过程控制李国勇著第5章简单控制系统.ppt

第5章简单控制系统
目录
简单控制系统的分析
简单控制系统的设计
简单控制系统的参数整定
简单控制系统的投运
利用MATLAB对简单控制系统进行仿真
本章小结
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所谓简单控制系统,通常是指仅由一个被控过程(或称被控对象)、一个测量变送装置、一个控制器(或称调节器)和一个执行器(如调节阀)所组成的单闭环负反馈控制系统,也称为单回路控制系统。
简单控制系统是最基本的,约占目前工业控制系统的80%以上。即使是复杂控制系统也是在简单控制系统的基础上发展起来的。至于高等过程控制系统,往往把它作为最低层的控制系统。
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简单控制系统的分析
控制系统的工作过程
锅炉是生产蒸汽的设备,几乎是工业生产中不可缺少的设备。保持锅炉汽包内的液(水)位高度在规定范围内是非常重要的:
若水位过低,则会影响
产汽量,且锅炉易烧干
而发生事故;
若水位过高,生产的蒸
汽含水量高,会影响蒸
汽质量。
锅炉汽包液位是一个
重要的工艺参数。
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为了保持液位为定值,手动控制时有三步:
①观察被控变量的数值,即汽包的液位;
②把观察到的实际液位与设定值加以比较,根据两者的偏差大小或随时间变化的情况,做出判断并发布命令;
③根据命令操作给水阀,控制进水量,使液位回到设定值。
采用检测仪表、自动控制装置和被控的对象就组成了一个简单的过程控制系统,此时系统就成为自动控制系统。
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锅炉汽包液位自动控制系统的工作过程。
当该系统受到扰动作用:
被控变量(液位)发生变化,通过液位测量变送仪表LT得到其测量值,并将其传送到液位控制器LC;
在LC中,将被控变量(液位)的测量值与设定值比较得到偏差,对偏差经过
一定的运算后,输出
控制信号;
控制信号
作用于执行器(在此
为调节阀),改变给
水量,以克服扰动的
影响,使被控变量回
到设定值。
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过程控制系统的工作过程就是应用负反馈原理的控制过程。
锅炉汽包液位控制系统用方框图表示,可得锅炉汽包液位控制系统的原理结构图,如图5-3所示。
图5-3 锅炉汽包液位控制系统的结构图
锅炉汽包
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简单控制系统的组成
根据锅炉汽包液位控制系统的结构图,可得简单控制系统的结构图。将各个环节分别用传递函数描述后,可得简单控制系统方框图。
图5-4 简单控制系统的结构图
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被控对象Go(s) 、测量变送装置Gm(s)、执行器Gv(s)和控制器Gc(s) 。
被控过程的输出信号(被控变量)y(t)通过测量变送装置后将其变换为测量值ym(t),并将测量值反馈到控制器的输入端;
控制器根据系统被控变量的设定值r(t)与测量值ym(t)的偏差e(t),按照控制算法输出控制量u(t);
执行器根据控制器送来的控制信号u(t),通过改变操纵变量μ(t)的大小,对被控对象进行调节,克服扰动d(t)对系统的影响,从而使被控变量y(t)趋于设定值r(t) 。
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得到简单控制系统的输出与输入的关系为
当生产过程平稳运行时,D(s)=0。此时系统的主要任务是要求输出Y(s)能快速跟踪设定值R(s),系统的输出Y(s) 仅与设定值R(s)有关,即
当设定值R(s)在一定时间内保持不变,即R(s)=0。此时系统的主要任务是克服扰动D(s)对输出Y(s)的影响,系统的输出Y(s)仅与扰动D(s)有关,即
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