D2 (S )
W02(S) W03(S)
D3 (S )
W03(S)
WV (S) W01(S) W02(S) W03(S)
H(S)
Y (S )
（2）过程控制通道的动态特性对控制质量的影响
可控性指标：
影响系统控制性能指标 的参数可归结为 K（K K0 Kc）和， K越大，则余差越小； 越大，则过渡过程越快 。
结论：
扰动引入系统的位置离 被控参数越近，对其影 响越大。
干扰从不同的位置进入控制系统
X (S)
D1(S)
D2 (S )
Wc (S) (S ) W012(S)
Y (S ) W03(S)
等效于：
X (S)
Wc (S)
H(S)
D1(S)
W01(S) W02(S) W03(S)
• 当不能用直接参数作为被控量时，应选择一个与直接参 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。 • 被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪
表的性能。
二、控制参数（操纵量）的选择
以控制质量为依据，通过对过程静态特性、动态特性 的分析，讨论控制参数选择的一般原则。
2、选择的方法 (1) 选直接参数
即能直接发映生产过程产品质量和产量，以及安全运行 的参数。(如锅炉的水位、蒸汽的温度等。)
(2) 选间接参数 当选直接参数有困难时采用。 例：在化工生产中常用精馏塔将混合物分离为较纯组成的 产品或中间产品 控制目标（直接参数）： 纯度 或 浓度
xD f (TD，P)
W0(S) Y(S)
WC (S)—调节器的传递函数 WV (S)—调节阀的传递函数 W0 (S)—被控过程的传递函数 Wm (S)—测量变送器的传递函数
二、正作用、反作用
根据控制论可知：对于反馈控制系统，要使系统能够稳 定地工作，必须要构成负反馈。
即：系统的开环放大倍数必须为负。
正作用：输出信号随输入信号的增大而增大；（放大倍数为正） 反作用：输出信号随输入信号的增大而减小；（放大倍数为负）
调节器的正作用：输出信号u随着被控量y的增大而增大；
调节器的反作用：输出信号u随着被控量y的增大而减小；
前例中： 执行器 气开式 + 气关式 -
液位过程 q1 h +
+
检测变送
+
+
则 调节器
-
+
对上例进行改动
其结构图如下：
f (t)
设定值
e 液 位 控 制 器 u 执 行 阀 q2 液 位 过 程 实 际 液 位
（1）过程扰动通道的动态特性的对控 制质量影响
时间常数 T f 的影响： 当X（S） 0时，
Y (s)
Wf (s)
F (s) 1 Wc (s)W0 (s)
结论：
Kf
1
Tf
(S
1 Tf
)1 Wc (s)W0 (s)
Wf (S)为一阶惯性环节，它对扰动F（S）有滤波作用，
能够抑制扰动对被控参数的影响；而且扰动通道的时间常
K f (T0s 1)
s0 s[(T0s 1)(Tf s 1) KcK0 (Tf s 1)]
Kf 1 KcK0
结论：
K f 越小，扰动对被控参数 的影响越小；
控制通道的静态放大系数K
K C
K0越大，控制作
用越灵敏，克服扰动的能力越强；
K0的变化可以通过调节KC进行补偿，但其乘积要保持 不变。
2、过程动态特性的分析
3、根据过程特性选择控制参数的一般原则 （P164）
数Tf 越大，容积越多，控制质量越好。
延迟时间 f 的影响： 当扰动通道的传递函数为Wf (S)e f S时，
Y (s) W f (s)e f S F (s) 1 Wc (s)W0 (s) 结论： 扰动通道的延迟时间不影响系统的控制质量，
仅使系统的响应曲线推迟 f。
扰动作用点的位置： 见下页图
检测变送器
上例中： 执行器
液位过程 检测变送 则 调节器
气开式 + q2 h -
+ +
气关式 + -
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§5.2 被控参数和控制参数的选择
一、被控参数（被控量）的选择
1、选择的意义（P157）
• 是控制系统设计的一个重要内容。 • 恰当的选择对于稳定生产、提高产品产量和质量、节能、 改善劳动条件保护环境卫生等具有决定性意义。 • 若选择不当，则无论组成什么样的控制系统，选择多么先 进的过程检测控制仪表，都不能达到预期的控制效果。
（优选）第三节单回路控制 系统
从结构图我们可以看出：单回路控制系统是最简单、最 基本、最成熟的一种控制方式。
单回路控制系统根据被控量的类型可分为：温度单回路 控制系统、压力单回路控制系统、流量单回路控制系统等。
单回路控制系统方框图的一般形式如下：
F(S)
X (S) Z(S)
WC (S)
WV (S) Wm (S )
衡量被控过程控制难易程度的指标，称为可控性指标。
Kmax （K
K0
K
）
c
c
控制通道的影响：
控制通道的时间常数太大，控制不及时；时间常数太小，
容易导致系统振荡，甚至系统不稳定。
控制通道的延迟环节对控制效果不利。
过程的时间常数匹配： 在选择控制通道时，使广义过程特性中的几个时间常数
数值错开，减小中间的时间常数，可以提高可控性指标。
则被控量对扰动的闭环传递函数为：
Y (s)
Wf (s)
F (s) 1 Wc (s)W0 (s)
.........
K f (T0 s 1)
(T0s 1)(Tf s 1) Kc K0 (Tf s 1)
由于系统是稳定的，则在单位阶跃扰动下系统的稳态值为：
y() lim y(t)
t
lim s
浓度
温度 压力
由于压力P不仅与分离纯度有关，而且影响塔的工作 效率以及经济性，因而选择温度为间接参数。
间接参数的选择原则（P158）
• 必须考虑工艺生产的合理性和仪表的现状。 • 间接参数应与直接参数有某种单值函数关系。 • 间接参数要有足够的灵敏度。
3、选择被控参数的一般原则（P158）
• 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境 保护具有决定作用的、可直接测量的工艺参数为被控量。
控制通道克服扰动的能力强，动态响应比扰动通道快。
1、过程静态特性的分析 设单回路控制系统的框图如下图所示：
X (S)
F(S) Wc (S)
Wr (S) W0 (S )
Y (S )
设传递函数分别为：
调节器： Wc (s) Kc
扰动通道：W
f
(s)
K Tf s
f
1
被控过程：
Wo
(s)
Ko Tos 1