第6章簡單控制系統的設計與參數整定6.1簡單控制系統的結構與組成6.2簡單控制系統設計6.3調節規律對控制品質的影響與調節規律選擇6.4調節器參數的工程整定方法6.5簡單控制系統設計實例簡單控制系統的結構

四個環節組成被控變量的選擇控制變量的選擇控制參數的整定簡單控制系統的設計

閉環負反饋控制規律的選擇給定值＋－測量變送器控制器執行器對象操作量被控變量干擾6.1簡單控制系統的結構與組成指由一個測量變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構成的單閉環控制系統。

第6章簡單控制系統的設計與參數整定TC206后續字母表示儀表功能第1位數字表示工段號后續數字表示儀表序號第1位字母表示被控參數LCTT儀表符號標準控制系統原理方框圖給定值＋－測量變送器控制器執行器對象操作量被控變量干擾熱物料載熱介質冷物料熱交換器TTTC控制系統工藝流程圖Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－控制系統原理方框圖（傳遞函數）被控變量影響變量6.2簡單控制系統設計1.過程控制系統方案設計的基本要求生產過程對過程控制系統的要求可簡要歸納為安全性、穩定性和經濟性三個方面。2.過程控制系統設計的主要內容過程控制系統設計包括控制系統方案設計、工程設計、工程安裝和儀表調校、調節器參數整定等四個主要內容。其中控制方案設計是控制系統設計的核心。3.過程控制系統設計的步驟1）掌握生產工藝對控制系統的技術要求2）建立被控過程的數學模型3）確定控制方案包括控制方式和系統組成結構的確定，是過程控制系統設計的關鍵步驟。

4）控制設備選型5）實驗（或仿真）驗證其中最關鍵的設計是：被控參數與控制變量的選擇6.2.2被控參數與控制變量的選擇6.2.2.1被控參數的選擇被控變量—生產過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規律變化）的變量。合理選擇被控變量，關系到生產工藝能否達到穩定操作、保證質量、保證安全等目的。被控變量的選擇依據：1、根據生產工藝的要求，找出影響生產的關鍵變量作為被控變量例1儲槽液位控制系統工藝要求儲槽液位穩定。那么設計的控制系統就應以儲槽液位為被控變量。LCTTh例2換熱器出口溫度控制系統工藝要求出口溫度為定值。那么設計的控制系統就應以出口溫度為被控變量。熱物料載熱介質冷物料熱交換器TTTC2、當不能用直接工藝參數作為被控變量時，應選擇與直接工藝參數有單值函數關系的間接工藝參數作為被控變量。例3化工的精餾物純度控制系統精餾工藝是利用被分離物中各組分的揮發溫度不同，將各組分分離。如圖將苯—甲苯混合液進行分離。苯—甲苯苯甲苯

該精餾塔的工藝要求是要使塔頂（或塔底）餾出物達到規定的純度。按照被控變量的選擇原則1，塔頂（或塔底）餾出物的組分應作為被控變量。但是，沒有合適的儀表在線檢測餾出物的純度，則不能直接作為被控變量。苯甲苯

苯—甲苯只好在與餾出物的純度有單值關系的工藝參數中，找出合適的變量作為被控變量，進行間接參數控制。經工藝分析發現，塔內壓力和塔內溫度都對餾出物純度有影響。需要對二者進行比較試驗，選出一個合適的變量。苯甲苯

苯—甲苯間接控制參數的確定經試驗得出，塔頂餾出物苯的濃度分別與壓力和溫度有單值對應關系。（塔底餾出物甲苯也一樣）從工藝合理性考慮，選擇溫度作為被控變量(工藝要求塔壓力要穩定)。

3、被控變量必須有足夠大的靈敏度被控變量必須靈敏，容易被測量。4、選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性上例中，選擇塔內溫度作被控變量，就是考慮了工藝上，塔內壓力要固定。上例中，若塔頂、塔底的產品純度都分別設置溫控系統，會相互干擾，存在關聯。因此，若采用簡單控制系統，只能設置一個溫控系統，保證塔頂或塔底一端的產品質量。6.2.2.2控制變量選擇把用來克服干擾對被控變量的影響，實現控制作用的變量稱為控制變量或操縱變量。最常見的操縱變量是介質的流量，也有以轉速、電壓等作為操縱變量的。LCTTh給定值＋－測量變送器控制器執行器對象操縱量被控變量干擾控制變量的確定被控變量選定以后，應對工藝進行分析，找出所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是可控的，有些是不可控的。在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；其它未被選中的因素則視為系統的干擾。被控變量影響變量1．過程（通道）靜態特性K對控制品質影響的分析確定控制變量要考慮：2．過程（通道）動態特性T對控制品質的影響被控變量影響變量1．過程（通道）靜態特性對控制品質的影響如圖所示為單回路控制系統的等效框圖。Gc(s)—控制器的傳遞函數；Go(s)—廣義控制通道（包括執行器和變送器）的傳遞函數；Gf(s)—擾動通道的傳遞函數。Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－被控參數y(t)受到設定信號x(t)和干擾信號f(t)的共同影響：干擾通道控制通道Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－代入系統偏差公式中：將可見，控制通道偏差和干擾通道偏差的傳函分母是一樣的。將Gc(s)、Go(s)代入：Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－K0越大，控制作用越強，穩態誤差越??；K0越大，被調參數對控制作用的反應越靈敏，系統的閉環穩定性越低。Kf越大，干擾作用越強，穩態誤差越大。故應選放大系數大的變量作為控制變量。Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－K0越大，控制作用越強，穩態誤差越?。籏0越大，被調參數對控制作用的反應越靈敏，系統的閉環穩定性越低。Kf越大，干擾作用越強，穩態誤差越大。故對于控制通道，應選放大系數大的變量作為控制變量對于控制通道，Kf越小越好。2．過程（通道）動態特性對控制品質的影響1）干擾通道動態特性對控制品質的影響

2）控制通道動態特性對控制品質的影響GCGVGO2GFGmfreGO1y2．過程（通道）動態特性對控制品質的影響1）干擾通道動態特性對控制品質的影響

干擾通道的慣性因子（Tfs+1）使干擾作用的影響緩慢。Tf

越大，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。

Gc(s)Gf(s)Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－因為，τf使干擾對被控變量的影響推遲了τf時間，則控制作用也推遲τf時間，整個過渡過程曲線也推遲時間τf

，但控制品質未變。干擾通道純滯后τf不影響控制質量。含有e–τfs例：某控制系統中，干擾f1、f2、f3分別在三個位置進入系統。干擾離被控變量檢測點越遠，則干擾通道的時間常數越大，對被控變量的影響越慢。

干擾進入系統的位置離被控變量檢測點越遠，則Tf

越大，控制時最大偏差越小。f1(t)通道慣性小，受干擾后被調參數變化速度快；當控制作用見效時，被調參數已經變化較大——造成動態偏差較大。所以擾動進入系統的位置離被控參數檢測點越遠，干擾對被控參數影響越小。y(t)yk(t)tyyk(t)yy(t)tyk(t)yy(t)t

2）控制通道動態特性對控制品質的影響tGCGVGO2GFGmfreGO1y控制通道G01的時間常數T01增大，使控制速度變慢，最大偏差增大。G02是控制、干擾共用通道，T02不影響最大偏差y2(t)yk(t)yy1(t)y2(t)yk(t)tyy1(t)τ01控制通道G01的純滯后

，使控制作用滯后τ01到達，造成控制偏差增大。G02是控制、干擾共用通道，干擾作用滯后τ02產生，但控制作用再滯后τ02到達，同樣造成控制偏差增大。y2(t)yk(t)tyy1(t)2τ02τ02GCGVGO2GFGmfreGO1y因此，控制通道時間常數T0小一些好。表明控制變量對被控變量的影響迅速，有利于控制?？刂仆ǖ兰儨螃?越小越好。τ0會使控制時間延長、最大偏差增大。

控制變量的選擇原則：1、控制通道應當放大系數大、時間常數小、純滯后越小越好。2、控制變量應是工藝上允許控制的變量，并且要考慮工藝的合理性與生產的經濟性。

例1中，影響儲槽液位的主要因素有：液體流入量和液體流出量。這兩個變量影響力相當，顯然，液體流出量可控。故選液體流出量作為控制變量。LCTThQiQo例2中，影響出口溫度的主要因素有：載熱介質溫度、載熱介質流量、冷物料溫度、冷物料流量等。顯然，載熱介質流量影響力最大且可控。故選載熱介質流量作為控制變量。熱物料載熱介質冷物料熱交換器TTTCQrQiTiTr例3中，若選擇提餾段某塊塔板（靈敏板）的溫度作為被控變量。那么，影響靈敏板溫度T靈的因素主要有：

TT進料的流量（Q入）、進料的成分（x入）、進料的溫度（T入），回流的流量（Q回）、回流的溫度（T回），加熱蒸汽流量（Q蒸）、冷凝器冷卻溫度等。

這些影響因素分為可控的和不可控的兩大類：回流量和蒸汽流量為可控因素其它基本為不可控因素

TT1、蒸汽流量對提餾段溫度影響比回流量對提餾段溫度影響更迅速、更顯著。2、從節能角度來講，控制蒸汽流量比控制回流量消耗的能量要小。在兩個可控因素中，選蒸汽流量為操縱變量。因為：

TT上節教學內容(15)第5章被控過程的數學模型5.4測試法建模給定值被控量干擾f

控制器變送器執行器被控對象+e實測值－第6章簡單控制系統的設計與參數整定6.1簡單控制系統的結構與組成6.2簡單控制系統設計簡單控制系統的結構

四個環節組成被控變量的選擇控制變量的選擇控制參數的整定簡單控制系統的設計

閉環負反饋控制規律的選擇給定值被控量干擾f

控制器變送器執行器被控對象+e實測值－被控變量的選擇依據：1、根據生產工藝的要求，找出影響生產的關鍵變量作為被控變量2、當不能用直接工藝參數作為被控變量時，應選擇與直接工藝參數有單值函數關系的間接工藝參數作為被控變量。3、被控變量必須有足夠大的靈敏度4、選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性控制變量的確定被控變量選定以后，應對工藝進行分析，找出所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是可控的，有些是不可控的。在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；其它未被選中的因素則視為系統的干擾。給定值被控量干擾f

控制器變送器執行器被控對象+e實測值－本節教學內容(16)給定值被控量干擾f

控制器變送器執行器被控對象+e實測值－第6章簡單控制系統的設計與參數整定6.2簡單控制系統設計6.3調節規律對控制品質的影響與調節規律選擇6.4調節器參數的工程整定方法6.5簡單控制系統設計實例6.2.3檢測環節、執行器及調節器正負作用選擇6.2.3.1傳感器、變送器選擇

6.2.3.2執行器的選擇6.2.3.3調節器正反作用的選擇6.2簡單控制系統設計給定值被控量干擾f

控制器變送器執行器被控對象+e實測值－6.2.3檢測環節、執行器及調節器正負作用選擇6.2.3.1傳感器、變送器選擇1．按照生產過程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合適的測量范圍（量程）與精度等級。2．測量儀表反應慢，會造成測量失真。應盡可能選擇時間常數小的傳感器、變送器,或引入微分環節。OtOtTmTmx(t)y(t)x(t)y(t)克服傳輸滯后的對策電氣轉換器電信號氣電轉換器引起原因傳遞滯后即信號傳輸滯后，主要是由于氣壓信號在管路傳送過程中引起的滯后(電信號的傳遞滯后可以忽略不計)?，F場控制中心（檢測變送器、執行器）（調節器、顯示器）3．合理選擇檢測點，避免測量造成對象純滯后τ0圖6.15pH值控制系統圖pHTLTLCpHC中和槽貯酸槽l04．測量信號的處理測量信號的校正與補償、測量噪聲的抑制、測量信號的線性化處理。

6.2.3.2執行器的選擇1．調節閥工作區間的選擇正常工況下，調節閥的開度應在15%～85%區間。據此原則計算、確定控制閥的口徑尺寸。2．調節閥的流量特性選擇按補償對象特性的原則選取。3．調節閥的氣開、氣關作用方式選擇按控制信號中斷時，保證生產設備安全的原則確定。6.2.3.3調節器正反作用的選擇負反饋控制系統的控制作用對被控變量的影響應與干擾作用對被控變量的影響相反，才能使被控變量值回復到給定值。為了保證負反饋，必須正確選擇調節器的正反作用。給定值＋－測量變送器控制器執行器對象操作量被控變量干擾為了說明選擇方法，先定義作用方向：當某個環節的輸入增加時，其輸出也增加，稱該環節為“正作用”；反之，稱為“反作用”。按此定義：變送器都是正作用氣開閥是正作用，氣關閥是反作用被控對象有的正作用，有的反作用控制器作用方向以測量輸入與輸出的關系定義：正作用：測量值–給定值反作用：給定值–測量值

MPa0100%0.020.060.10A閥B閥MPa0100%0.020.060.10A閥B閥A、B均為正作用閥A、B均為反作用閥氣開閥是正作用，氣關閥是反作用控制系統中，各個環節的作用方向組合不當的話，會使系統構成正反饋，不但不能起控制作用，反而會破壞生產過程的穩定。因為執行器和對象有正、反作用，為了保證控制系統負反饋，調節器必須有正、反作用之調整。偏差控制器執行器對象變送器給定值被調參數干擾—測量值正作用反作用正作用正作用＋調節器正反作用的確定原則：保證系統構成負反饋簡單的判定方法：閉合回路中有奇數個反作用環節。偏差控制器執行器對象變送器給定值被調參數干擾－測量值反作用正作用正作用正作用＋例1：加熱爐出口溫度控制系統負反饋驗證：設某時刻燃料壓力↑→燃料流量↑→爐溫↑→出料溫度↑→TC輸入↑→TC輸出↓→閥關小→爐溫↓→出料溫度↓TTTC反正正正燃料出料例2：儲槽液位控制系統LTLCM正正正反出料負反饋驗證：設某時刻進料量↑→液位↑→LC輸入↑→LC輸出↑→閥開大→出料量↑→液位↓例題：下圖是鍋爐的液位的控制系統圖，試確定控制系統中各個環節的正、反作用方向以及控制閥的氣開、氣關形式。LC給水PC燃料燃燒室解：①單回路液位控制系統：對象：供水量增加時，液位升高，故是“+”方向執行器：從鍋爐安全的角度來看，應選“氣關閥”即“－”方向，以便當信號中斷時，能繼續供水。控制器：應為“+”方向控制器執行器鍋爐汽包測量變送器LsLf(干擾變量）Lme=Lm

－Lsum正負正補充題：圖為一蒸汽加熱器，利用蒸汽將物料加熱到所需溫度后排出，試問：①影響物料出口溫度的主要因素有哪些？一般情況下，其中哪些為可控量，哪些為不可控量？②如果要設計一溫度控制系統，一般應選擇什么量為被控變量和操縱變量？為什么？③如果物料溫度過高時會分解，試確定控制閥的氣開、氣關形式和控制器的正、反作用方向？

答：①影響物料出口溫度的主要因素有：加熱蒸汽的流量、壓力；被加熱物料的流量、入口溫度；傳熱情況等。一般情況下，可控量為加熱蒸汽流量，其它量為不可控量。②如果要設計一溫度控制系統，一般應選擇加熱器內的物料溫度或物料出口溫度為被控變量，這是工藝生產中的主要直接操作指標。應選擇加熱蒸汽量為操縱變量，因為它是可控量，而且對物料溫度的影響較顯著。（3）應選氣開閥，反作用控制器。答：①影響物料出口溫度的主要因素有：加熱蒸汽的流量、壓力；被加熱物料的流量、入口溫度；傳熱情況等。一般情況下，可控量為加熱蒸汽流量，其它量為不可控量。②如果要設計一溫度控制系統，一般應選擇加熱器內的物料溫度或物料出口溫度為被控變量，這是工藝生產中的主要直接操作指標。應選擇加熱蒸汽量為操縱變量，因為它是可控量，而且對物料溫度的影響較顯著。（3）應選氣開閥，反作用控制器。干擾作用

T給定值控制器執行器蒸汽加熱器f溫度測量元件與變送器Tse=Tm－TsumTm偏差－控制信號操縱變量出口溫度正正反正課堂測驗：

補充題4：有一冷卻器，以冷卻水作為冷劑，來冷卻物料溫度，現選擇冷卻水流量為操縱變量，物料出口溫度為被控變量。試確定在下述三種情況下的控制閥氣開、氣關型式和控制器的正反作用方向。①被冷卻物料溫度不能太高，否則對后續生產不利；②被冷卻物料溫度不能太低，否則易凝結；③冷卻器置于室外，而該地區冬季溫度最低達0℃以下。課堂測驗：

補充題4：有一冷卻器，以冷卻水作為冷劑，來冷卻物料溫度，現選擇冷卻水流量為操縱變量，物料出口溫度為被控變量。試確定在下述三種情況下的控制閥氣開、氣關型式和控制器的正反作用方向。①被冷卻物料溫度不能太高，否則對后續生產不利；②被冷卻物料溫度不能太低，否則易凝結；③冷卻器置于室外，而該地區冬季溫度最低達0℃以下。答：①氣關型，反作用②氣開型，正作用③氣關型，反作用控制器執行器冷卻器測量變送器LsLf(干擾變量）Lme=Lm

－Lsum負正？正6.3調節規律對控制品質的影響與調節規律選擇

最簡單的調節規律是位式調節規律。根據偏差e的正、負，調節器輸出只有兩個位置：0或100%。0e100%調節器輸出兩位式調節的特性位式調節下，被控參數不能穩定在給定值上。要獲得平穩的高精度的調節，必須采用連續調節規律。確定調節系統的方案時，要根據對象的特性和工藝要求，選擇合適的調節規律，使組成的調節系統滿足預期的品質指標。比例調節的特點：比例調節器對于偏差是即時反應，偏差一旦產生，調節器立即產生控制作用使被控量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強弱取決于比例系數。只有當偏差發生變化時，控制量才變化。是最基本，最主要，應用最普遍的規律缺點：不能消除靜差；過大，會使動態質量變壞，引起被控量振蕩甚至導致閉環不穩定。

適用場合:干擾少擾動幅度小，負荷變化不大，滯后少，精度不高6.3調節規律對控制品質的影響與調節規律選擇

積分控制作用是力圖消除余差。調節器的輸出與偏差存在的時間有關。只要偏差不為零，輸出就會隨時間不斷增加，并減小偏差，直至消除偏差，控制作用不再變化，系統才能達到穩態。純積分控制的缺點是降低響應速度。輸出變化總是滯后于偏差的變化，不能夠及時有效克服擾動的影響，所以不能單獨使用特點1）可以消除余差；2）克服干擾不及時；3）穩定性差。微分調節的特點：在偏差出現或變化的瞬間，產生一個正比于偏差變化率的控制作用，它總是反對偏差向任何方向的變化，偏差變化越快，反對作用越強。故微分作用的加入將有助于減小超調，克服振蕩，使系統趨于穩定。它加快了系統的動作速度，減小調整時間，從而改善了系統的動態性能。

缺點：太大，易引起系統不穩定。

微分控制的優點：能加快系統的控制速度。缺點：偏差存在但不變化時，無控制作用。將比例、積分、微分三種調節規律結合在一起，只要三項作用的強度配合適當，既能快速調節，又能消除余差，可得到滿意的控制效果。u在PID調節中，比例作用是基礎；微分作用可以加快系統控制速度，減小超調；積分作用可以消除靜差。但不是任何對象都是用PID控制最好。對某一對象，用不同控制規律時階躍干擾過程比較被控變量t無控制作用PPDPIDPI6.3.1.4（PID）調節對系統控制品質的影響上節教學內容(16)給定值被控量干擾f

控制器變送器執行器被控對象+e實測值－第6章簡單控制系統的設計與參數整定6.2簡單控制系統設計6.3調節規律對控制品質的影響與調節規律選擇本節教學內容(17)

給定值被控量干擾f

控制器變送器執行器被控對象+e實測值－第6章簡單控制系統的設計與參數整定6.4調節器參數的工程整定方法6.5簡單控制系統設計實例第7章復雜控制系統6.3調節規律對控制品質的影響與調節規律選擇6.3.2調節規律的選擇1、比例控制（P）適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝上沒有提出無差要求的系統，2、比例積分控制（PI）適用于控制通道滯后較小、負荷變化不大、工藝參數不允許有余差的系統。3、比例微分控制（PD）適用于控制通道滯后較大的系統。例如加熱較慢的溫度控制系統。4、比例積分微分控制（PID）適用于容量滯后較大、負荷變化大、控制質量要求較高的系統，應用最普遍的是溫度控制系統與成分控制系統。

TTTC也可根據τ0/T0來選擇調節器的調節規律：

τ0/T0＜0.2，用P或PI0.2＜τ0/T0＜0.1，用PD或PID

τ0/T0＞0.1，用簡單控制系統效果不好。調節規律優點缺點應用P靈敏、簡單，只有一個整定參數；存在靜差負荷變化不顯著，工藝指標要求不高的對象。PI能消除靜差，又控制靈敏對于滯后較大的對象，比例積分調節太慢，效果不好。應用于調節通道容量滯后較小、負荷變化不大、精度要求高的調節系統。例如，流量調節系統。PD增進調節系統的穩定度，可調小比例度，而加快調節過程，減小動態偏差和靜差系統對高頻干擾特別敏感，系統輸出易夾雜高頻干擾。應用于調節通道容量滯后較大，但調節精度要求不高的對象。PID綜合了各類調節作用的優點，所以有更高的調節質量。對于滯后很大，負荷變化很大的對象，PID調節也無法滿足要求，應設計復雜調節系統應用于調節通道容量滯后較大、負荷變化較大、精度要求高的對象。6.4調節器參數的工程整定方法在控制系統設計或安裝完畢后，被控對象、測量變送器和執行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。只能通過控制器參數的工程整定，來調整控制系統的穩定性和控制質量?？刂破鲄档恼?，就是按照已定的控制方案，求取使控制質量最好的控制器參數值。具體來說，就是確定最合適的控制器比例度P、積分時間TI，和微分時間TD。給定值＋－測量變送器控制器執行器對象操作量被控變量干擾控制器參數整定的方法很多，主要有兩大類，一類是理論計算的方法，另一類是工程整定法。理論計算的方法是根據已知的各環節特性及控制質量的要求，通過理論計算出控制器的最佳參數。這種方法由于比較繁瑣、工作量大，計算結果有時與實際情況不甚符合，故在工程實踐中長期沒有得到推廣和應用。工程整定法是在已經投運的實際控制系統中，通過試驗或探索，來確定控制器的最佳參數。這種方法是工藝技術人員在現場經常使用的。6.4調節器參數的工程整定方法

6.4.1穩定邊界法（臨界比例度法）6.4.2衰減曲線法6.4.3響應曲線法6.4.4經驗法

6.4.1穩定邊界法（臨界比例度法）

屬于閉環整定方法，根據純比例控制系統臨界振蕩試驗所得數據（臨界比例度Pm和振蕩周期Tm），按經驗公式求出調節器的整定參數。（1）置調節器Ti，Td=0，比例度P較大值，將系統投入運行。（2）逐漸減小P，加干擾觀察，直到出現等幅減振蕩為止。記錄此時的臨界值Pm和Tm。y(t)Tm

系統臨界振蕩曲線t根據Pm和Tm，按經驗公式計算出控制器的參數整定值。

整定參數調節規律P（%）Ti

Td

P 2Pm ————PI 2.2Pm0.85Tm——PID1.7Pm 0.50Tm0.125Tm表6.1

穩定邊界法整定參數計算表穩定邊界方法在下面兩種情況下不宜采用：

臨界比例度過小時，調節閥容易游移于全開或全關位置，對生產工藝不利或不容許。例如，一個用燃料油加熱的爐子，如果閥門發生全關狀態就要熄火。

工藝上的約束條件嚴格時，等幅振蕩將影響生產的安全。

方法：（1）把調節器設成比例作用（Ti=∞，Td=0），置于較大比例度，投入自動運行。（2）在穩定狀態下，階躍改變給定值（通常以5%左右為宜），觀察調節過程曲線。（3）適當改變比例度，重復上述實驗，到出現滿意的衰減曲線為止。記下此時的比例度Ps及周期Ts。n=10:1時，記P’s及TsTsTr6.4.2衰減曲線法也屬于閉環整定方法，但不需要尋找等幅振蕩狀態，只需尋找最佳衰減振蕩狀態即可。（4）按表6-2（n=4:1）或按表6-3（n=10:1）求得各種調節規律時的整定參數。表6.2衰減比為4:1時，整定參數計算表表6.3衰減比為10:1時，整定參數計算表0.1Ts0.3Ts0.8PsPID

——0.5Ts1.2PsPI————PsPTdTiP（%）整定參數調節規律0.4Ts1.2Tr0.8P'sPID

——2Tr1.2P'sPI————P'sPTdTiP（%）整定參數調節規律6.4.3響應曲線法屬于開環整定方法。以被控對象控制通道的階躍響應為依據，通過經驗公式求取調節器的最佳參數整定值。方法：不加控制作用，作控制通道特性曲線。給定值＋－測量變送器控制器執行器對象被控變量根據實驗所得響應曲線，找出廣義對象的特性參數K0、T0、τ0，用表6-4的經驗公式求整定參數。T0τ0此方法在不加控制作用的狀態下進行，對于不允許工藝失控的生產過程，不能使用。表6.4響應曲線法整定參數的公式0.5τ02τ0PID——3.3τ0PI————PTdTiP（%）整定參數調節規律6.4.4經驗法憑經驗湊試。其關鍵是“看曲線，調參數”。在閉環的控制系統中，憑經驗先將控制器參數放在一個數值上，通過改變給定值施加干擾，在記錄儀上觀察過渡過程曲線，根據P、TI

、TD對過渡過程的影響為指導，對比例度P

、積分時間TI和微分時間TD逐個整定，直到獲得滿意的曲線為止。經驗法的方法簡單，但必須清楚控制器參數變化對過渡過程曲線的影響關系。在缺乏實際經驗或過渡過程本身較慢時，往往較為費時。控制器參數對控制過程的影響：比例度逐漸減小→積分時間逐漸減小→微分時間逐漸增大→

針對被控變量類型的不同，選擇不同的PID參數初始值，投運后再作調整。經驗法屬最為“粗糙”的整定法。例▲如何根據過渡曲線，憑經驗調節參數？

①比例度過小、積分時間過小、微分時間過大都會引起過渡曲線劇烈振蕩，如何判斷？

積分時間過小，振蕩周期長比例度過小，振蕩周期較短微分時間過大，振蕩周期最短根據過渡曲線振蕩的周期不一樣進行判斷yt②比例度過大、積分時間過大都會使過渡過程變化緩慢，如何判斷？比例度過大，曲線波動較劇烈、不規則較大地偏離給定值積分時間過大，經過非周期振蕩慢慢回到給定值ty例3試分辨（a）、（b）兩過渡曲線哪一個的比例度大、那一個的比例度小？ytyt（a）（b）分析：（a）振蕩劇烈、頻率高、衰減比小、系統穩定性差，說明其比例度小，因為比例度小，控制作用強，在同樣的偏差情況下，容易產生超調，使系統的穩定性下降。

（b）曲線的余差大，說明其比例度大。原因是比例度大，當負荷變化后，要產生同樣的控制作用，所需的偏差要大，所以比例度越大，所產生的余差也越大。6.4.5幾種整定方法的比較整定方法優點缺點反應曲線法方法簡單系統開環，被調量變化較大，影響生產穩定邊界法系統閉環會出現被調量等幅振蕩衰減曲線法系統閉環，安全實驗費時經驗法系統閉環，不需計算需要經驗注意：同一個系統，最佳整定參數可能不是唯一的。不同的PID參數組合，有時會得到極為相近的控制結果。例如某初餾塔塔頂溫度控制系統，控制器采用以下兩組參數時：

P

＝15％TI

＝7.5min

P＝35％TI＝3min系統都得到10:1的衰減曲線，超調量和過渡時間基本相同。

小結對調節器參數的整定是在某一工作狀態下進行的，即在一定的工藝操作條件和一定的負荷下進行的。那么一組調節器參數在一種工作狀態下是最佳的，而在另一種工作狀態下就不一定是最佳的。所以，當工藝操作條件或負荷發生較大變化時，調節器參數往往需要重新整定。6.5簡單控制系統設計實例

如圖是奶粉生產工藝中的噴霧式干燥設備。此工藝要求保證奶粉含水量在2%~2.5%。6.5.1生產過程概述已濃縮的奶液從儲槽流下，經過濾后從干燥器頂部噴出。干燥空氣被加熱后經風管吹入干燥器。滴狀奶液在熱風中干燥成奶粉，并被氣流帶出干燥器。6.5.2控制方案設計6.5.2.1被控參數選擇按工藝要求應首選奶粉含水量為被控變量，但此類在線測量儀表精度低、速度慢。試驗發現，奶粉含水量與干燥器出口溫度之間存在單值關系。出口溫度穩定在150±2℃，則奶粉含水量符合2%~2.5%。因此選干燥器出口流體溫度為被控變量。6.5.2.2控制變量選擇影響干燥器出口奶粉流體溫度的主要可控因素有：乳液流量變化f1

旁路空氣流量變化f2

加熱蒸汽流量變化f3

若分別以這三個變量為控制變量，可以得到三個不同的控制方案。

f2

f1

f3

影響量作用的位置不同：f3蒸氣流量f2旁路冷風流量f1乳液流量熱交換器T=100,T=100送風管道

τ=3干燥器

Go

f2

f1

f3

乳液流量變化f1的作用通