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1、第四節(jié) 單回路控制系統(tǒng)和 復(fù)雜控制系統(tǒng) 在熱工生產(chǎn)過程 控制中，最基本 的且應(yīng)用最多的 是單回路控制系 統(tǒng) 其他各種復(fù)雜控 制系統(tǒng)都是在單 回路控制系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來 的 僅有一個(gè)測量變送器、一個(gè)控制 器和一個(gè)執(zhí)行器（包括控制機(jī) 構(gòu)），連同被控對象組成的閉環(huán) 負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 一、單回路控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng)的分析與整定 （一）被控量的選擇 被控量是表征生產(chǎn)過程是否符合工藝 要求的物理量。 為了提高測量的靈敏度、減小遲延， 應(yīng)采用先進(jìn)的測量方法，選擇合理的 取樣點(diǎn)，正確合理的安裝檢測元件。 （二）控制量的選擇 原則上選擇工藝上允許作為控
2、制手 段的變量作為控制量，一般不應(yīng)選 擇不可控的變量作為控制量。 （四）影響系統(tǒng)控制質(zhì)量的 主要因素 對于單回路控制系統(tǒng)，雖然控制對 象的動態(tài)特性和調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇 對控制過程品質(zhì)有決定性影響，但 是測量元件、變送器、執(zhí)行器、控 制機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)劣對控制系統(tǒng)的工 作也有不容忽視的影響。 1、測量元件 主要由傳感器構(gòu)成。測量元件的慣性 大小對控制品質(zhì)產(chǎn)生影響。因此任何 一種測量單元都具有時(shí)間常數(shù)，其動 態(tài)特性可以用一階慣性環(huán)節(jié)來表示。 在單回路反饋控制系統(tǒng)分析時(shí)，為了 突出回路中的主要環(huán)節(jié)，常將測量單 元視為一個(gè)比例環(huán)節(jié) 2、變送器 轉(zhuǎn)換時(shí)間常
3、數(shù)較小，對控制品質(zhì)影響不大。 但是變送器的穩(wěn)定性和線性度對控制系統(tǒng) 工作品質(zhì)影響較大。 由測量元件和變送器組成的測量單元中， 時(shí)間常數(shù)的存在對系統(tǒng)的工作影響最大 為了減小測量單元中慣性的影響，應(yīng)盡量 減小測量元件的慣性。可采取的措施有采 用快速測量元件，合理選擇變送器的安裝 位置，盡量縮短信號取樣管道的長度，以 減小容積遲延等。 3、執(zhí)行器和控制機(jī)構(gòu) 將控制器輸出的弱強(qiáng)度控制信號 進(jìn)行功率放大，轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移 輸出 執(zhí)行器和控制機(jī)構(gòu)均安裝于生產(chǎn) 現(xiàn)場，外界環(huán)境較為惡劣。因此 它們的性能好壞對控制系統(tǒng)的工 作品質(zhì)有很大的影響。 執(zhí)行器按驅(qū)動源不同可分為電動 執(zhí)行器，氣動執(zhí)行器和液
4、動執(zhí)行 器三大類。 無論是電動還是氣動其動作的遲 延和慣性都是比較小的 ，在控 制系統(tǒng)中可作為比例環(huán)節(jié)來處理。 控制機(jī)構(gòu)在控制系統(tǒng)中的作用極 為重要，其性能的優(yōu)劣直接影響 自動控制系統(tǒng)能否投入運(yùn)行。電 廠中應(yīng)用較多的控制機(jī)構(gòu)是各種 控制閥門和風(fēng)門擋板。 由于閥門的時(shí)間常數(shù)都很小，因 此從其動態(tài)特性看，可認(rèn)為是比 例環(huán)節(jié)。 單回路控制系統(tǒng)的整定 被控對象的動態(tài)特性是不容易改變 的，要取得滿意的控制效果，就要 設(shè)置合適的調(diào)節(jié)器參數(shù)，因此單回 路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定實(shí)際上就是 調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定問題。 整定方法 理論計(jì)算整定法，這種方法所得到 的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必 須通過工程實(shí)
5、際進(jìn)行調(diào)整和修改。 工程整定法，主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)， 直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且 方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際 中被廣泛采用。 1、串級調(diào)節(jié)系統(tǒng) 對于時(shí)間常數(shù)較大，有較大遲延的 調(diào)節(jié)對象，在某些場合下即使采用 PID調(diào)節(jié)規(guī)律依然不能得到滿意的調(diào) 節(jié)品質(zhì)，這時(shí)可采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 例如：鍋爐過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用串級工作 方式。 二、復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng) 與單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)的區(qū)別在于有 兩個(gè)調(diào)節(jié)器，兩個(gè)閉合回路（內(nèi)回 路和外回路） 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)： （ 1）由于副回路具有快速性，因此， 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)對進(jìn)入副回路的擾動有 很強(qiáng)的克服能力 （ 2）由于副回路起了改善調(diào)節(jié)
6、對象動 態(tài)特性的作用，從而提高了整個(gè)系統(tǒng) 的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 例如：過熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 其中間被調(diào)量就是減溫器后的汽溫， 汽溫調(diào)節(jié)器除接受過熱器出口溫度 信號外，還同時(shí)接受減溫器后的汽 溫的微分信號。 2、采用中間被調(diào)量微分信號 的調(diào)節(jié)系統(tǒng) 這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：調(diào)節(jié)器除了 接受調(diào)節(jié)對象的主被調(diào)量信號外， 還接受一個(gè)中間被調(diào)量 信號。由 于中間被調(diào)量的響應(yīng)比主被調(diào)量 快，因此，這個(gè)微分信號起著導(dǎo) 前作用，以補(bǔ)償主被調(diào)量的滯后。 在穩(wěn)態(tài)時(shí)，中間被調(diào)量微分信號 等于零，調(diào)節(jié)器維持主被調(diào)量為 給定值。 按擾動進(jìn)行的調(diào)節(jié)稱為前饋調(diào)節(jié)。 前饋調(diào)節(jié)是開環(huán)調(diào)節(jié)，不構(gòu)成閉合 回路。 3、前饋 反饋控制系統(tǒng)
7、 前饋調(diào)節(jié)器根據(jù)擾動的大小和方 向，按一定的規(guī)律輸出一信號加 到反饋調(diào)節(jié)器上，通過調(diào)節(jié)作用 達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。如果這種前饋 作用恰到好處，可以使被調(diào)量不 會由于擾動而產(chǎn)生偏差，在理想 情況下，被調(diào)量的變化應(yīng)等于零。 盡管按照完全補(bǔ)償?shù)脑瓌t來設(shè)計(jì)的 前饋調(diào)節(jié)器不易實(shí)現(xiàn)，但是采用前 饋調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)局部補(bǔ)償，以改善調(diào) 節(jié)品質(zhì)，卻是完全有可能的。 由于前饋調(diào)節(jié)是一種開環(huán)調(diào)節(jié)，所 以在局部補(bǔ)償?shù)臈l件下還必須采用 反饋調(diào)節(jié)，以確保被調(diào)量在穩(wěn)態(tài)時(shí) 能恢復(fù)到給定值。 當(dāng)生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)要求高，而反饋控制又 不能滿足所要求的調(diào)節(jié)品質(zhì)時(shí)，可以考慮 采用前饋 反饋調(diào)節(jié)，其選用的原則： （ 1）若調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)通道的遲延時(shí)間較 大，反饋調(diào)節(jié)達(dá)不到良好的調(diào)節(jié)效果時(shí)。 可以引入前饋調(diào)節(jié) （ 2）如果系統(tǒng)中存在著經(jīng)常變動、可測 而不可控的擾動時(shí) ,反饋調(diào)節(jié)難以克服擾動 對被調(diào)量的顯著影響。這時(shí)為了改善調(diào)節(jié)品 質(zhì)，可以引入前饋調(diào)節(jié)。 4、比值控制系統(tǒng) 要求兩種物料流量保持一定的 比例關(guān)系
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