控制系统的定义(控制系统的概念) 控制系统的基本概念:& nbsp& nbsp控制系统设计的首要问题是选择被控量和被控量。 对于有多个控制系统的选矿工程，应考虑各系统之间的相互关系，并根据各系统对其他控制系统影响最小的原则选择各控制回路。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp控制数量& nbsp根据工艺要求选择的控制量应该是一个能用单一数值代表生产过程运行的物理量或化学量。它对产品质量、产品、安全经济运行和环境保护起着重要作用，也是手工操作难以满足工艺要求的可测量变量。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp控制量:过程要求和对象特性是选择控制量的基础。 首先，应该考虑作为控制手段的过程中允许的变量；其次，要求控制通道有较大的放大倍数，纯滞后尽可能小，时间常数要小。纯滞后与时间常数的比值τ/T太大，不利于控制。 并且被控对象的动态特性应尽可能对称。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp监管& nbsp是指调节器收到偏差信号后发出调节信号的方式，表示为调节器输入输出之间的函数关系。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspa、位置调节适用于惯性大、纯滞后小、控制要求不高的对象，允许有小的波动，如浆液泵池液位等。 带有上下限变送器的检测仪表可以方便地实现位置调节。 位置调节结构简单，使用方便，但控制量总是波动的，不适合在控制要求较高的场合使用。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp位调整的方式有很多种，这里仅以中间区域的两位调整为例。 调节规律:当偏差E > △时，阀门全开，而当E 以图1中的液位调节为例，反应曲线与阀门开度的对应关系如图1c所示。 知道了广义对象的纯滞后时间τ和对象的响应曲线，就可以根据规定的上下限确定调节器的不灵敏区2△h。 & nbsp1 & nbsp双位调节律α-系统结构；b系统框图；C-过渡过程:& nbsp& nbsp& nbsp二、线性调整定律:& nbsp& nbsp& nbsp线性调节规律一般指比例、积分、微分调节规律(即PID调节规律)，是目前应用最广泛的基本调节规律。其表达式和调节器对偏差的响应曲线见表1。 & nbsp 1线性调节定律:& nbsp；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp注:m—调节器的输出；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspe-给定值和控制量之间的偏差；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspke——调节器的放大系数；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspt1——调节器的积分时间；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp& nbspTD——调节器的微分时间；& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp调节器的比例作用通常用比例带(或称比例带)σ表示，比例带与放大倍数的关系为σ=1/Kc。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp答& nbsp比例调节法:& nbsp& nbsp& nbsp调节器的输出与偏差成正比，对偏差的响应速度快；平差结果有静态误差。 比例调节的校正效果与偏差成正比，所以当负荷变化时，调节结果存在静态误差。只有通过手动重新调整(复位)给定值，才能使调整后的变量重新等于原设定值，从而消除静态误差。 比例调节是基本的调节功能，应用范围很广。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspB& nbsp；积分调控法:& nbsp& nbsp& nbsp调节器的输出与偏差积分成正比，或者调节器输出的变化速度与偏差成正比；调整结果中没有静态误差。只要有偏差，就会有积分效应。执行器将继续动作，直到偏差消除，积分效应停止。 在非自衡对象上，积分调节律不能使用，两者形成的系统是不稳定的。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspC & nbsp比例调节法:& nbsp& nbsp& nbsp一般控制系统基本能满足PI调节规律的要求。 其特点:& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(1)调整结果中没有静态误差。 但由于积分，系统的稳定性变差，振荡周期变长。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(2)对偏差的响应速度比积分调节法快。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(3)在非自衡对象上使用比例积分法时，要小心调整调节器参数Ti和Kc，避免控制系统不稳定。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(4)如果被调节变量(被控变量)长期偏离给定值，调节器的输出会趋于并保持在极值，产生积分饱和，所以要尽量防止调节器的积分饱和。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspD & nbsp比例微分调控法:& nbsp& nbsp& nbsp它对偏差的响应速度比比例定律快，适用于惯性大的对象或惯性反序的对象。微分后系统的稳定性增强；当在系统中引入微分作用时，静态误差减小，但不能消除。微分函数高频部分的增益较大，不适合有高频噪声的场合如流量控制系统；微分器不能单独使用，如DDZ-ⅱ型电调仪的微分器。当被控变量的偏差较大且不变时，微分律不起调节作用，偏差依然存在。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspE & nbsp比例微分调控法:& nbsp& nbsp& nbsp当比例带、积分时间和微分时间选择得当时，PID调节器可以兼有比例、积分和微分调节规律的优点，使调节周期短，超调量小，无静差。 各种调节规律对一个对象得到的控制量的变化如图2所示，使用PID调节规律时调节过程的品质最好。 & nbsp2 & nbspp、PI、PID调节规律的过渡过程:& nbsp& nbsp& nbspF & nbsp微分PID调节规律 超前:& nbsp；& nbsp& nbsp它与常规PID调节规律的区别在于微分只作用于测量值(后者作用于偏差)。 这样，微分律在给定值变化时不起作用，因此特别适用于给定值变化频繁的场合，具有PID调节律的特点。 与常规PID系统相比，其系统具有更短的过渡时间和更小的超调量。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp三。非线性调节定律:& nbsp& nbsp& nbsp选矿控制对象的大部分特性是非线性的。 比如控制pH值，对象是非线性的，利用非线性调节规律可以获得更好的控制品质，如图3所示。 & nbsp图3 & nbsp非线性调节规律α-对象的静态非线性特性；-b非线性调节器的比例动作特性:& nbsp& nbsp& nbsp答& nbsp用不灵敏区& nbsp；比例积分调节定律:& nbsp；& nbsp& nbsp特别适用于有脉动或周期性干扰的场合。当偏差在可调不灵敏区时，调节器的输出没有响应，可以尽可能保持过程稳定。 当偏差超过不灵敏区时，按PI调节规律输出。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspB& nbsp；补偿对象静态非线性的非线性调节规律:& nbsp& nbsp& nbsp当对象具有静态非线性时，可以采用相应的非线性调节律。通过改变调节器的增益，可以使系统的开环放大系数保持不变或略有变化，从而提高控制品质。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp四。调控法选择& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp主要根据对象的特性、负荷变化、主要干扰和对控制品质的要求来选择调节规律，并考虑控制系统的经济性、操作的方便性和维护工作量小等因素。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp答& nbsp简单选择方法:& nbsp& nbsp& nbsp如果对象的特性可以用纯滞后的一阶惯性环节[ke-τ s/(ts+1)]近似表示，则可以根据τ/T选择调节律，如表2所示。当τ/t > 1.0时，单回路调节系统不能满足要求，应采用其他控制方案。 & nbsp2 & nbspτ/T与调节律τ/t < 0.2，比例或比例积分律0.2 < τ/t < 1.0，比例积分或比例积分微分律τ/t > 1.0，前馈，串级，采样，纯滞后等控制方式:& nbsp& nbsp& nbspB& nbsp；根据控制量选择调控法(经验法):& nbsp& nbsp& nbsp常见生产过程对象的动态特性与被控量的性质有一定关系，可根据经验选择:& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(1)流量对象:一般过程的逆速度快且有噪声，通常采用比例积分调节规律。 当噪声较大且变化频繁时，可以在测量仪器或变送器的输出端串联反向差分链路[(1-α)TS+1]/(TS+1]。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(2)温度对象:一般温度对象惯性大，过程响应慢，所以配置或比例积分微分调节规律，或串级控制系统等。经常被选中。 当给定值频繁变化时，可以选择微分优先的PID调节规律。 选矿的浓度对象类似于温度对象。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(3)液位对象:一般可选择位置、比例或比例积分的调节规律。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(4)分量对象:分量对象和分量测量的时滞往往比较大，往往选择比例积分微分调节律或前馈控制方案。 当对象的非线性严重时，应选择非线性调节规律。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp(5)气体压力对象:惯性一般不大，选用比例或比例积分调节规律。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp五、控制系统设计:& nbsp& nbsp& nbsp设计控制系统时，在正确选择控制回路和调节规律后，还必须注意自动控制装置的时滞、积分饱和、调节阀特性等问题。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp答& nbsp时滞 自动控制装置:& nbsp；& nbsp& nbsp自动控制装置的各个部件都有一定程度的惯性滞后，有的甚至有纯滞后。 这会使调整不及时，从而造成超调过大，延长调整时间，甚至造成生产安全的不稳定和危机。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp减少时滞影响的措施:对于检测仪器的时滞，应合理选择测点，正确选择和安装快速测量元件，在测量和传输仪器后串联PD操作环节来解决问题。 在控制信号传输方面，气动仪表中的测控信号传输滞后较大，而电动仪表不存在信号传输滞后问题。 加强调节阀的维护，注意润滑；使用阀门定位器 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspB& nbsp；饱和度& nbsp& nbsp& nbsp& nbsp在积分规律的调节器中，当被控量高于给定值时，积分就会开始工作并继续工作。 如果积分作用将比例带移动到极限，使调节器的输出达到并停留在极限值，则调节器暂时失去调节作用，导致积分饱和。 直到测量信号趋于并超过给定值，反向偏差发生后，正常调节功能恢复。 这样，执行器长时间停留在全开或全闭位置，实际上加在物体上的物质或能量已经远远超过了克服偏差的需要，会造成很大的超调。 对于不允许超调的间歇运行设备和控制系统，积分饱和是极其有害的 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp控制系统抗积分饱和的基本原理:当调节器的输出达到极限位置时，切断调节器的积分功能，将其固定在某一值或跟踪一个与偏差无关的信号，使调节器的功能只有比例功能或比例微分功能；当调节器的输出回到极限范围时，积分功能自动投入运行。 如果采用微分先行的PID规律，可以减少积分饱和的危害，但不能消除。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbspC & nbsp调节阀特性的正确选择:& nbsp& nbsp& nbsp选矿工艺自动控制系统中使用的执行机构包括泵、给料机和各种调节阀，应根据生产工艺的特点进行选择。 其中使用最多的是各种调节阀。 根据以下经验选择阀门特性:& nbsp& nbsp& nbsp快速切换特性应用于两位控制、程序控制和自动保护系统。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp当阀门前后的压降小于整个系统压降的25%时，采用等百分比特性；或者负载变化较大，对象特性随负载变化呈非线性；或者生产过程经常在阀门开度较小的负荷下运行，调节阀尺寸过大超过工艺要求。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp当生产过程中的主要压降在调节阀上，或者在管道中串联一个压降随流量变化的流量计，或者为了获得更准确的生产过程数据，更可靠地分析系统时，就采用线性特性。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp当控制系统简单，调节器的比例带较窄，或负载变化范围为2: 1或3: 1，而阀门的可调范围为30: 1或50: 1，或对液位和压力调节的要求大多不严格时，可采用等百分比特性和线性特性。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp为了满足系统的特殊要求，需要生产一种特殊的阀门，或者对原有阀门进行改造使其具有新的特性，或者设计阀门定位器的凸轮板。 & nbsp& nbsp& nbsp& nbsp一般情况下，常选用等百分比特性的调节阀。 & nbsp 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
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