图 二元精馏过程示意图
因此…....
7.2 单回路控制系统方案设计 7.2.1 被控量（参数）的选择
例：间接被控参数选择
间接参数：在与馏出物的纯度 有单值关系的工艺参数中，找 出合适的变量作为被控变量， 进行间接参数控制。 工艺分析发现，塔内温度对馏 出物纯度有重要影响。 ——精馏是利用被分离物组分 挥发温度不同，实现组分分离。
设计步骤
熟悉系统的技术要求或性能指标，如：超调量，稳定误差， 调节时间，上升时间，衰减比等； 了解工艺过程，建立对象的数学模型 ； 依据过程的数学模型，确定控制方案。即确定被控参数及其 测量和变送的方法；确定操作变量和相关的执行器（控制方 法）。建立系统方框图 ； 依据调节规律和系统的动、静态特性进行理论分析和综合； 实验和仿真； 工程设计、工程安装； 系统投运 。
4. 调节器参数整定 ：是系统运行在最佳状态的重要保证
7.2 单回路控制系统方案设计 7.2.1 被控量（参数）的选择
被控参数：生产中希望借助控制系统保持恒定值（或按一定 规律变化）的参数被称为被控变量，也称为被控 参数。 被控参数选择方法：直接参数法和间接参数法。
直接参数法：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量， 又易于测量的参数作为被控参数。 间接参数法：选择与质量指标有单值对应关系、易于测量的 变量作为被控参数，间接反映产品质量、生产 过程的实际情况。
用仪表的性能。
7.2.2 操纵量（控制参数）的选择
控制变量：在控制系统中，把用来克服干扰对被控参数的影 响，实现控制作用的变量称为控制变量（也称操纵变量）。
选择的原则：在考虑生产过程特点和产品特点的情况下，要 从所有允许控制的变量中尽可能地选择一个对被控参数影响 显著、控制性能好的输入变量作为控制变量。
对过程控制系统设计的一般要求
稳定性: 过程控制系统必须是稳定的， 而且必须具有适当的稳定裕量；
准确性: 最大动态偏差、超调量、余差要小；
快速性: 过渡过程时间要短。 在工程上这些要求往往是相互矛盾的，因此在设计 过程控制系统时，应根据实际情况，分清主次，以 保证满足最重要的质量指标要求。
7.2 单回路控制系统方案设计
反馈控制。
结构简单、投资少、易于调整和投运，能够满足一般工业 生产过程的控制要求，因此应用十分广泛（70%以上），尤 其适用于被控过程的纯时延和惯性小，负荷和扰动变化比较 平缓，或者对被控质量要求不太高的场合。 在系统分析、设计和整定中，单回路系统设计方法是最基本
的方法，适用于其他各类复杂控制系统的分析、设计、整定和
7.2 单回路控制系统方案设计
设计主要内容
过程控制系统设计包括方案设计、工程设计、工程安 装和仪表调校、调节器参数整定等四个主要内容。
1. 方案设计：系统设计的核心 2. 工程设计：仪表选型、控制室和仪表盘设计，仪表供电 供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等
3. 工程安装和仪表调校：每台仪表单校；每个控制回路联校等
选取被控参数的一般原则为： 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和 环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数
为被控参数。
当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个 与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。 被控参数必须具有足够大的灵敏度，便于测量。 被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所
甲苯
苯—甲苯
苯—甲苯
苯 苯
图 二元精馏过程示意图
7.2 单回路控制系统方案设计 7.2.1 被控量（参数）的选择
例：间接被控参数选择
间接参数选择： 以气相温度Td作被控参数
苯—甲苯
苯—甲苯
苯 苯
甲苯
图 二元精馏过程示意图Βιβλιοθήκη 图 苯-甲苯的Td-x d
7.2 单回路控制系统方案设计 7.2.1 被控量（参数）的选择
7.2.2 操纵量（控制参数）的选择
在诸多影响被控变量的因素中选择 一个对被控变量影响显著且便于控 制的变量，作为控制变量； 未被选中的因素则视为系统的干扰。 控制通道： 控制变量对被控参数作用的通道。 扰动通道： 扰动量对被控参数作用的通道。
通道的特性决定系统性能！！
7.2.2 操纵量（控制参数）的选择
投运。
7.1 单回路控制系统组成 控制原理：
例 液位控制系统
流入量
液位是被控参数，液位变送器LT 将 反映液位高低的检测信号送往液位 液位变送器 液位调节器 控制器 LC；控制器根据实际检测值 与液位设定值的偏差情况，输出控 液位设定值制信号给执行器（调节阀），改变 调节阀的开度，来调节水箱输出流 量，以维持液位稳定。
第7章 单回路控制系统的设计


7.1 单回路控制系统组成
7.2 单回路控制系统方案设计 7.3 控制系统调节器参数整定 7.4 单回路控制系统设计实例


7.1 单回路控制系统组成
过程控制系统从结构形式可以分为单回路系统和多回路系统 （串级）。单回路控制系统包含一个测量变送器、一个调节器 、一个执行器和对象，对对象的某一个被控制参数进行闭环负
7.2 单回路控制系统方案设计 7.2.1 被控量（参数）的选择
例：间接被控参数选择
精馏是利用被分离物组分挥发 温度不同，实现组分分离。 该精馏塔的工艺要求是要使塔 顶（或塔底）馏出物达到规定 的纯度。 直接参数：馏出物组分的浓度。 但是，在线检测馏出物的纯度 比较困难。
甲苯
苯—甲苯
苯—甲苯
苯 苯
流出量 调节器 调节阀
图7.1 液位控制系统
测量变送器
被控过程
图7.2 单回路控制系统框图
7.1 单回路控制系统组成
对过程控制系统设计的一般要求
自动控制系统的一般要求：
1．过程控制系统必须是稳定的；
2．系统必须具有适当的稳定裕量 ；
3．系统应是一个衰减振荡过程（特殊生产要求例
外），但过渡过程时间要短，余差要小。
1. 过程静态特性的分析：
单回路控制系统的框图见图7.1 Ko，Kf
广义控制通道
图7.1 过程控制系统框图
图中 W ( s ) 为调节器的传递函数；W0 (s) 为控制通道的传递函数；W f (s) 为扰动通道的传递 函数。
1. 过程静态特性的分析： • 设
K0 W0 ( s) T0 s 1 Kf W f ( s) Tf s 1 W ( s) K c