圖如圖4-24-2所示所示 ： WT(s)W(s)WZ(s)D(s)C(s)R(s)U(s)+-+圖圖4-2 4-2 單回路控制系統(tǒng)的傳遞方框圖單回路控制系統(tǒng)的傳遞方框圖 （四）影響系統(tǒng)控制質(zhì)量的主要因素（四）影響系統(tǒng)控制質(zhì)量的主要因素 由單回路控制系統(tǒng)組成知由單回路控制系統(tǒng)組成知, ,影響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的主要因影

7、響控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量的主要因素來(lái)源于素來(lái)源于調(diào)節(jié)器的特性調(diào)節(jié)器的特性和和受控對(duì)象的特性受控對(duì)象的特性，因調(diào)節(jié)器和對(duì)象是該，因調(diào)節(jié)器和對(duì)象是該系統(tǒng)組成部分。系統(tǒng)組成部分。 上圖中上圖中W(S)為對(duì)象的傳遞函數(shù)；為對(duì)象的傳遞函數(shù)；擾動(dòng)信號(hào)擾動(dòng)信號(hào)D 經(jīng)經(jīng)WZ(s)影響被調(diào)量的信號(hào)通道稱為擾動(dòng)通道；影響被調(diào)量的信號(hào)通道稱為擾動(dòng)通道； 調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)U 通過(guò)通過(guò)W (s)影響被調(diào)量，這一信號(hào)影響被調(diào)量，這一信號(hào)通道稱為控制通道。通道稱為控制通道。 對(duì)象特性不可變，故影響控制系統(tǒng)質(zhì)量主要因素就是調(diào)節(jié)器對(duì)象特性不可變，故影響控制系統(tǒng)質(zhì)量主要因素就是調(diào)節(jié)器特性，而影響調(diào)節(jié)器特性的就

8、是調(diào)節(jié)規(guī)律與調(diào)節(jié)器參數(shù)。特性，而影響調(diào)節(jié)器特性的就是調(diào)節(jié)規(guī)律與調(diào)節(jié)器參數(shù)。二、對(duì)象特性對(duì)控制過(guò)程的影響二、對(duì)象特性對(duì)控制過(guò)程的影響 （一）對(duì)象放大系數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響（一）對(duì)象放大系數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響 圖圖4-24-2所示單回路控制系統(tǒng)傳遞方所示單回路控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，設(shè)調(diào)節(jié)器為框圖中，設(shè)調(diào)節(jié)器為P P，即：，即： 1KSWPT對(duì)象控制通道的傳遞函數(shù)為：對(duì)象控制通道的傳遞函數(shù)為： 1TSKSW擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)為：擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)為： 1121STSTKSWzZ由圖由圖4-24-2求出：求出： SWSWSWSDSCTz1 當(dāng)系統(tǒng)受到單位階躍擾動(dòng)，即當(dāng)系統(tǒng)受到單位階躍擾動(dòng)，即D D( (S

9、 S) )1/1/S S作用下，控制系統(tǒng)作用下，控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)，穩(wěn)態(tài)偏差為：過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)，穩(wěn)態(tài)偏差為： KKKSSWSWSWSSePzTz1110lim 上式表明，干擾通道的放大系數(shù)上式表明，干擾通道的放大系數(shù)KzKz越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差（又稱靜態(tài)偏差）越大；而控制通道的放大系數(shù)（又稱靜態(tài)偏差）越大；而控制通道的放大系數(shù)KKKKP P越大，穩(wěn)態(tài)誤越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小。差越小。 線性控制系統(tǒng)：線性控制系統(tǒng)：K KP P、K K互補(bǔ)關(guān)系，可通過(guò)調(diào)節(jié)互補(bǔ)關(guān)系，可通過(guò)調(diào)節(jié)K KP P( (或或)滿足滿足K KP P* *K K的要求，即的要求，即K K對(duì)控制過(guò)程沒(méi)有什么影響

10、；對(duì)控制過(guò)程沒(méi)有什么影響； 非線性控制系統(tǒng)：非線性控制系統(tǒng)：K K值隨負(fù)荷變化，利用值隨負(fù)荷變化，利用K KP P補(bǔ)償，則要求補(bǔ)償，則要求K KP P隨隨負(fù)荷變化而變化，即需要參數(shù)可變調(diào)節(jié)器。負(fù)荷變化而變化，即需要參數(shù)可變調(diào)節(jié)器。（二）對(duì)象時(shí)間常數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響（二）對(duì)象時(shí)間常數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響 設(shè)圖設(shè)圖4-24-2中各環(huán)節(jié)的放大系數(shù)均為中各環(huán)節(jié)的放大系數(shù)均為1 1，即：，即：K K1 1，KzKz1 1，K KP P 1 1。干擾通道為一階慣性環(huán)節(jié)，即：。干擾通道為一階慣性環(huán)節(jié)，即：1 1、干擾通道、干擾通道 11STSWzz則：則：系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程：系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程： 011SWSW

11、STTz SWSWSTTz 111 SWSWSWSDSCTz 1 011SWSWSTTz上式表明上式表明:干擾通道存在使系統(tǒng)特征方程式產(chǎn)生變化干擾通道存在使系統(tǒng)特征方程式產(chǎn)生變化;干擾通道慣性階次增加一階干擾通道慣性階次增加一階,系統(tǒng)就增加一個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)閉環(huán)極點(diǎn)系統(tǒng)就增加一個(gè)負(fù)實(shí)數(shù)閉環(huán)極點(diǎn); 干擾通道的時(shí)間常數(shù)干擾通道的時(shí)間常數(shù)Tz 增大時(shí)增大時(shí),該新增加的極點(diǎn)就向坐標(biāo)原點(diǎn)該新增加的極點(diǎn)就向坐標(biāo)原點(diǎn)靠近。由自動(dòng)控制理論分析靠近。由自動(dòng)控制理論分析,這將使控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)偏差減小。這將使控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)偏差減小。 實(shí)際上具有慣性的干擾通道相當(dāng)于低通濾波器，從而減弱了實(shí)際上具有慣性的干擾通道相當(dāng)于低通濾波

12、器，從而減弱了干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)工作的影響。干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)工作的影響。 如果干擾通道還存在遲延如果干擾通道還存在遲延，則：，則：sesCsC)()( 式中，式中，C(s)為干擾通道不存在延時(shí)的被調(diào)量，即：為干擾通道不存在延時(shí)的被調(diào)量，即：sTZesDsWsWsWsC)()()(1)()(由遲延定理知：由遲延定理知：)()(tCsC 上式表明：干擾通道遲延的存在并不影響控制過(guò)程的質(zhì)量，上式表明：干擾通道遲延的存在并不影響控制過(guò)程的質(zhì)量，只不過(guò)是使被調(diào)量在時(shí)間軸上順延一個(gè)時(shí)間只不過(guò)是使被調(diào)量在時(shí)間軸上順延一個(gè)時(shí)間而已。而已。、控制通道、控制通道 即即: :在保證控制系統(tǒng)有一定穩(wěn)定程度下，應(yīng)盡量減小控制

13、通道在保證控制系統(tǒng)有一定穩(wěn)定程度下，應(yīng)盡量減小控制通道時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)。 控制通道的時(shí)間常數(shù)控制通道的時(shí)間常數(shù)T 如果如果，系統(tǒng)工作頻率，系統(tǒng)工作頻率，反映速度，反映速度 ，過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間將過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間將 。時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)T過(guò)小過(guò)小,系統(tǒng)反映則過(guò)于靈敏系統(tǒng)反映則過(guò)于靈敏,又使系統(tǒng)穩(wěn)定下降。又使系統(tǒng)穩(wěn)定下降?？刂仆ǖ揽刂仆ǖ?執(zhí)行器執(zhí)行器+變送器變送器+對(duì)象對(duì)象=串聯(lián)組成廣義對(duì)象串聯(lián)組成廣義對(duì)象實(shí)際系統(tǒng)：實(shí)際系統(tǒng)：廣義對(duì)象內(nèi)部各環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，要求匹配良好。廣義對(duì)象內(nèi)部各環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，要求匹配良好。 控制通道時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)及時(shí)，但容易引起系統(tǒng)的振蕩而趨控制通道時(shí)間常數(shù)小

14、，調(diào)節(jié)及時(shí)，但容易引起系統(tǒng)的振蕩而趨于不穩(wěn)定。于不穩(wěn)定。綜上綜上: 干擾通道放大系數(shù)干擾通道放大系數(shù)Kd 大大,意味著干擾對(duì)被調(diào)量影響大意味著干擾對(duì)被調(diào)量影響大,即增加即增加系統(tǒng)靜差。系統(tǒng)靜差。 控制通道的放大系數(shù)控制通道的放大系數(shù)K，由于可由調(diào)節(jié)器的比例帶來(lái)補(bǔ)償，因，由于可由調(diào)節(jié)器的比例帶來(lái)補(bǔ)償，因而不影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。而不影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。 干擾通道的時(shí)間常數(shù)干擾通道的時(shí)間常數(shù)Td 大，對(duì)干擾的濾波作用大，從而有利大，對(duì)干擾的濾波作用大，從而有利于調(diào)節(jié)器克服干擾的影響。于調(diào)節(jié)器克服干擾的影響。第二節(jié)單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定第二節(jié)單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定一、廣義頻率特性法一、廣義頻率特性法 廣義頻率

15、特性法廣義頻率特性法就是通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，使控制系統(tǒng)就是通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，使控制系統(tǒng)的的開(kāi)環(huán)頻率特性開(kāi)環(huán)頻率特性變成具有變成具有規(guī)定相對(duì)穩(wěn)定度的衰減頻率特性規(guī)定相對(duì)穩(wěn)定度的衰減頻率特性，從而使，從而使閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)滿足規(guī)定衰減率的一種參數(shù)整定方法。閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)滿足規(guī)定衰減率的一種參數(shù)整定方法。 單回路控制系統(tǒng)組成單回路控制系統(tǒng)組成=調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器+對(duì)象對(duì)象 對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是不容易改變，要取得滿意的調(diào)節(jié)效果，就對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是不容易改變，要取得滿意的調(diào)節(jié)效果，就是設(shè)置合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)。是設(shè)置合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)。 因此因此單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定實(shí)際上就是實(shí)際上就

16、是調(diào)節(jié)器的參數(shù)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定定問(wèn)題。問(wèn)題。WT(S)WD(S)C(S)R(S)Z(S)+-+圖圖4-3 4-3 系統(tǒng)傳遞方框圖系統(tǒng)傳遞方框圖 圖圖4-34-3是由調(diào)節(jié)器和廣義對(duì)象組成的單回路控制系統(tǒng)傳遞方框圖。是由調(diào)節(jié)器和廣義對(duì)象組成的單回路控制系統(tǒng)傳遞方框圖。 根據(jù)控制理論中穩(wěn)定判據(jù)，要使系統(tǒng)響應(yīng)具有規(guī)定的衰減率，根據(jù)控制理論中穩(wěn)定判據(jù)，要使系統(tǒng)響應(yīng)具有規(guī)定的衰減率，只需選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使開(kāi)環(huán)頻率特性只需選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使開(kāi)環(huán)頻率特性W WK K（m m j j ）軌跡通）軌跡通過(guò)（過(guò)（1 1，j j 0 0）點(diǎn)。）點(diǎn)。大多數(shù)熱工過(guò)程控制對(duì)象：大多數(shù)熱工過(guò)程控制對(duì)象： 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞

17、函數(shù)：系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：WK(S)WT (S)WD(S)極點(diǎn)都落在負(fù)實(shí)軸極點(diǎn)都落在負(fù)實(shí)軸上。上。jDTKejmWjmWjmW1(4-1)用數(shù)學(xué)式表示：用數(shù)學(xué)式表示：,mjTTTTTemAmjImRjmW,mjDDDDDemAmjImRjmW式中：式中： WT(m j ), WD(-m j )分別為調(diào)節(jié)器和廣義對(duì)象相對(duì)穩(wěn)分別為調(diào)節(jié)器和廣義對(duì)象相對(duì)穩(wěn)定度為定度為m時(shí)的廣義頻率特性時(shí)的廣義頻率特性而而WT(-m j ), WD(-m j ) 可表示為：可表示為：據(jù)式據(jù)式4-14-1所示的關(guān)系，有所示的關(guān)系，有 ：式中：式中：RmjImRmjImDDDD,1式中：式中：AmeAmeDjmDjmDD,

18、1R mjI mR mjImR mjImTTDDDD, 1（4-2）,mjDmjDjmjTDDTemAemAeemA（4-3） 由式由式4-24-2與式與式4-34-3可得到以下兩組關(guān)系式：可得到以下兩組關(guān)系式： RmRmImImTDTD, AmAmmmTDTD,（4-4）（4-5） 用廣義頻率特性法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，就是在已知廣義對(duì)象的用廣義頻率特性法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，就是在已知廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)后，應(yīng)用式傳遞函數(shù)后，應(yīng)用式4-14-1或式或式4-44-4計(jì)算出在具有規(guī)定衰減率（即相對(duì)計(jì)算出在具有規(guī)定衰減率（即相對(duì)穩(wěn)定度穩(wěn)定度m m）下調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。）下調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。 式式4-4

19、是式是式4-1的實(shí)頻特性和虛頻特性的表達(dá)式；的實(shí)頻特性和虛頻特性的表達(dá)式；式式4-5則是其幅頻特性和相頻特性的表達(dá)式。則是其幅頻特性和相頻特性的表達(dá)式。1 1、采用比例調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)參數(shù)整定、采用比例調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)參數(shù)整定設(shè)圖設(shè)圖4-34-3中對(duì)象的傳遞函數(shù)為：中對(duì)象的傳遞函數(shù)為： WSSeDS調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： WST1因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?1jTTeKjmWWmjmjeDmjmtgjmjmmtgjjmDeemeeemejmjmW12121111則：則：據(jù)式據(jù)式4-54-5有：有： 根據(jù)上述關(guān)系式就可計(jì)算出具有相對(duì)穩(wěn)定度為根據(jù)上述關(guān)系式就可計(jì)算出具有相對(duì)穩(wěn)定度為m m時(shí)調(diào)節(jié)器比例時(shí)

20、調(diào)節(jié)器比例帶帶 值。如系統(tǒng)希望有值。如系統(tǒng)希望有 0.750.75的衰減率，即的衰減率，即m m0.2210.221時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)器整定計(jì)算如下：器整定計(jì)算如下： 由式由式4-64-6知：知： tgmtg11110 2211 35.代入代入4-64-6中中: :1221.0135.11135.1221.022eemm即：即：mtgemm101112(4-6)比例積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：比例積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： STSWiT111WmjTmjmTmjTmTiii11111122對(duì)于對(duì)象仍有：對(duì)于對(duì)象仍有： jmeeejmjmWjmjmD2 2、采用比例積分調(diào)節(jié)器、采用比例積分調(diào)節(jié)器 sin

21、cossincossincossincoscossinsincossincosmejmemjmejjmejjmeejmjmWmmmmmjmD因?yàn)橐驗(yàn)閑jjcossin代入上式得：代入上式得：根據(jù)式根據(jù)式4-64-6關(guān)系得：關(guān)系得：1111122 mSTmemTmemimimcossincossin整理上式得：整理上式得：emmTm emmim2112222cossincossin（4-7） 因在某衰減率下，減小比例帶因在某衰減率下，減小比例帶 或減小積分時(shí)間或減小積分時(shí)間T Ti i 都能加快都能加快調(diào)節(jié)過(guò)程，且減小動(dòng)態(tài)偏差。調(diào)節(jié)過(guò)程，且減小動(dòng)態(tài)偏差。 式式4-7,有三個(gè)未知數(shù)有三個(gè)未知數(shù) ，

22、 和和Ti，即方程組有多個(gè)解。，即方程組有多個(gè)解。給定一個(gè)給定一個(gè) ，就對(duì)應(yīng)一組，就對(duì)應(yīng)一組 、Ti 。 根據(jù)自動(dòng)控制理論，在相同的衰減率下，選擇根據(jù)自動(dòng)控制理論，在相同的衰減率下，選擇(1/ )(1/Ti )為最大的一組參數(shù)作為調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。為最大的一組參數(shù)作為調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。設(shè)系統(tǒng)希望衰減率設(shè)系統(tǒng)希望衰減率 0.750.75，即，即m m0.2210.221，據(jù)式，據(jù)式4-74-7有：有： sin95. 0cos442. 0sin221. 01cos221. 02221. 02221. 0eesin221. 0cos049. 1sin221. 0cos221. 01221. 0222

23、1. 0222eeTi 從上式可以看出每給一個(gè)從上式可以看出每給一個(gè) ，就可得一組，就可得一組 ；計(jì)；計(jì)算可列表進(jìn)行。算可列表進(jìn)行。 ,2Ti3 3、采用比例積分微分調(diào)節(jié)器、采用比例積分微分調(diào)節(jié)器 而廣義頻率特性法整定參數(shù)仍基于式而廣義頻率特性法整定參數(shù)仍基于式4-64-6的基本關(guān)系，就是說(shuō)的基本關(guān)系，就是說(shuō)在計(jì)算過(guò)程中將出現(xiàn)包括頻率在內(nèi)有四個(gè)參數(shù)由兩個(gè)方程來(lái)確定情在計(jì)算過(guò)程中將出現(xiàn)包括頻率在內(nèi)有四個(gè)參數(shù)由兩個(gè)方程來(lái)確定情況，即解的組數(shù)將是無(wú)窮多個(gè)。況，即解的組數(shù)將是無(wú)窮多個(gè)。 在系統(tǒng)希望有較大的衰減率時(shí)，調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間在系統(tǒng)希望有較大的衰減率時(shí)，調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間都要相應(yīng)整定

24、的大一些。都要相應(yīng)整定的大一些。 PID調(diào)節(jié)器有比例帶調(diào)節(jié)器有比例帶 ，積分時(shí)間，積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間、微分時(shí)間Td三個(gè)參數(shù)需三個(gè)參數(shù)需要整定。要整定。 實(shí)踐證明，對(duì)于采用三參數(shù)調(diào)節(jié)器的單回路控制系統(tǒng)，其調(diào)實(shí)踐證明，對(duì)于采用三參數(shù)調(diào)節(jié)器的單回路控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)器的參數(shù)節(jié)器的參數(shù)T Ti i和和T Td d之間應(yīng)保持之間應(yīng)保持T Td d/ /T Ti i=0.15=0.15 0.250.25的關(guān)系是恰當(dāng)?shù)年P(guān)系是恰當(dāng)?shù)?。的。就是說(shuō)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，就是說(shuō)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，先按比例積分調(diào)節(jié)器計(jì)算出先按比例積分調(diào)節(jié)器計(jì)算出T Ti i和和 ，然，然后按后按T Td d / /T Ti i 的比值原

25、則再確定的比值原則再確定T Td d 值。在實(shí)際系統(tǒng)投運(yùn)中，在據(jù)實(shí)值。在實(shí)際系統(tǒng)投運(yùn)中，在據(jù)實(shí)際調(diào)節(jié)過(guò)程適當(dāng)修改際調(diào)節(jié)過(guò)程適當(dāng)修改T Td d 值。值。 對(duì)于熱工生產(chǎn)過(guò)程控制而言，調(diào)節(jié)器大多數(shù)代用比例積分調(diào)節(jié)對(duì)于熱工生產(chǎn)過(guò)程控制而言，調(diào)節(jié)器大多數(shù)代用比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律，只有對(duì)那些慣性大有遲延的對(duì)象，才在比例積分的基礎(chǔ)上加規(guī)律，只有對(duì)那些慣性大有遲延的對(duì)象，才在比例積分的基礎(chǔ)上加入微分調(diào)節(jié)作用。入微分調(diào)節(jié)作用。二、臨界比例帶法二、臨界比例帶法 臨界比例帶又稱邊界穩(wěn)定法，臨界比例帶又稱邊界穩(wěn)定法，要點(diǎn)要點(diǎn): :將調(diào)節(jié)器先設(shè)置成將調(diào)節(jié)器先設(shè)置成純比例作用，將系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行并將比例帶由大到小改純比例作

26、用，將系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行并將比例帶由大到小改變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止，記下此狀態(tài)下的比例帶變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止，記下此狀態(tài)下的比例帶值，即臨界比例帶值，即臨界比例帶 K K，以及振蕩周期，以及振蕩周期T TK K ，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。 可以看出臨界比例帶法無(wú)需知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，可可以看出臨界比例帶法無(wú)需知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，可直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定。直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定。臨界比例帶法的具體步驟是：臨界比例帶法的具體步驟是： （1）將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，即）將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，即Ti ；置微分時(shí)

27、間；置微分時(shí)間Td 0；置比例帶；置比例帶 于一個(gè)較大的值。于一個(gè)較大的值。 （2）將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減小比例帶）將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減小比例帶 ，直到系統(tǒng)進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。一般振蕩持續(xù)個(gè)振幅即可。直到系統(tǒng)進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。一般振蕩持續(xù)個(gè)振幅即可。 （3）據(jù)記錄曲線得振蕩周期）據(jù)記錄曲線得振蕩周期TK,此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器比例帶為此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器比例帶為 K ，然后查表然后查表4-1計(jì)出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。計(jì)出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。 （4）將計(jì)算好的參數(shù)值在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，作階躍響應(yīng)試驗(yàn)，）將計(jì)算好的參數(shù)值在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，作階躍響應(yīng)試驗(yàn)，觀察系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器

28、的參數(shù)，直到調(diào)節(jié)過(guò)程滿觀察系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到調(diào)節(jié)過(guò)程滿意為止。意為止。表表4-1 4-1 臨界比例帶計(jì)算公式臨界比例帶計(jì)算公式三、衰減曲線法三、衰減曲線法 利用比例作用下產(chǎn)生利用比例作用下產(chǎn)生4 4：1 1衰減振蕩（衰減振蕩（ 0.750.75）過(guò)程時(shí)的調(diào)）過(guò)程時(shí)的調(diào)節(jié)器比例帶節(jié)器比例帶 S S及過(guò)程衰減周期及過(guò)程衰減周期T TS S , ,或或10:110:1衰減振蕩（衰減振蕩（ =0.9 =0.9）過(guò)）過(guò)程時(shí)調(diào)節(jié)器比例帶程時(shí)調(diào)節(jié)器比例帶 S S及過(guò)程上升時(shí)間及過(guò)程上升時(shí)間t tr r，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。 衰減曲

29、線法是在總結(jié)臨界比例帶法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。衰減曲線法是在總結(jié)臨界比例帶法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。衰減曲線法的具體步驟是：衰減曲線法的具體步驟是： （1）置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間）置調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Ti，微分時(shí)間，微分時(shí)間Td0，比例帶，比例帶 為一稍大的值，將系統(tǒng)為一稍大的值，將系統(tǒng) 投入閉環(huán)運(yùn)行。投入閉環(huán)運(yùn)行。（2）在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，應(yīng)觀察控制過(guò)程。）在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，應(yīng)觀察控制過(guò)程。 如果過(guò)渡過(guò)程減率大于如果過(guò)渡過(guò)程減率大于0.75，應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次，應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過(guò)渡過(guò)程曲線出現(xiàn)試驗(yàn)，直到過(guò)渡過(guò)程曲線出現(xiàn)4:1的衰減過(guò)程。的衰減過(guò)程

30、。 對(duì)于對(duì)于 0.9的調(diào)節(jié)過(guò)程，也是一樣地做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn)的調(diào)節(jié)過(guò)程，也是一樣地做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn)10:1 的衰減過(guò)程。記錄下的衰減過(guò)程。記錄下4:1（或（或10:1）的衰減振蕩過(guò)程曲線。）的衰減振蕩過(guò)程曲線。 在記錄的曲線在記錄的曲線( () )或或( () )上求取上求取 0.750.75時(shí)的振蕩周期時(shí)的振蕩周期T TS S 或或 0.90.9時(shí)的上升時(shí)間時(shí)的上升時(shí)間t tr r，結(jié)合此過(guò)程下的調(diào)節(jié)器比例帶，結(jié)合此過(guò)程下的調(diào)節(jié)器比例帶 S S，按，按表表4-24-2計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。tTsC(t)trC(t)t(a) 4:1(b) 10:1表表4-2 4

31、-2 衰減曲線法計(jì)算公式衰減曲線法計(jì)算公式 (3)按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。察調(diào)節(jié)過(guò)程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，到滿意為止。四、經(jīng)驗(yàn)法四、經(jīng)驗(yàn)法 通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn)，而稱之為通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，人們總結(jié)了一套參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn)，而稱之為經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)的具體步驟是：經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)的具體步驟是： 如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)常受到擾動(dòng)影響，那么要得到閉環(huán)如果調(diào)節(jié)系統(tǒng)在運(yùn)行中經(jīng)常受到擾動(dòng)影響，那么要得到閉環(huán)系統(tǒng)確切的階躍響應(yīng)曲線就很困難，因此臨界比例法和衰

32、減曲線系統(tǒng)確切的階躍響應(yīng)曲線就很困難，因此臨界比例法和衰減曲線法都不能得到滿意的結(jié)果。法都不能得到滿意的結(jié)果。 ()將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Ti放到最大，微分時(shí)間放到最大，微分時(shí)間Td置于最小，置于最小，據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置比例帶據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置比例帶 值。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，穩(wěn)定后作階躍擾值。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，穩(wěn)定后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，若過(guò)渡過(guò)程有希望的衰減率（動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，若過(guò)渡過(guò)程有希望的衰減率（ 0.75 0.9）則可，否則改變比例帶）則可，否則改變比例帶 值，重復(fù)上述試驗(yàn)。值，重復(fù)上述試驗(yàn)。 ()對(duì)于采用三參數(shù)的調(diào)節(jié)器，在進(jìn)行完上述調(diào)整試驗(yàn)后，將對(duì)于采用三參數(shù)的調(diào)節(jié)器

33、，在進(jìn)行完上述調(diào)整試驗(yàn)后，將微分時(shí)間微分時(shí)間Td 由小到大地調(diào)整，觀察每次試驗(yàn)過(guò)程，在感到滿意時(shí)由小到大地調(diào)整，觀察每次試驗(yàn)過(guò)程，在感到滿意時(shí)便停止。便停止。 ()將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Ti由最大調(diào)整到某一值，由于由最大調(diào)整到某一值，由于積分作積分作用的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降用的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，這時(shí)應(yīng)將，這時(shí)應(yīng)將比例帶比例帶 值適當(dāng)增大值適當(dāng)增大，一，一般為般為純比例作用的純比例作用的1.2倍倍。作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，修改。作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過(guò)程，修改積分時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。積分時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。 ()保持積分時(shí)間不變，改變比例帶，看調(diào)節(jié)過(guò)

34、程有無(wú)改善，保持積分時(shí)間不變，改變比例帶，看調(diào)節(jié)過(guò)程有無(wú)改善，若有改善則繼續(xù)修改比例帶，如無(wú)改善則反方向修改比例帶，直若有改善則繼續(xù)修改比例帶，如無(wú)改善則反方向修改比例帶，直到滿意為止。到滿意為止。 保持比例帶不變修改積分時(shí)間，同樣反復(fù)湊試直到滿意為止。保持比例帶不變修改積分時(shí)間，同樣反復(fù)湊試直到滿意為止。如此反復(fù)湊試，直到有一組合適的積分時(shí)間和比例帶。如此反復(fù)湊試，直到有一組合適的積分時(shí)間和比例帶。五、動(dòng)態(tài)參數(shù)法五、動(dòng)態(tài)參數(shù)法 動(dòng)態(tài)參數(shù)法是在系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，作對(duì)象的階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)參數(shù)法是在系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，作對(duì)象的階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)記錄下的階躍響應(yīng)曲線求取一組特征參數(shù)根據(jù)記錄下的階

35、躍響應(yīng)曲線求取一組特征參數(shù)，（無(wú)自平衡對(duì)（無(wú)自平衡對(duì)象）或象）或 、（有自平衡對(duì)象），再據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)（有自平衡對(duì)象），再據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。器的各個(gè)參數(shù)。tC(t)AP TOC B(a) 有自平衡對(duì)象有自平衡對(duì)象 對(duì)于有自平衡對(duì)象，其階躍響應(yīng)曲線如圖（）所示。過(guò)響應(yīng)對(duì)于有自平衡對(duì)象，其階躍響應(yīng)曲線如圖（）所示。過(guò)響應(yīng)曲線拐點(diǎn)曲線拐點(diǎn)P P作切線交穩(wěn)態(tài)值漸近線作切線交穩(wěn)態(tài)值漸近線C C* *( ( ) )于于A A，交時(shí)間軸于，交時(shí)間軸于C C；過(guò)；過(guò)A A點(diǎn)點(diǎn)作時(shí)間軸垂線并交于作時(shí)間軸垂線并交于B B，則：，則： OC，TCB， AB/CB 對(duì)無(wú)自平衡對(duì)象，其單位階躍響應(yīng)

36、曲線如圖對(duì)無(wú)自平衡對(duì)象，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖( () )所示。作響所示。作響應(yīng)曲線直線段的漸近線交時(shí)間軸于應(yīng)曲線直線段的漸近線交時(shí)間軸于C C, ,過(guò)直線段上任一點(diǎn)過(guò)直線段上任一點(diǎn)A A作時(shí)間垂作時(shí)間垂線并交于線并交于B,B,則則 ： OC ， AB/CB tBACOC(t)(b) 無(wú)自平衡對(duì)象無(wú)自平衡對(duì)象 在取得對(duì)象的單位階躍響應(yīng)曲線后在取得對(duì)象的單位階躍響應(yīng)曲線后, ,通過(guò)在曲線上作通過(guò)在曲線上作圖圖, ,求出對(duì)象的特征參數(shù)求出對(duì)象的特征參數(shù) 、 或或 、 , ,然后按表然后按表4-4-3 3給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器整定參數(shù)。給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器整定參數(shù)。 表表4-3 4-3 動(dòng)

37、態(tài)參數(shù)法計(jì)算公式（動(dòng)態(tài)參數(shù)法計(jì)算公式（ 0.750.75） 生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)象特征參數(shù)生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)象特征參數(shù) 和和 的乘積反映了控制難易程的乘積反映了控制難易程度；度； 越大越大，對(duì)象就越，對(duì)象就越不好控制不好控制，因此調(diào)節(jié)器比例帶就，因此調(diào)節(jié)器比例帶就應(yīng)取大應(yīng)取大一些，即一些，即 與與 成正比成正比。 因此，對(duì)象的因此，對(duì)象的遲延時(shí)間大，則積分作用就應(yīng)相對(duì)較弱遲延時(shí)間大，則積分作用就應(yīng)相對(duì)較弱，即，即積分積分時(shí)間時(shí)間T Ti i 應(yīng)與應(yīng)與 成正比成正比；對(duì)于有；對(duì)于有微分作用加入時(shí)，微分作用加入時(shí)，T Ti i 可適當(dāng)減少可適當(dāng)減少一一些。些。 積分作用主要用于積分作用主要用于消除系統(tǒng)的

38、穩(wěn)態(tài)誤差消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，且希望在被調(diào)量波，且希望在被調(diào)量波動(dòng)一個(gè)周期后消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用應(yīng)基本結(jié)束；動(dòng)一個(gè)周期后消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用應(yīng)基本結(jié)束； 就是說(shuō)積分時(shí)間就是說(shuō)積分時(shí)間T Ti i 的大小應(yīng)根據(jù)被的大小應(yīng)根據(jù)被調(diào)量波動(dòng)周期大小調(diào)量波動(dòng)周期大小來(lái)確定來(lái)確定, ,而而遲延時(shí)間遲延時(shí)間 又是影響過(guò)渡過(guò)程周期的主要因素又是影響過(guò)渡過(guò)程周期的主要因素。六、四種工程整定方法的比較六、四種工程整定方法的比較 （一）臨界比例帶法（一）臨界比例帶法 另有一些對(duì)象如有平衡單容對(duì)象從理論上講根本就得不到等幅另有一些對(duì)象如有平衡單容對(duì)象從理論上講根本就得不到等幅振蕩的過(guò)渡過(guò)程，即不會(huì)進(jìn)入臨界狀態(tài)。振蕩的過(guò)渡過(guò)

39、程，即不會(huì)進(jìn)入臨界狀態(tài)。 調(diào)節(jié)過(guò)程在邊界穩(wěn)定狀態(tài)下，調(diào)節(jié)器比例帶較小因而動(dòng)作很快調(diào)節(jié)過(guò)程在邊界穩(wěn)定狀態(tài)下，調(diào)節(jié)器比例帶較小因而動(dòng)作很快,這樣被調(diào)量波動(dòng)的幅度一般不會(huì)太大這樣被調(diào)量波動(dòng)的幅度一般不會(huì)太大,不少生產(chǎn)過(guò)程是允許的。不少生產(chǎn)過(guò)程是允許的。 然而，對(duì)臨界比例帶然而，對(duì)臨界比例帶 K 較小的控制系統(tǒng)，試驗(yàn)中不小心就會(huì)較小的控制系統(tǒng)，試驗(yàn)中不小心就會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)；使系統(tǒng)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)；甚至有些生產(chǎn)過(guò)程根本就不允許被調(diào)量處于等幅振蕩狀態(tài)；甚至有些生產(chǎn)過(guò)程根本就不允許被調(diào)量處于等幅振蕩狀態(tài)；（二）衰減曲線法（二）衰減曲線法 這種整定方法缺點(diǎn)是這種整定方法缺點(diǎn)是, ,外界干擾作用以及試驗(yàn)儀

40、器、外界干擾作用以及試驗(yàn)儀器、儀表等缺陷儀表等缺陷, ,造成難以判斷響應(yīng)曲線是否待到造成難以判斷響應(yīng)曲線是否待到4:14:1或或10:110:1的衰減過(guò)程的衰減過(guò)程, ,因而很難獲得準(zhǔn)確的因而很難獲得準(zhǔn)確的: :或或10:110:1衰減過(guò)程衰減過(guò)程下的比例帶下的比例帶 K K 和周期和周期T TS S 。 衰減曲線法衰減曲線法, ,在試驗(yàn)操作方法上與臨界比例帶法相似在試驗(yàn)操作方法上與臨界比例帶法相似, ,比較簡(jiǎn)單也容易掌握比較簡(jiǎn)單也容易掌握, ,而沒(méi)有臨界比例帶法的限制和缺點(diǎn)而沒(méi)有臨界比例帶法的限制和缺點(diǎn), ,故應(yīng)用較為廣泛故應(yīng)用較為廣泛; ;（三）經(jīng)驗(yàn)法（三）經(jīng)驗(yàn)法 該方法歸納為一句話：看曲

41、線調(diào)參數(shù)。該方法歸納為一句話：看曲線調(diào)參數(shù)。 經(jīng)驗(yàn)法是憑經(jīng)驗(yàn)試湊調(diào)節(jié)器參數(shù)這樣沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的人，經(jīng)驗(yàn)法是憑經(jīng)驗(yàn)試湊調(diào)節(jié)器參數(shù)這樣沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的人，要湊出一組滿意的參數(shù)就很難。要湊出一組滿意的參數(shù)就很難。 即使有經(jīng)驗(yàn)的人，反復(fù)試湊工作量也很大，特別是采即使有經(jīng)驗(yàn)的人，反復(fù)試湊工作量也很大，特別是采用比例積分微分調(diào)節(jié)時(shí)有三個(gè)參數(shù)要試湊。用比例積分微分調(diào)節(jié)時(shí)有三個(gè)參數(shù)要試湊。方法簡(jiǎn)便但工作量大。方法簡(jiǎn)便但工作量大。 （四）動(dòng)態(tài)參數(shù)法（四）動(dòng)態(tài)參數(shù)法 動(dòng)態(tài)參數(shù)法又稱響應(yīng)曲線法，即在獲得對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線動(dòng)態(tài)參數(shù)法又稱響應(yīng)曲線法，即在獲得對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線后，才能計(jì)算調(diào)節(jié)器整定參數(shù)，而上述三種方法均不需要知道對(duì)

42、后，才能計(jì)算調(diào)節(jié)器整定參數(shù)，而上述三種方法均不需要知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。象的動(dòng)態(tài)特性。 (1)由于外界干擾的影響，需要進(jìn)行反復(fù)多次的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性由于外界干擾的影響，需要進(jìn)行反復(fù)多次的對(duì)象動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)，以取得真實(shí)反映對(duì)象特性的試驗(yàn)曲線。試驗(yàn)，以取得真實(shí)反映對(duì)象特性的試驗(yàn)曲線。從原理上說(shuō)，這種方法即簡(jiǎn)單又省時(shí)，但會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：從原理上說(shuō)，這種方法即簡(jiǎn)單又省時(shí)，但會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題： (2) (2)試驗(yàn)時(shí)需加入足夠大的擾動(dòng)量，才能使被調(diào)量的變化量足試驗(yàn)時(shí)需加入足夠大的擾動(dòng)量，才能使被調(diào)量的變化量足夠大。這樣，在階躍響應(yīng)曲線上求出的特征參數(shù)夠大。這樣，在階躍響應(yīng)曲線上求出的特征參數(shù)、才具有才具有較高的準(zhǔn)確

43、性。較高的準(zhǔn)確性。 然而，無(wú)論采用何種方法獲得的調(diào)節(jié)器參數(shù)，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)然而，無(wú)論采用何種方法獲得的調(diào)節(jié)器參數(shù)，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)都要進(jìn)行多次修改才能得到滿意的調(diào)節(jié)效果。都要進(jìn)行多次修改才能得到滿意的調(diào)節(jié)效果。 綜上所述綜上所述: 四種工程整定參數(shù)方法各有各的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體的系統(tǒng)工四種工程整定參數(shù)方法各有各的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體的系統(tǒng)工藝特點(diǎn)，安全要求，以及作用到系統(tǒng)的干擾情況等，選擇一種合藝特點(diǎn)，安全要求，以及作用到系統(tǒng)的干擾情況等，選擇一種合適的整定方法。適的整定方法。第三節(jié)單回路控制系統(tǒng)實(shí)例第三節(jié)單回路控制系統(tǒng)實(shí)例 本節(jié)介紹火力發(fā)電廠熱工過(guò)程控制中幾個(gè)單回路控制系本節(jié)介紹火力發(fā)電廠熱工過(guò)程控制中

44、幾個(gè)單回路控制系統(tǒng)，包括中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)中的磨煤機(jī)控制和除氧器控制。統(tǒng)，包括中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)中的磨煤機(jī)控制和除氧器控制。 一、磨煤機(jī)控制一、磨煤機(jī)控制 目前在電廠中運(yùn)行的磨煤機(jī)有鋼球磨煤機(jī)、豎井式磨煤目前在電廠中運(yùn)行的磨煤機(jī)有鋼球磨煤機(jī)、豎井式磨煤機(jī)、以及風(fēng)扇磨煤機(jī)等。機(jī)、以及風(fēng)扇磨煤機(jī)等。 燃煤火力發(fā)電廠進(jìn)入鍋爐爐膛的是磨碎的煤粉，而將原燃煤火力發(fā)電廠進(jìn)入鍋爐爐膛的是磨碎的煤粉，而將原煤塊磨成煤粉的機(jī)械就是磨煤機(jī)。煤塊磨成煤粉的機(jī)械就是磨煤機(jī)。（一）控制任務(wù)（一）控制任務(wù) 首先要保證其細(xì)度符合規(guī)定，在我國(guó)煤粉細(xì)度是用首先要保證其細(xì)度符合規(guī)定，在我國(guó)煤粉細(xì)度是用7070號(hào)篩子號(hào)篩子上煤粉顆

45、粒的百分?jǐn)?shù)（上煤粉顆粒的百分?jǐn)?shù)（R70%R70%）來(lái)表示。）來(lái)表示。 煤粉太粗會(huì)增加機(jī)械未完全燃燒損失；煤粉太細(xì)又會(huì)增加磨煤粉太粗會(huì)增加機(jī)械未完全燃燒損失；煤粉太細(xì)又會(huì)增加磨煤機(jī)的耗電量。煤機(jī)的耗電量。因此，因此，煤粉細(xì)度煤粉細(xì)度是制粉系統(tǒng)的是制粉系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo)主要質(zhì)量指標(biāo)。 其次，為解決煤粉的輸送和防爆，必須對(duì)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混其次，為解決煤粉的輸送和防爆，必須對(duì)磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物的溫度提出要求。合物的溫度提出要求。 如果磨制的煤粉溫度過(guò)高，則容易引起自燃而導(dǎo)致煤粉爆炸；如果磨制的煤粉溫度過(guò)高，則容易引起自燃而導(dǎo)致煤粉爆炸；煤粉溫度太低，即意味著煤粉因流動(dòng)性差而無(wú)法采用氣力輸送，煤粉溫度

46、太低，即意味著煤粉因流動(dòng)性差而無(wú)法采用氣力輸送，且易積粉。且易積粉。 因此，要保持磨煤機(jī)處于最佳出力的工作狀態(tài)，則必須及時(shí)消因此，要保持磨煤機(jī)處于最佳出力的工作狀態(tài)，則必須及時(shí)消除來(lái)自各方面的擾動(dòng)。除來(lái)自各方面的擾動(dòng)。 除以上兩個(gè)任務(wù)外，還應(yīng)力求降低磨制每噸煤粉的耗電量，提除以上兩個(gè)任務(wù)外，還應(yīng)力求降低磨制每噸煤粉的耗電量，提高經(jīng)濟(jì)性。高經(jīng)濟(jì)性。、給煤量擾動(dòng)、給煤量擾動(dòng) 在在通風(fēng)通風(fēng)量一定時(shí)量一定時(shí)，磨煤機(jī)裝煤量磨煤機(jī)裝煤量不僅不僅影響煤粉細(xì)度影響煤粉細(xì)度，而且影響，而且影響磨煤機(jī)出力磨煤機(jī)出力，在，在保證煤粉細(xì)度符合要求的前提下保證煤粉細(xì)度符合要求的前提下，為使磨煤機(jī)有最，為使磨煤機(jī)有最大出

47、力，應(yīng)保持大出力，應(yīng)保持磨煤機(jī)的裝煤量為最佳值磨煤機(jī)的裝煤量為最佳值。 制粉系統(tǒng)運(yùn)行中常會(huì)發(fā)生因煤塊過(guò)大、過(guò)濕、給煤機(jī)工作不制粉系統(tǒng)運(yùn)行中常會(huì)發(fā)生因煤塊過(guò)大、過(guò)濕、給煤機(jī)工作不正常以及管道布置不合理等造成斷煤現(xiàn)象正常以及管道布置不合理等造成斷煤現(xiàn)象;此外通風(fēng)阻力變化引起通風(fēng)量變化和煤粉細(xì)度波動(dòng)。此外通風(fēng)阻力變化引起通風(fēng)量變化和煤粉細(xì)度波動(dòng)。、通風(fēng)量擾動(dòng)、通風(fēng)量擾動(dòng) 、原煤水分的擾動(dòng)、原煤水分的擾動(dòng) 因此對(duì)不同水分的原煤加入不同量的熱風(fēng)進(jìn)入磨煤機(jī)，在不產(chǎn)因此對(duì)不同水分的原煤加入不同量的熱風(fēng)進(jìn)入磨煤機(jī)，在不產(chǎn)生煤粉爆炸的前提下，盡量減小煤粉的濕度。生煤粉爆炸的前提下，盡量減小煤粉的濕度。 進(jìn)入磨煤

48、機(jī)的風(fēng)量變化將引起磨煤機(jī)出力及煤粉細(xì)度的變化進(jìn)入磨煤機(jī)的風(fēng)量變化將引起磨煤機(jī)出力及煤粉細(xì)度的變化;在其它條件不變時(shí)，可通過(guò)控制磨煤機(jī)入口負(fù)壓來(lái)調(diào)整通風(fēng)量在其它條件不變時(shí)，可通過(guò)控制磨煤機(jī)入口負(fù)壓來(lái)調(diào)整通風(fēng)量; 在保證煤粉細(xì)度符合要求的前提下，加大通風(fēng)量可提高磨煤機(jī)在保證煤粉細(xì)度符合要求的前提下，加大通風(fēng)量可提高磨煤機(jī)的出力。的出力。進(jìn)入磨煤機(jī)原煤水分變化將直接影響煤粉濕度進(jìn)入磨煤機(jī)原煤水分變化將直接影響煤粉濕度; 將煤粉濕度保持在一定范圍，即利于儲(chǔ)存和輸送又有利于保證將煤粉濕度保持在一定范圍，即利于儲(chǔ)存和輸送又有利于保證磨煤機(jī)的最大出力。磨煤機(jī)的最大出力。（二）控制系統(tǒng)組成（二）控制系統(tǒng)組成

49、根據(jù)磨煤機(jī)裝煤量擾動(dòng)，通風(fēng)量擾動(dòng)和原煤水分的擾動(dòng)分析，根據(jù)磨煤機(jī)裝煤量擾動(dòng)，通風(fēng)量擾動(dòng)和原煤水分的擾動(dòng)分析，磨煤機(jī)控制設(shè)計(jì)有三個(gè)控制回路：磨煤機(jī)控制設(shè)計(jì)有三個(gè)控制回路：三個(gè)回路均設(shè)計(jì)為三個(gè)回路均設(shè)計(jì)為單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)。 磨煤機(jī)負(fù)荷控制回路磨煤機(jī)負(fù)荷控制回路磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制回路磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制回路磨煤機(jī)出口溫度控制回路磨煤機(jī)出口溫度控制回路、磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)、磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng) 磨煤機(jī)裝煤量磨煤機(jī)裝煤量目前尚無(wú)直接的且準(zhǔn)確的測(cè)量手段目前尚無(wú)直接的且準(zhǔn)確的測(cè)量手段，一般，一般采用間接方法，如磨煤機(jī)前后的壓差代表裝煤量。采用間接方法，如磨煤機(jī)前后的壓差代表裝煤量。 由于鋼球磨在不同

50、出力工況下，其耗電率變化較小，因由于鋼球磨在不同出力工況下，其耗電率變化較小，因此在保證煤粉細(xì)度的前提下，應(yīng)使磨煤機(jī)工作在最大負(fù)荷下。此在保證煤粉細(xì)度的前提下，應(yīng)使磨煤機(jī)工作在最大負(fù)荷下。圖圖4-44-4所示的是磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)原理框圖：所示的是磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)原理框圖： PIPmPRCEU圖圖4-4 4-4 磨煤機(jī)負(fù)荷控制框圖磨煤機(jī)負(fù)荷控制框圖 控制信號(hào)控制信號(hào)作用到給煤?jiǎn)卧刂普駝?dòng)式給煤機(jī)，從而改作用到給煤?jiǎn)卧刂普駝?dòng)式給煤機(jī)，從而改變進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤并使之保持在最佳值。變進(jìn)入磨煤機(jī)的原煤并使之保持在最佳值。 PIPmPRCEU圖圖4-4 4-4 磨煤機(jī)負(fù)荷控制框圖磨煤機(jī)負(fù)荷控制框圖

51、上圖中，磨煤機(jī)差壓信號(hào)上圖中，磨煤機(jī)差壓信號(hào) Pm 經(jīng)排粉機(jī)前節(jié)流元件差壓經(jīng)排粉機(jī)前節(jié)流元件差壓 P修正后的信號(hào)修正后的信號(hào)C作為被調(diào)量；作為被調(diào)量； 被調(diào)量被調(diào)量C與其給定值與其給定值R比較后的差值信號(hào)比較后的差值信號(hào)E送到比例積分送到比例積分調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算后輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算后輸出控制信號(hào)。 只有在漏風(fēng)量一定條件下，經(jīng)過(guò)只有在漏風(fēng)量一定條件下，經(jīng)過(guò) P P 修正后的磨煤機(jī)差修正后的磨煤機(jī)差壓壓 Pm Pm 才能較準(zhǔn)確地反映裝煤量。才能較準(zhǔn)確地反映裝煤量。 以比值以比值C作為球磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)被調(diào)量作為球磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)被調(diào)量,目的是消除氣目的是消除氣體流速等因素對(duì)磨煤機(jī)差壓影響。體

52、流速等因素對(duì)磨煤機(jī)差壓影響。 實(shí)際上，采用球磨機(jī)的制粉系統(tǒng)是負(fù)壓運(yùn)行，球磨機(jī)本實(shí)際上，采用球磨機(jī)的制粉系統(tǒng)是負(fù)壓運(yùn)行，球磨機(jī)本身負(fù)壓較小，而排粉機(jī)進(jìn)口負(fù)壓較大，故漏風(fēng)量對(duì)身負(fù)壓較小，而排粉機(jī)進(jìn)口負(fù)壓較大，故漏風(fēng)量對(duì) Pm 的影的影響較小，對(duì)響較小，對(duì) P 的影響卻較大，因此，比值的影響卻較大，因此，比值C并不能消除漏風(fēng)并不能消除漏風(fēng)對(duì)裝煤量的影響，即測(cè)量誤差仍然存在對(duì)裝煤量的影響，即測(cè)量誤差仍然存在; 可見(jiàn)可見(jiàn), ,在給煤量擾動(dòng)之后，響應(yīng)有一段時(shí)間的在給煤量擾動(dòng)之后，響應(yīng)有一段時(shí)間的虛假信號(hào)虛假信號(hào)，且擾，且擾動(dòng)量越大這種虛假現(xiàn)象就越嚴(yán)重。動(dòng)量越大這種虛假現(xiàn)象就越嚴(yán)重。 此外，給煤量改變時(shí)首先

53、改變是磨煤機(jī)喉部阻力，之后才改此外，給煤量改變時(shí)首先改變是磨煤機(jī)喉部阻力，之后才改變煤位。如給煤量增加，磨煤機(jī)喉部阻力增大，機(jī)身筒內(nèi)的流速變煤位。如給煤量增加，磨煤機(jī)喉部阻力增大，機(jī)身筒內(nèi)的流速降低，故磨煤機(jī)差壓首先減??；在磨煤機(jī)內(nèi)存煤量增多之后，差降低，故磨煤機(jī)差壓首先減小；在磨煤機(jī)內(nèi)存煤量增多之后，差壓才開(kāi)始增大。壓才開(kāi)始增大。、磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)、磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng) 磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制的磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制的目的是維持制粉系統(tǒng)的通風(fēng)量目的是維持制粉系統(tǒng)的通風(fēng)量，同時(shí)，同時(shí)保證制粉系統(tǒng)各點(diǎn)負(fù)壓保證制粉系統(tǒng)各點(diǎn)負(fù)壓。制粉系統(tǒng)負(fù)壓。制粉系統(tǒng)負(fù)壓過(guò)大則增加漏風(fēng)量過(guò)大則增加漏風(fēng)量，負(fù)壓，負(fù)壓

54、過(guò)小又會(huì)出現(xiàn)漏粉過(guò)小又會(huì)出現(xiàn)漏粉。 圖圖4-54-5是磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)組成原理方框圖：是磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)組成原理方框圖：PIRPEU圖圖4-5 4-5 磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng)磨煤機(jī)入口負(fù)壓控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng)，磨煤機(jī)入口負(fù)壓?jiǎn)位芈房刂葡到y(tǒng)，磨煤機(jī)入口負(fù)壓P P 作為被調(diào)量，與其給定作為被調(diào)量，與其給定值值R R求偏差后送比例積分調(diào)節(jié)器運(yùn)算，調(diào)節(jié)器輸出的控制作用求偏差后送比例積分調(diào)節(jié)器運(yùn)算，調(diào)節(jié)器輸出的控制作用U U通通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變冷風(fēng)擋板開(kāi)度，從而改變磨煤機(jī)通風(fēng)量以維持入過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變冷風(fēng)擋板開(kāi)度，從而改變磨煤機(jī)通風(fēng)量以維持入口負(fù)壓在給定值?？谪?fù)壓在給定值。 、磨煤機(jī)出口溫度

55、控制系統(tǒng)、磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng) PIRTEU 圖圖4-6 4-6 磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng) 其組成原理及工作過(guò)程與入口負(fù)壓控制系統(tǒng)是一樣的，其組成原理及工作過(guò)程與入口負(fù)壓控制系統(tǒng)是一樣的，它是通過(guò)改變熱風(fēng)門擋板開(kāi)度調(diào)整熱風(fēng)量來(lái)控制出口溫度的。它是通過(guò)改變熱風(fēng)門擋板開(kāi)度調(diào)整熱風(fēng)量來(lái)控制出口溫度的。 磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)如圖磨煤機(jī)出口溫度控制系統(tǒng)如圖4-6所示。所示。二、除氧器的控制二、除氧器的控制 在火力發(fā)電廠中，除氧器是一個(gè)重要的輔助設(shè)備。在火力發(fā)電廠中，除氧器是一個(gè)重要的輔助設(shè)備。除氧器主要用途：除氧器主要用途： 用汽輪機(jī)的抽汽加熱給水至該壓力下的飽和溫度，并除用汽輪機(jī)的抽汽加熱給水至該壓力下的飽和溫度，并除去溶于水中的氧（以及其他氣體）。去溶于水中的氧（以及其他氣體）。 還作為汽輪機(jī)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中的一級(jí)混和式加熱器，同還作為汽輪機(jī)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中的一級(jí)混和式加熱器，同時(shí)擔(dān)負(fù)匯集各種疏水、鍋爐補(bǔ)充水任務(wù)。時(shí)擔(dān)負(fù)匯集各種疏水、鍋爐補(bǔ)充水任務(wù)。（一）除氧器壓力控制系統(tǒng)（一）除氧器壓力控制系統(tǒng)、除氧器的除