T
工艺介质
蒸汽 RV
热交换器 冷凝水
TC 22 为 反作用控 制器
Tsp + _
步骤 1：画控制回路方块图，并标 注广义对象的正反作用
步骤 2：由广义对象正反作用决定 控制器正反作用以构成负反馈回路
D (t)
广义对象
TC 22
u(t)
RV
T
蒸汽阀
换热器
TT 22
Tm
(+)
基于回路分析法
控制器正反作用选择举例#2
2. 控制阀气开/气关特征的选择——安全性
* 若无气源时，希望阀全关，则应选择气开阀，如加热 炉瓦斯气调节阀；若无气源时，希望阀全开，则应选择气 关阀，如放热反应器冷却水阀。
控制阀气开气关特性
选择举例
Tsp TC u(t)
22
Tm
TT 22
T
工艺介质
蒸汽 RV
热交换器 冷凝水
例1
Tsp
TC
TT
25
工艺介质入口
介质 入口
放热 反应器
冷却水阀须为气关阀，因此 u↑→ （冷却水量）Fw↓
假设TC 25为正作用控制器 ，如果 T↑，则
正作用 控制器
气关阀
T
Tm
u
Fw
T
结论：TC 25须为反作用控制器
有无其它更简 单方法 ?
基于回路分析法
控制器正反作用选择举例#1
Tsp TC u(t)
22
Tm
TT 22
弹簧 密封填料
薄膜片 阀杆 阀芯
弹簧 密封填料
薄膜片 推杆 阀芯
阀体
#1 控制阀
#2 控制阀
控制阀的气开气关特性
1. 气开阀与气关阀
* 气开阀： pc↑→ f↑ (“有气则开”, “无气则关”) * 气关阀： pc↑→ f↓ (“有气则关”, “无气则开”) 无气源（ pc = 0）时，气开阀全关，气关阀全开。
25
Tm u(t)
T
Fw 冷却剂
工艺介质入口
介质 入口
放热 反应器
例2
控制器的“正反作用”
定义：当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大 ，则该控制器为“正作用”；否则，当测量值增大时，控制 器输出反而减少，则该控制器为“反作用”。 选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。 选择方法： （1）假设检验法。先假设控制器的作用方向，再检查控制 回路能否成为“负反馈”系统。 （2）回路判别法。先画出控制系统的方块图，并确定回路 广义对象的作用方向，再确定控制器的正反作用。
Tsp
TC
TT
25
25
Tm u(t)
T
Fw 冷却剂
工艺介质入口
介质 入口
放热 反应器
Tsp + _
TC
u(t)
25
TC 25 为反作用控 制器。为什么？
D (t)
广义对象

冷却剂 FW 放热 T TT
Tm
阀
反应器
25
(+)
过程控制系统的性能指标
ySP
B B'
y(∞)
y0
t0
t1
t2
t3
什么是最好的系统响应 ?
余差：
e() ysp y()
衰减比：
n B B
振荡周期：T t3 t2
调节时间（也称过渡 过程时间） ts
纯比例控制器
ysp
e(t)
+ _
控制器
D (t)
%CO
控制阀
MV
+ 被控过程 +
y(t)
u(t)
ym(t) %TO
传感变送器
u(t) Kce(t) u0,
e(t) ysp (t) ym (t)
% TO 52
1
u(t) Kc (e Ti
t
ed )
0
%
51
u0 ,
50
1%
set point
49
1
0
5
10
15
20
25
30
Gc (s) Kc (1 Tis )
60 58
% CO
56
%
Ti 被称为积分时间，
54 52
单位：min或second 50
Kc Kc
48
0
5
10
15
20
25
30
TI
Time, min
PI 控制回路的仿真结果
Fi(t) h(t)
A
y(t)
LT 41
% TO
LC
41 ysp
u(t) % CO
Fo(t)
Fi(t) 在10 min 时，从10升/min
阶跃增加至11升/min
%
TO of Liquid Level 58
57
56
P (Kc=1) 55
54
53
52
51
50 set point
控制器正反作用的选择
被控过程
DVs
干扰通道
ysp + _
控制器
u(t) 控制阀
MV
+ 控制通道 +
y(t)
ym(t) 传感变送器
问题：（1）正作用与反作用控制器的定义？ （2）如何使控制回路成为“负反馈”系统 ?
控制器正反作用选择举例#1
Tsp TC u(t)
22
Tm
TT 22
T
工艺介质
蒸汽 RV
Kc = 4.0
10
20
30
40
50
Time, min
仿真结果分析
比例带的概念
定义：比例带是
指使控制器输出 CO全范围变化所 对应的控制误差 的比例。
PB 100 Kc
100
75
% CO
50
25
25% PB 50% PB 100% PB 200% PB
0 0
25 50 75 100 % TO
比例积分 (PI) 控制器
49
PI (Kc = 1, Ti = 10 min)
48
0
10
20
30
40
50
60
PID反馈控制器
戴连奎 浙江大学工业控制研究所
2012/02/25
预习讨论题
控制阀分气开、气关阀，它们的物理意义是什么？ 气开/气关阀的使用场合？
反馈控制器正反作用的定义是什么？针对具体对 象，如何选择控制器正反作用？
如何评价一个控制系统的品质（定性与定量）？ 描述P, PI 与 PID控制器的输入输出关系 对于常见的被控过程，为什么采用P控制器会产生
热交换器 冷凝水
考虑到控制系统在断电断气情 况下的安全性，蒸汽阀应为气 开阀，因此 u↑→ RV↑
假设控制器TC 22为正作用。 如果 T↑, 则
Tm
u
RV
T
Tm
结论：为使控制回路成为“负反馈”系统，TC22 须 为 反作用控制器。
控制器正反作用选择举例#2
Tsp
TC
TT
25
25
Tm u(t)
T
Fw 冷却剂
KC 被称为控制器增益。
P 控制回路的仿真结果
Fi(t) h(t)
A
62
60
y(t)
LT
LC
58
41
% TO
41 ysp
56
%
u(t) % CO
54
52
Fo(t)
50
Fi(t) 在10 min 时，从10升/min
48 0
阶跃增加至11升/min
TO of Liquid Level Kc = 0.5 Kc = 1.0 Kc = 2.0
余差而采用PI控制器能消除余差？ 为什么PID控制器中的微分作用在实际过程中使
用的不多？
内容
控制阀的作用选择 反馈控制器的正反作用 过程控制系统的性能指标 了解 P, PI 与 PID控制器的功能 问题讨论
分析下列两控制阀的差别
pc
pc
....... .......
....... .......