電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)特點(diǎn)第1頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二概述1、自動(dòng)控制的概念在熱力生產(chǎn)設(shè)備上配置一些自動(dòng)化裝置，代替人的部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行。這種在無(wú)人直接參與的情況下，由自動(dòng)化儀表和裝置來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程的辦法就稱為熱力過(guò)程自動(dòng)化。第2頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、熱力生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的組成1）自動(dòng)檢測(cè)：對(duì)反映熱力生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)的物理量、化學(xué)量以及表征設(shè)備工作狀況的參數(shù)自動(dòng)地檢查、測(cè)量和監(jiān)視。2）自動(dòng)調(diào)節(jié)：自動(dòng)調(diào)節(jié)就是依靠自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用。自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備必須具備檢測(cè)、定值、運(yùn)算、執(zhí)行等功能。熱力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，要求某些表征熱力設(shè)備正常工作的物理量始終維持在某一規(guī)定值或預(yù)定范圍內(nèi)、按預(yù)定的規(guī)律來(lái)變化，生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)常受到各種干擾，使被調(diào)量偏離規(guī)定值，需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使之保持或恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)，保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定。第3頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3）自動(dòng)保護(hù)：熱力設(shè)備發(fā)生異常甚至發(fā)生事故時(shí)，為確保生產(chǎn)的安全，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，需要對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)置信號(hào)、聯(lián)鎖裝置，事故發(fā)生前，信號(hào)系統(tǒng)能發(fā)出聲、光信號(hào)，提醒操作人員采取措施。是一種安全裝置。4）自動(dòng)操縱（包括遠(yuǎn)方控制、程序控制或順序控制）：根據(jù)預(yù)先規(guī)定的程序或條件自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作，把操作人員從重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來(lái)。第4頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、熱力生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)熱力生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化主要包括鍋爐、汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備的自動(dòng)控制。自動(dòng)控制的任務(wù)是使鍋爐、汽輪機(jī)適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時(shí)又能在安全、經(jīng)濟(jì)的工況下運(yùn)行。第5頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)，鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)主要有：1）使鍋爐供給的蒸汽量適應(yīng)負(fù)荷變化的需要；

2）使鍋爐供給的蒸汽壓力保持一定范圍內(nèi)；

3）使過(guò)熱蒸汽（和再熱蒸汽）溫度在一定范圍內(nèi)；

4）保持汽包水位在一定范圍（直流爐無(wú)）；

5）保持燃燒的經(jīng)濟(jì)性；

6）保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)任務(wù)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，組成以下幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)：

1）給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；

2）過(guò)熱蒸汽（和再熱蒸汽）溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；

3）燃燒過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括燃料量調(diào)節(jié)、送風(fēng)量調(diào)節(jié)、引風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。第6頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二汽機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)汽輪機(jī)自控系統(tǒng)主要有功率—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及超速保護(hù)，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，生產(chǎn)對(duì)汽輪機(jī)維持一定的轉(zhuǎn)速和適應(yīng)負(fù)荷變化的要求都很嚴(yán)格，人工操作無(wú)法滿足這樣的要求汽輪機(jī)的自控屬于汽輪機(jī)專業(yè)的范疇。輔機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)輔機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要有除氧給水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等。第7頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)組成與分類自控系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：受控對(duì)象（過(guò)程）：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝變量需要控制的生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備或機(jī)械等，如汽輪機(jī)、過(guò)熱器等；被控變量：表征其工作狀態(tài)的物理量，如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、主汽溫度等；測(cè)量變送：對(duì)被控量進(jìn)行測(cè)量（轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）的裝置，例如壓力變送器、熱電阻、熱電偶等；調(diào)節(jié)器：把測(cè)定值和設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，并輸出控制指令的裝置；執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）：把調(diào)節(jié)器的指令成比例地轉(zhuǎn)換為直線或角位移地裝置；第8頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類按控制方式分類1）閉環(huán)控制系統(tǒng)（也稱反饋控制系統(tǒng)）：被控量信號(hào)反饋到控制設(shè)備的輸入端，成為控制設(shè)備生產(chǎn)控制作用的依據(jù)。被控量與給定量有偏差，控制設(shè)備就要對(duì)控制對(duì)象施加作用，直到被控量符合要求為止。閉環(huán)控制系統(tǒng)基于偏差進(jìn)行控制，消除偏差，可克服各種擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。由于控制作用落后于干擾，因此相對(duì)來(lái)講控制不及時(shí)。a)定值控制系統(tǒng)b)隨動(dòng)控制系統(tǒng)c)程序控制系統(tǒng)第9頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)（也稱前饋控制系統(tǒng)）：控制設(shè)備和控制對(duì)象在信號(hào)關(guān)系上沒(méi)有形成閉合回路的控制系統(tǒng)，其被控量沒(méi)有反饋到控制設(shè)備的輸入端。特點(diǎn)是按擾動(dòng)進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度差，只能克服單一擾動(dòng)。3）復(fù)合控制系統(tǒng)：開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制組合的一種控制系統(tǒng)。第10頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二按閉合回路的數(shù)目分類1）單回路控制系統(tǒng)：只有一個(gè)被控量信號(hào)反饋到控制器的輸入端。形成一個(gè)閉合回路。2）多回路控制系統(tǒng)：具有一個(gè)以上的閉合回路，控制器(調(diào)節(jié)器)除接受被控量反饋信號(hào)外，還有另外的輸出信號(hào)直接或間接地反饋到控制器的輸入端。例如串級(jí)控制系統(tǒng)和導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)都是雙回路控制系統(tǒng)。第11頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主要自動(dòng)化系統(tǒng)CCS：?jiǎn)卧獧C(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（coordinationcontrolsystem，CCS）協(xié)調(diào)控制是基于機(jī)、爐的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用多變量控制理論形成若干不同形式的控制策略，在機(jī)、爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上組織的高一級(jí)機(jī)、爐主控系統(tǒng)。它是單元機(jī)組自動(dòng)控制的核心內(nèi)容。第12頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二FSSS：鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（furnacesafeguardsupervisorysystem，F(xiàn)SSS）或稱燃燒器管理系統(tǒng)（burnermanagementsystem，BMS）爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)包括爐膛火焰監(jiān)視，爐膛壓力監(jiān)視，爐膛吹掃，自動(dòng)點(diǎn)火，燃燒器自動(dòng)切換，緊急情況下的主燃料跳閘等。第13頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二SCS：順序控制系統(tǒng)（sequencecontrolsystem）按照生產(chǎn)過(guò)程工藝要求預(yù)先擬定的順序，有計(jì)劃、有步驟、自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行一系列操作的系統(tǒng)，稱之為順序控制系統(tǒng)。順序控制也稱程序控制，在發(fā)電廠中主要用于主機(jī)或輔機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制，以及輔助系統(tǒng)的程序控制。第14頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二DEH：汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（digitalelectrichydraulicsystem）汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，除完成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率及機(jī)前壓力的控制外，還可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過(guò)程及故障時(shí)的控制和保護(hù)。第15頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二BPS：旁路控制系統(tǒng)（bypasscontrolsystem，BPS）大型中間再熱式機(jī)組一般都設(shè)置旁路熱力系統(tǒng)，其目的是在機(jī)組啟、停過(guò)程中協(xié)調(diào)機(jī)、爐的動(dòng)作，回收工質(zhì)，保護(hù)再熱器等。完備的旁路控制系統(tǒng)是充分發(fā)揮旁路系統(tǒng)功能的前提。第16頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二DAS：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（dataacquisitionsystem）又稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其基本功能是對(duì)機(jī)組整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，經(jīng)處理運(yùn)算后以CRT畫面形式提供給運(yùn)行人員。該系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，制表打印，性能指標(biāo)計(jì)算，事件順序記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及操作指導(dǎo)等。第17頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SupervisoryInformationSysteminPlantLevel，簡(jiǎn)稱SIS）SIS是發(fā)電廠的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和電力市場(chǎng)交易信息網(wǎng)絡(luò)化的中間環(huán)節(jié)，是發(fā)電企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)到市場(chǎng)交易的中間控制層，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制和生產(chǎn)信息管理一體化的核心，是承上啟下實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的控制樞紐。實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控實(shí)時(shí)處理全廠經(jīng)濟(jì)信息和成本核算競(jìng)價(jià)上網(wǎng)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估及運(yùn)行操作指導(dǎo)第18頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二AGC：自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)，（automaticgenerationcontrolSystem，AGC）由于調(diào)速器為有差調(diào)節(jié)，因此對(duì)于變化幅度較大、周期較長(zhǎng)的變動(dòng)負(fù)荷分量，需要通過(guò)改變汽輪發(fā)電機(jī)組的同步器來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)平移調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靜態(tài)特性，從而改變汽輪發(fā)電機(jī)組的出力來(lái)達(dá)到調(diào)頻的目的，稱為二次調(diào)整。當(dāng)二次調(diào)整由由電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)控制時(shí)，則稱為自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。第19頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)衰減率、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差、調(diào)節(jié)時(shí)間第20頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二控制器廣義被控對(duì)象給定值被調(diào)量穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)第21頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二控制要求安全性積極性穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)穩(wěn)定性準(zhǔn)確性快速性第22頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二控制器廣義對(duì)象+-給定被調(diào)量y1y3y∞essts單項(xiàng)性能指標(biāo)衰減率:ψ=超調(diào)量:σ=穩(wěn)態(tài)誤差:ess=y∞-r調(diào)節(jié)時(shí)間:ts(進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值5%范圍內(nèi)）r第23頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二單項(xiàng)性能指標(biāo)衰減率ψ:反映了系統(tǒng)穩(wěn)定性超調(diào)量σ:反映了動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性穩(wěn)態(tài)誤差ess:反映了靜態(tài)準(zhǔn)確性調(diào)節(jié)時(shí)間ts

:反映了快速型一般對(duì)定值系統(tǒng)衰減率要求為75%對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)衰減率要求為90%第24頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱工對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性典型自衡對(duì)象傳遞函數(shù)表達(dá)式典型非自衡對(duì)象傳遞函數(shù)表達(dá)式第25頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱工對(duì)象具有以下特點(diǎn)：（1）被調(diào)量的變化大多是不振蕩的。（2）被調(diào)量在干擾發(fā)生的開(kāi)始階段有遲延和慣性。（3）在響應(yīng)曲線的最后階段，被調(diào)量可能達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)（對(duì)象有自平衡能力），也可能不斷變化而無(wú)法進(jìn)入平衡狀態(tài)（對(duì)象無(wú)自平衡能力）。（4）描述對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特征參數(shù)有：放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間。第26頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二階躍響應(yīng)曲線求取對(duì)象傳遞函數(shù)時(shí)域法是目前應(yīng)用最多的一種方法，其主要內(nèi)容是：給對(duì)象人為加一階躍擾動(dòng)，記錄下響應(yīng)曲線，然后根據(jù)該響應(yīng)曲線求取對(duì)象的傳遞函數(shù)。由階躍擾動(dòng)作用下的對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性為階躍響應(yīng)曲線，即飛升曲線。階躍響應(yīng)曲線能比較直觀的反映對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；其次特征參數(shù)直接取自記錄曲線而無(wú)需經(jīng)過(guò)中間轉(zhuǎn)換，試驗(yàn)方法也很簡(jiǎn)單。第27頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二階躍響應(yīng)獲取應(yīng)注意的問(wèn)題（1）合理選擇階躍擾動(dòng)的幅度(一般為額定負(fù)荷10%～20%)（2）實(shí)際閥門只能以有限速度移動(dòng)（一般認(rèn)為階躍信號(hào)是在t1/2時(shí)加入）（3）試驗(yàn)前確保被控對(duì)象處于穩(wěn)定工況（4）若過(guò)程不允許同一方向擾動(dòng)加入，則采用矩形脈沖擾動(dòng)，可從脈沖響應(yīng)曲線求出所需的階躍響應(yīng)。第28頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2確定自衡對(duì)象傳遞函數(shù)典型自衡過(guò)程：一階慣性環(huán)節(jié)用有理分式表示的傳遞函數(shù)選擇哪種傳遞函數(shù)的形式，可依據(jù)以下兩點(diǎn)：對(duì)被控對(duì)象的驗(yàn)前知識(shí)的掌握對(duì)建立數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確性的要求

二階或n階慣性環(huán)節(jié)第29頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（1）確定參數(shù)的作圖法t1/2處為擾動(dòng)起點(diǎn)；在s型響應(yīng)曲線找拐點(diǎn)，并作切線；記交點(diǎn)a、b和cab起點(diǎn)到a的距離為τ；a點(diǎn)到c點(diǎn)的距離為T；c第30頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（2）確定參數(shù)的兩點(diǎn)法

將響應(yīng)曲線標(biāo)幺取y*(t1)=0.39，取y*(t2)=0.63，記t1和t2

取驗(yàn)證第31頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（3）確定參數(shù)的兩點(diǎn)方法

將響應(yīng)曲線標(biāo)幺并去掉純遲延的到y(tǒng)*(t)取y*(t1)=0.4，取y*(t2)=0.8，記t1和t2若0.32<t1/t2≤0.46，則為二階對(duì)象若t1/t2>0.46，則為高階對(duì)象見(jiàn)表1-1第32頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二n t1/t21 0.3172 0.463 0.5344 0.5845 0.6186 0.64070.666n t1/t28 0.6849 0.699100.71211 0.72412 0.73413 0.748140.751表1-1高階對(duì)象中n與比值t1/t2的關(guān)系第33頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3．由階躍響應(yīng)確定非自衡過(guò)程近似傳遞函數(shù)一階積分環(huán)節(jié)的多容過(guò)程非自衡過(guò)程傳遞函數(shù)為：一階積分環(huán)節(jié)的純遲延過(guò)程*當(dāng)對(duì)象的階數(shù)n<6時(shí)，一般多容過(guò)程傳遞函數(shù)描述第34頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（1）一階積分的多容過(guò)程階躍響應(yīng)為第35頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二當(dāng)y*(t)＝0時(shí)，記t＝ta有：ta＝nT→T＝ta/n漸近線方程：當(dāng)t＝0時(shí)，y*(t)＝0h不能直接得到結(jié)果可以直接得到結(jié)果第36頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二當(dāng)t＝ta＝nT時(shí)，y(ta)=y1(ta),值為：由漸近線方程有：*故y(ta)/oh與n為單值關(guān)系n123456y(ta)/0h0．3680．2710．2240．1950．1750．161表1-2第37頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二n、Ta、

T參數(shù)的確定：n由y(ta)/0h的值經(jīng)查表1-2確定；T＝ta/n；非自衡過(guò)程第38頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（2）有遲延的一階積分對(duì)象需要確定兩個(gè)參數(shù)(T和τ)。在y（t）上作漸進(jìn)線，取ta=τ。漸近線方程：第39頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二控制器PID廣義被控對(duì)象給定值r被調(diào)量yeuPID統(tǒng)計(jì)表明生產(chǎn)過(guò)程80%的控制可以用PID控制器構(gòu)成單回路反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行控制（簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)）。PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱。是一種負(fù)反饋控制。即控制器與廣義被控對(duì)象構(gòu)成的系統(tǒng)為閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。其作用是對(duì)輸入偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而緩解系統(tǒng)的不平衡，使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定?？刂破靼ㄇ笃詈蚉ID運(yùn)算第40頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1．典型的傳遞函數(shù)為：實(shí)際PID理想PID其中：KC：比例系數(shù)TI：積分時(shí)間TD：微分時(shí)間KD：微分增益第41頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2．PID調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)原理簡(jiǎn)單（適用和實(shí)現(xiàn)方便）適應(yīng)性強(qiáng)（應(yīng)用面寬）魯棒性強(qiáng)（對(duì)過(guò)程變化不敏感）3．調(diào)節(jié)器偏差的定義按儀表制造業(yè)的規(guī)定：調(diào)節(jié)器偏差=測(cè)量值-給定值，即控制系統(tǒng)偏差的定義：第42頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.調(diào)節(jié)器正反作用定義：

正作用：e′↑(e↓)→u↑，即KC為負(fù)反作用：e′↑(e↓)→u↓，即KC為正設(shè)置正反作用的目的：使控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)PID廣義被控對(duì)象給定值r被調(diào)量yeu控制器（調(diào)節(jié)器）第43頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二5．正反作用的判斷方法(六邊形法):e（r-y）↑→e′(y-r)↓PIDryeu-y↓對(duì)象K為負(fù)，控制器作用應(yīng)使u↓正作用例：過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)第44頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比例調(diào)節(jié)比例調(diào)節(jié)規(guī)律（P）KC為比例增益，為比例帶δ。δ的物理意義：使調(diào)節(jié)閥開(kāi)度改變100%（即從全關(guān)到全開(kāi)）所需要的被調(diào)量的變化范圍。u0是偏差e=0時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出初始值。*比例作用的線性關(guān)系只在一定范圍其作用第45頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)調(diào)節(jié)作用及時(shí)。KC

↑→調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)調(diào)節(jié)誤差自衡對(duì)象：非自衡對(duì)象：第46頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二KC變化對(duì)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)的影響KC↑δ↓衰減率ψ↓穩(wěn)態(tài)誤差ess↓超調(diào)量σ↑振蕩頻率ω↑KC增加ryeu-擾動(dòng)第47頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.積分調(diào)節(jié)規(guī)律（I）積分調(diào)節(jié)TI為積分時(shí)間，S0為積分速度第48頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)無(wú)差調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)作用不及時(shí)TI太大TI適當(dāng)TI太小TI過(guò)小浮動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度與當(dāng)時(shí)的被調(diào)量的數(shù)值本身沒(méi)有直接關(guān)系。積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。TI↓→調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)第49頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二TI變化對(duì)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)的影響TI↑S0↓衰減率ψ↑穩(wěn)態(tài)誤差ess=0超調(diào)量σ↓振蕩頻率ω↓ryeu-TI增加擾動(dòng)第50頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二與P調(diào)節(jié)比較系統(tǒng)穩(wěn)定性下降靜態(tài)：無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差；動(dòng)態(tài)：由于調(diào)節(jié)不及時(shí)σ較大在相同的穩(wěn)定裕度下，σ↑，振蕩頻率低，調(diào)節(jié)過(guò)程加長(zhǎng)。靜態(tài)：I調(diào)節(jié)優(yōu)于P調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)：P調(diào)節(jié)優(yōu)于I調(diào)節(jié)積分調(diào)節(jié)可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但調(diào)節(jié)緩慢，動(dòng)態(tài)超調(diào)量加大，而且使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。工業(yè)上不單獨(dú)使用積分調(diào)節(jié)作用。第51頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比例積分調(diào)節(jié)比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律（PI）無(wú)差調(diào)節(jié)（吸收了積分規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)）調(diào)節(jié)及時(shí)（吸收了比例規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)）浮動(dòng)調(diào)節(jié)第52頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二對(duì)系統(tǒng)控制性能指標(biāo)的影響（KC不變）TI↓

S0↑衰減率ψ↓穩(wěn)態(tài)誤差ess=0超調(diào)量σ↑振蕩頻率ω↑（TI不變）KC↑

δ↓衰減率ψ↓穩(wěn)態(tài)誤差ess↓超調(diào)量σ↑振蕩頻率ω↑第53頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二積分飽和現(xiàn)象

在有積分作用的調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中，若用于某種原因（如閥門），被調(diào)量偏差一時(shí)無(wú)法消除，然而調(diào)節(jié)器還是要試圖校正這個(gè)偏差，結(jié)果經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，調(diào)節(jié)器將進(jìn)入飽和狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致調(diào)節(jié)滯后，對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、以及達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)將產(chǎn)生不利的影響。第54頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比例積分微分調(diào)節(jié)1.微分調(diào)節(jié)（D）1euKD0.632KDTD/KD微分調(diào)節(jié)是僅根據(jù)偏差的變化速度來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)，偏差不變則沒(méi)有控制輸出。因此微分調(diào)節(jié)不單獨(dú)使用第55頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.比例微分調(diào)節(jié)（PD）單位階躍響應(yīng)1uKD/δ0.632(KD-1)/

δTD/KDe1/δTD↑→微分調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)；有差調(diào)節(jié)，穩(wěn)態(tài)誤差與比例調(diào)節(jié)；超前調(diào)節(jié)，適當(dāng)?shù)奈⒎挚梢詼p小超調(diào)量，也能減少振蕩傾向一樣。第56頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）第57頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二I調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)P調(diào)節(jié)PD調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)相同衰減率下，各調(diào)節(jié)規(guī)律比較PID的調(diào)節(jié)效果最好（從超調(diào)量、過(guò)度過(guò)程時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差），PI其次，PD次之（有差），P再次之，I調(diào)節(jié)最差

第58頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二雖然PID的調(diào)節(jié)效果最好，并不意味著所有的系統(tǒng)都是合理的，因?yàn)樗腥齻€(gè)參數(shù)要整定，如果整定不合適，則可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，適得其反。使用何種調(diào)節(jié)規(guī)律一般可按：先比例，再積分，然后才把微分加*對(duì)象時(shí)間常數(shù)大或遲延時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)引入D作用，若系統(tǒng)允許有殘差，則可選PD調(diào)節(jié)；系統(tǒng)要求無(wú)差，則選PID規(guī)律。*對(duì)象的時(shí)間常數(shù)較小，受擾動(dòng)影響不大，系統(tǒng)要求無(wú)差，則使用PI調(diào)節(jié)。（如鍋爐水位控制等）*對(duì)象的時(shí)間常數(shù)較小，受擾動(dòng)影響不大，系統(tǒng)不要求無(wú)差，則使用P調(diào)節(jié)。（如鍋爐高加水位控制等）第59頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二*對(duì)象時(shí)間常數(shù)或遲延時(shí)間很長(zhǎng)，受擾動(dòng)影響也很大，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)已不能滿足要求，應(yīng)設(shè)計(jì)復(fù)雜控制系統(tǒng)。（如汽溫控制系統(tǒng)）若廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)可近視表示為典型的自衡過(guò)程，選擇P或PI調(diào)節(jié)，選擇PD或PID調(diào)節(jié)，用復(fù)雜控制。第60頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二控制系統(tǒng)整定的基本要求PID廣義被控對(duì)象給定值r被調(diào)量yeu控制系統(tǒng)的任務(wù)是指在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定、控制設(shè)備與控制對(duì)象等都處在正常狀態(tài)的情況下,通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)（δ、TI、TD)，使其與被控對(duì)象特性相匹配，以達(dá)到最佳的控制效果。第61頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1.參數(shù)整定調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)的過(guò)程稱為參數(shù)整定。當(dāng)調(diào)節(jié)器的參數(shù)被整定到使控制系統(tǒng)達(dá)到最佳控制效果時(shí)，稱為最佳整定參數(shù)。2.參數(shù)整定的依據(jù)——性能指標(biāo)1）單項(xiàng)性能指標(biāo)：衰減率、超調(diào)量、過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。ψ=0.75適應(yīng)于大部分允許有一些超調(diào)的工業(yè)過(guò)程。ψ=1適用于被控對(duì)象的慣性較大，且不允許有過(guò)調(diào)的控制系統(tǒng)。 第62頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方法1）理論計(jì)算整定法：（根軌跡法、頻率特性法）——基于數(shù)學(xué)模型通過(guò)計(jì)算直接求得調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)，整定過(guò)程復(fù)雜，且往往由于被控對(duì)象是近似的，故所求得的整定參數(shù)不可靠。2）工程整定法：臨界比例帶法、衰減曲線法、圖表整定法。這寫方法通過(guò)并不復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，便能迅速獲得調(diào)節(jié)器的近似最佳整定參數(shù)，因而在工程種得到廣泛的應(yīng)用。第63頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二工程整定方法1.動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法（離線整定、開(kāi)環(huán)整定）自衡對(duì)象：非自衡對(duì)象：齊勒格(Ziegler)-尼科爾斯(Nichols)整定公式（ψ=0.75）δTDTIPPIPID規(guī)律參數(shù)第64頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二齊勒格-尼科爾斯整定公式比較粗糙，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，廣為流傳的是科恩-庫(kù)恩公式（自衡對(duì)象ψ=0.75）第65頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2.穩(wěn)定邊界法（臨界比例帶法）閉環(huán)試驗(yàn)法δTDTIPPIPID規(guī)律參數(shù)Tcr使調(diào)節(jié)器為純比例規(guī)律，且比例帶較大；使系統(tǒng)閉環(huán)，待穩(wěn)定后，逐步減小比例帶，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩時(shí)，計(jì)下GC(s)GP(s)ryeuWo(s)查表3.3第66頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二注意：

適于臨界穩(wěn)定時(shí)振幅不大，周期較長(zhǎng)（Tcr>30s）的系統(tǒng)，對(duì)象的τ和T較小不適用；T較大的單容對(duì)象因采用P調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)永遠(yuǎn)穩(wěn)定，也不適用對(duì)于非自衡對(duì)象，所得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)將使系統(tǒng)的衰減率>0.75對(duì)于自衡對(duì)象，所得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)將使系統(tǒng)的衰減率<0.75對(duì)于某些中性穩(wěn)定對(duì)象，不能使用此法第67頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3.衰減曲線法閉環(huán)試驗(yàn)法使調(diào)節(jié)器為純比例規(guī)律，且比例帶較大；使系統(tǒng)閉環(huán)，待穩(wěn)定后，逐步減小比例帶，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)衰減震蕩時(shí)（ψ=0.75，ψ=0.9），計(jì)下GC(s)GP(s)ryeuWo(s)TsTr第68頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二查表3.4δTDTIPPIPID規(guī)律參數(shù)Ψ=0.75Ψ=0.9δTDTIPPIPID規(guī)律參數(shù)注意：對(duì)于擾動(dòng)頻繁而過(guò)程又較快的系統(tǒng)，Ts的測(cè)量不易準(zhǔn)確，因此給參數(shù)整定帶來(lái)誤差。第69頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4.經(jīng)驗(yàn)法先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，然后人為加入階躍擾動(dòng)（通常為調(diào)節(jié)器設(shè)定值擾動(dòng)），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出曲線變化，并依照調(diào)節(jié)器各參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響，改變相應(yīng)的參數(shù)，一般先整定δ，再整定TI和TD，如此反復(fù)試驗(yàn)多次，直到獲得滿意的階躍響應(yīng)曲線為止。第70頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第71頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二對(duì)象參數(shù)δ×100TI/minTD/min溫度壓力流量液位20~6030~7040~10020~803~100.4~30.1~10.5~3表3.5經(jīng)驗(yàn)法調(diào)節(jié)器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)第72頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二表3.6設(shè)定值擾動(dòng)下整定參數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響對(duì)象參數(shù)δ↓TI↓TD↑最大動(dòng)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差衰減率振蕩頻率↑↓↓↑↑-↓↑↓-↑↑不同的整定方法按相同的衰減率整定，得到不相同參數(shù)整定值。第73頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二基本的數(shù)字PID控制算法一般采用兩種基本的數(shù)字PID控制算法：一種是理想PID控制算法，另一種是實(shí)際PID控制算法。兩種PID控制算法的比例及積分運(yùn)算都是一樣的，其差別主要是微分項(xiàng)不同。第74頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二理想PID控制算法第75頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二理想PID算式的表達(dá)式有三種形式，即位置式、增量式和速度式。(1)位置式在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算后，其輸出指的是調(diào)節(jié)閥開(kāi)度（位置）的大小，此種PID算式的形式稱為位置式。第76頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(2)增量式在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算后，其輸出指的是調(diào)節(jié)閥開(kāi)度（位置）的增量（改變量），此種PID算式的形式稱為增量式。計(jì)算機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算的輸出增量為相鄰兩次采樣時(shí)刻所計(jì)算的位置值之差，第77頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二(3)速度式在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算后，其輸出指的是直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，此種PID算式的形式稱為速度式。第78頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)際PID控制算法由于實(shí)際計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的采樣回路都可能存在高頻干擾，因此幾乎所有的數(shù)字控制回路都設(shè)置了一級(jí)低通濾波器（一階滯后環(huán)節(jié)或一階慣性環(huán)節(jié)）來(lái)限制高頻干擾的影響。因?yàn)榈屯V波器的傳遞函數(shù)為低通濾波器和理想PID算式相結(jié)合后的傳遞函數(shù)為第79頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第80頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二熱工系統(tǒng)的主要控制方式反饋控制是根據(jù)被調(diào)量與給定值的偏差值來(lái)控制的。反饋控制的特點(diǎn)是必須在被調(diào)量與給定值的偏差出現(xiàn)后，調(diào)節(jié)器才能對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響。如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被調(diào)參數(shù)還未變化時(shí)，調(diào)節(jié)器是不會(huì)動(dòng)作的。即反饋控制總是落后于干擾作用。因此稱之為“不及時(shí)控制”。反饋控制方案的本身決定了無(wú)法將干擾對(duì)被控量的影響克服在被控量偏離設(shè)定值之前，從而限制了這類控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進(jìn)一步提高。原因：（1）在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時(shí)間。（2）從偏差產(chǎn)生到調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制作用以及操縱量改變到被控量（被調(diào)量）發(fā)生變化又要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間。第81頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二前饋控制考慮到偏差產(chǎn)生的直接原因是干擾作用的結(jié)果，如果直接按擾動(dòng)而不是按偏差進(jìn)行控制，也就是說(shuō)，當(dāng)干擾一出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測(cè)到的干擾大小和方向按一定規(guī)律去進(jìn)行控制。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)，前饋控制對(duì)于干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時(shí)得多。若系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器能根據(jù)干擾作用的大小和方向就對(duì)被調(diào)節(jié)介質(zhì)進(jìn)行控制來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響，則這種控制就叫做“前饋控制”或“擾動(dòng)補(bǔ)償”。第82頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二KB：測(cè)量變送器的變送系數(shù)；WDZ（S）：干擾通道對(duì)象傳遞函數(shù)；WD（S）：控制通道對(duì)象傳遞函數(shù)；WB（S）：前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。第83頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二前饋控制器的控制規(guī)律為：WB(S)=－WDZ(S)/WD(S)上式說(shuō)明前饋控制的控制規(guī)律完全是由對(duì)象特性決定的，它是干擾通道和控制通道傳遞函數(shù)之商，式中負(fù)號(hào)表示控制作用的方向與干擾作用相反。如果WDZ(S)和WD(S)可以很準(zhǔn)確測(cè)出，且WB(S)完全和上式確定的特性一致，則不論干擾信號(hào)是怎樣的形式，前饋控制都能起到完全補(bǔ)償?shù)淖饔茫贡徽{(diào)量因干擾而引起的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均為零。第84頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二前饋控制的局限性(1).首先表現(xiàn)在前饋控制系統(tǒng)中不存在被調(diào)量的反饋，即對(duì)于補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果沒(méi)有檢驗(yàn)的手段。因而，當(dāng)前饋?zhàn)饔貌](méi)有最后消除偏差時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法得知這一信息而作進(jìn)一步的校正。(2).由于實(shí)際工業(yè)對(duì)象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償它們對(duì)被調(diào)量的影響，勢(shì)必設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，增加了投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。(3).當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)小于控制通道的時(shí)間常數(shù)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。(4).前饋控制模型的精度也受到多種因素的限制，對(duì)象令特性受負(fù)荷和工況等因素的影響而產(chǎn)生偏移，必然導(dǎo)致WDZ(S)和WD(S)的變化，因此一個(gè)事先固定的前饋模型不可能獲得良好的控制質(zhì)量。第85頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二串級(jí)控制第86頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主參數(shù)(主變量)：串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被調(diào)參數(shù)稱為主參數(shù)。副參數(shù)(副變量)：給定值隨主調(diào)節(jié)器的輸出變化，主信號(hào)數(shù)值變化的中間參數(shù)稱為副參數(shù)。主調(diào)節(jié)器(主控制器)：根據(jù)主參數(shù)與給定值的偏差而動(dòng)作，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值的調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，記為WT1(s)。副調(diào)節(jié)器：其給定值由主調(diào)節(jié)器的輸出決定，并根據(jù)副參數(shù)與給定值的偏差動(dòng)作的調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，記為WT2(s)主回路(外回路)：斷開(kāi)副調(diào)節(jié)器的反饋回路后的整個(gè)回路稱為主回路。副回路：由副參數(shù)，副調(diào)節(jié)器及其所包括的一部分對(duì)象等(內(nèi)回路)環(huán)節(jié)所組成的閉合回路稱為副回路，副回路有時(shí)亦稱隨動(dòng)回路。主對(duì)象：主參數(shù)所處的那一部分工藝設(shè)備，它的輸入信號(hào)(惰性區(qū))為副變量，輸出信號(hào)為主參數(shù)，記為WD1(s)。副對(duì)象(導(dǎo)前區(qū))：副參數(shù)所處的那一部分工藝設(shè)備，它的輸入信號(hào)為調(diào)節(jié)量，其輸出信號(hào)為副參數(shù)(副變量)，記為WD2(s)。第87頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二串級(jí)控制仍然是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，主參數(shù)在干擾作用下的控制過(guò)程與單回路控制系統(tǒng)的過(guò)程具有相同的指標(biāo)和形式，但與單回路系統(tǒng)比較，串級(jí)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)串級(jí)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾的能力；(2)串級(jí)控制系統(tǒng)可減小副回路的時(shí)間常數(shù)，改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率；(3)串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力。第88頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二串級(jí)控制系統(tǒng)主副回路和主副調(diào)節(jié)器選擇(1)主副回路的選擇原則(i)副回路應(yīng)該把生產(chǎn)過(guò)程的主要干擾包括在內(nèi)，力求把變化幅度最大、最劇烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定；(ii)選擇副回路時(shí)，應(yīng)力求把盡量多的干擾包括進(jìn)去，以盡量減少它們對(duì)主參數(shù)的影響，提高系統(tǒng)抗干擾能力；(iii)主副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配，串級(jí)控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比，其工作頻率提高了，但這與主副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)選擇是有關(guān)的。原則是兩者相差大一些，效果好一些。(2)主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則（i）主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴(yán)格，同時(shí)在對(duì)副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級(jí)控制方式，主、副調(diào)節(jié)器均可采用比例控制；（ii）要求主參數(shù)波動(dòng)范圍很小，且不允許有余差(穩(wěn)態(tài)誤差)，此時(shí)副調(diào)節(jié)器可采用比例控制，主調(diào)節(jié)器采用比例積分控制；（iii）主參數(shù)要求高，副參數(shù)亦有一定要求，這時(shí)主副調(diào)節(jié)器均采用比例積分控制。第89頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二防止調(diào)節(jié)器積分飽和產(chǎn)生積分飽和的原因：外因是偏差長(zhǎng)期存在內(nèi)因是控制器有積分作用進(jìn)料產(chǎn)品冷卻液θT1θC1θT2θC2θrPID2PID1罐體罐內(nèi)θrθT2θT1冷卻液擾動(dòng)副回路主回路串級(jí)控制系統(tǒng)當(dāng)主、副調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)時(shí)，很容易產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。

主調(diào)節(jié)器產(chǎn)生積分飽和，將使控制不及時(shí)，系統(tǒng)輸出超調(diào)量增加。第90頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二系統(tǒng)正常時(shí)，R2(s)=Y2(s)。則主調(diào)節(jié)器輸出為：將主調(diào)節(jié)器調(diào)整為積分外反饋。即——常規(guī)PI調(diào)節(jié)當(dāng)R2(s)≠Y2(s)時(shí)，則主調(diào)節(jié)器輸出為：——比例調(diào)節(jié)（無(wú)積分）偏置PID2PID1Gp2(s)Gp1(s)RY2Y1抗積分飽和措施：第91頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二串級(jí)控制調(diào)節(jié)器作用方向PID2PID1減溫器過(guò)熱器θrθT2θT11）確定調(diào)節(jié)閥2）確定副對(duì)象特性3）確定副調(diào)節(jié)器的作用方向4）確定主對(duì)象特性5）確定主調(diào)節(jié)器的作用方向氣開(kāi)閥副調(diào)正作用主調(diào)反作用當(dāng)串級(jí)與單回路切換時(shí)，應(yīng)考慮主調(diào)節(jié)器的作用方向的切換由串級(jí)切為單回路時(shí)主調(diào)改為正作用第92頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二調(diào)節(jié)器的選型和整定1.選型1）副調(diào)節(jié)器一般選P調(diào)節(jié)，若主、副環(huán)頻率相差很大，也可選PI。2）主調(diào)節(jié)器一般選PI調(diào)節(jié),若主回路有主要擾動(dòng)也可選PID。2.參數(shù)整定1）逐次逼近法。2）兩步整定法。第93頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二采用串級(jí)調(diào)節(jié)控制的一般條件：*二次擾動(dòng)較頻繁；*較大遲延對(duì)象，且可分成特性相差較大的導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)；*副回路的工作頻率應(yīng)選擇主回路工作頻率的3～10倍第94頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二導(dǎo)前微分控制副回路：主回路：第95頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)引入導(dǎo)前微分信號(hào)縮短了遲延時(shí)間，等效地改善了控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。(2)引入導(dǎo)前微分信號(hào)能減小動(dòng)態(tài)偏差，改善控制品質(zhì)(3)導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)有很強(qiáng)的克服內(nèi)擾的能力第96頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比值控制

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，常需要保持兩個(gè)變量（通常指流量）成比例變化。例如，在直流爐控制中，需保持燃料流量與給水流量成比例變化；在燃燒過(guò)程中，需保持燃料流量與空氣流量成比例變化，以保證燃燒經(jīng)濟(jì)性，然而，目前尚無(wú)法直接或迅速地測(cè)量燃燒經(jīng)濟(jì)性。因此，在這些情況下，需采用比值控制系統(tǒng)，比值控制系統(tǒng)的作用，就在于維持兩個(gè)變量之間的比值關(guān)系。第97頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二比值控制系統(tǒng)中所指的兩個(gè)流量，通常將其中之一G1稱作（或視作）主動(dòng)流量，另一個(gè)流量G2則稱作從動(dòng)流量；通常主動(dòng)流量G1不加控制（G1可能作為其他系統(tǒng)的控制變量，而由別的系統(tǒng)加以控制），以從動(dòng)流量G2作為系統(tǒng)的調(diào)節(jié)變量，通過(guò)改變G2，維持兩個(gè)流量之間的比值關(guān)系。比值控制系統(tǒng)中的被調(diào)量是兩個(gè)流量的比值RR=G2／G1（或R=G1／G2）比值R的求取，通常不是唯一的。第98頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二常見(jiàn)的比值控制系統(tǒng)為單回路的，可分為定值型與隨動(dòng)型兩大類。除此之外，還有采用前饋一反饋復(fù)合控制的串級(jí)型比值控制系統(tǒng)的。定值型單回路比值控制系統(tǒng)第99頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二流量G1、G2經(jīng)檢測(cè)元件轉(zhuǎn)換為信號(hào)IG1、IG2送入除法器后，輸出IR即為代表G1、G2之間比值關(guān)系的函數(shù)的信號(hào)。

IR=IG2／IG1IR作為系統(tǒng)的被調(diào)量，送入調(diào)節(jié)器，與給定值I0相比較，其差值經(jīng)調(diào)節(jié)器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)變量的從動(dòng)流量G2，以保持G1、G2之間的比值關(guān)系。若主動(dòng)流量G1增大，則除法器輸出信號(hào)IR減小，調(diào)節(jié)器輸出增大，使流量G2增加，IR增加。顯然，G1作為主動(dòng)流量，在此系統(tǒng)中是不加控制的。第100頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二隨動(dòng)型單回路比值控制系統(tǒng)主動(dòng)流量G1經(jīng)檢測(cè)裝置轉(zhuǎn)換為信號(hào)IG1，送入乘法器乘以系數(shù)K后，作為從動(dòng)流量G2的給定值引入調(diào)節(jié)器，流量G2作為調(diào)節(jié)變量受調(diào)節(jié)器控制，其流量經(jīng)檢測(cè)裝置后作為反饋信號(hào)送入調(diào)節(jié)器與給定值相平衡。因此，系統(tǒng)是一個(gè)典型的隨動(dòng)系統(tǒng)。第101頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（i）定值型比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：G1、G2之比值作為被調(diào)量，可直接讀出。但由于將比值運(yùn)算環(huán)節(jié)包括在閉環(huán)之內(nèi)，因此盡管采用線性檢測(cè)裝置，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益仍隨負(fù)荷而變；使系統(tǒng)整定比較困難，（ii）隨動(dòng)型比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：由于比值運(yùn)算環(huán)節(jié)沒(méi)有包括在閉環(huán)之內(nèi)，因此系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)比較穩(wěn)定；尤其是采用線性檢測(cè)裝置后，使系統(tǒng)的特性與負(fù)荷（流量）無(wú)關(guān)。因此，系統(tǒng)的整定比較簡(jiǎn)便。（iii）以上兩類系統(tǒng)在采用PI規(guī)律調(diào)節(jié)器后，靜態(tài)時(shí)都能確保G1、G2之比值為給定值，但若要保證G1、G2之比值為定值，則需確保流量轉(zhuǎn)換系數(shù)r1、r2為常數(shù)。反之，在某些情況下，若G1、G2的測(cè)量精度不能保證；如燃燒過(guò)程中，燃煤量的連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量有困難時(shí)，采用上述系統(tǒng)，僅維持流量信號(hào)IG1、IG2之間的比值關(guān)系，仍不能保證實(shí)際物理流量（如燃煤量與空氣量）之間的比值關(guān)系不變，則需考慮引入校正信號(hào)組成串級(jí)型比值控制系統(tǒng)。第102頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二串級(jí)比值控制系統(tǒng)串級(jí)比值控制系統(tǒng)屬前饋一反饋復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)。主被調(diào)量S為能反映G1、G2之間實(shí)際比值關(guān)系的參數(shù)，通常為成分。主調(diào)節(jié)器PI1的作用是維持S為給定值S0，即維持實(shí)際流量G1、G2之間為最佳比值。由于通常S對(duì)G1、G2的響應(yīng)而有較大遲延，因而PI1的輸出IT1不直接控制調(diào)節(jié)變量G2，僅對(duì)流量信號(hào)IG1、IG2之間比值關(guān)系起校正作用。第103頁(yè)，共121頁(yè)，2023年，2月20日，星期二SAMA圖(ScientificApparatusMakersAssociation）○測(cè)量或信號(hào)讀出功能□自動(dòng)信號(hào)處理，一般表示控制柜中儀表的功能

手動(dòng)信號(hào)處理，一般表示在盤臺(tái)儀表的功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)

用SAMA圖例表達(dá)回路方框圖時(shí)，常將一些符號(hào)畫在一起，這表示一個(gè)具