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6.控制通道静态特性对被控变量的影响
从理论推导和实践证明，在选择构成控制系统时，被控对象控制通道的静态特性──放大倍数K0希望大些。K0大表明操纵变量对被控变量有足够大的灵敏度，使控制作用更为有效。被控对象的放大倍数K0，可以通过整定控制器的放大倍数KC来补偿。被控对象、控制阀和控制器的方块图是串联的，见下图。根据方框图规则，串联环节的放大倍数是相乘关系。控制阀的放大倍数一般是不可调整的，控制器放大倍数 KC有可调范围。如果被控对象的放大倍K0过小，需要改变控制器的放大倍数KC的数值太大，超出了其可调范围，控制器便失去了补偿能力。故被控对象的K0要适当大些，使控制器的放大倍数 KC有可调的余地。
控制器
Kc
控制阀
Kv
被控对象
K0
7.扰动通道静态特性对被控变量的影响
至于被控对象扰动通道的放大倍数Kf应愈小愈好。这表示扰动对被控变量的影响不大，过渡过程的超调量不大，故确定控制系统时，要考虑被控对象扰动通道的静态特性。
8.控制通道动态特性对被控变量的影响
控制器的较正作用，是通过控制通道加于被控对象去影响被控变量的。因而要求被控对象控制通道的时间常数TC适当小，使之反应灵敏，控制及时，获得良好的控制质量。但时间常数TC也不能过小，否则容易引起振荡；同时也不能过大，而使操纵变量校正作用迟缓，超调量大，回复时间加长。
8.控制通道动态特性对被控变量的影响
控制通道的物料输送和能量传递都要一定时间。这样造成的纯滞后τ0 就会影响控制质量。见下图，为纯滞后对控制质量影响的示意图。
t
y
τ0
C
B
A
D
纯滞后对控制质量的影响
E
8.控制通道动态特性对被控变量的影响
控制通道无纯滞后时，当控制器在t0时间接受正信号而产生校正作用A，从t0 以后被控变量沿曲线D变化；当控制通道有纯滞后τ0时，控制器虽在t0时间后发出了校正作用，由于纯滞后存在，施加给被控变量的校正作用推迟τ0时间，即在τ0时间后校正作用沿曲线B发生变化，被控变量沿曲线E变化。比较E、D曲线，可见纯滞后使超调量增加；反之，当控制器接受负偏差时所产生的校正作用，由于存在纯滞后，使被控变量继续下降，可能造成过渡过程的振荡加剧，以致回复时间拉长。所以，在选择操纵变量构成控制系统时，要设法使控制通道时间常数适当小些，纯滞后尽量小。
9.对象特性和负荷变化方面的问题
自动控制器的工程参数值主要取决于广义对象特性，所以当对象特性和负荷发生变化后，原先整定的工程参数就不相适应，是引起过渡过程曲线品质下降的主要原因。严重时甚至使自动控制系统失调。
化工生产中常见的对象是各类换热器、精馏塔、流体输送设备和化学反应器等。换热器使用日久后管壁产生结垢，从而增大热阻降低传热系数；化学反应器所用催化剂在使用过程中也会不断老化或意外中毒等，使对象的时间常数和滞后增大，这些都是常见的内在因素。此外，对象操作条件的改变；原料组分的波动以及负荷的变化等外界因素也可能使对象特性发生变化。随着对象特性的变化 ，只要将控制器的控制参数相应调整即可恢复控制系统原有的品质指标。
直通单座阀
直通双座阀
蝶阀
角型阀
V型阀
三通阀
气动簿膜控制阀
电气阀门定位器
气动活塞执行机构
带阀门定位器的气动活塞执行机构
(二) 控制阀的特性对控制质量的影响
1.控制阀的流量特性
它表示控制阀的开度与流过它的流量之间的关系。具体地说，流量特性就是调节阀的相对开度与流过阀的相对流量之间的函数关系。
Q
Qmax
L
Lmax
f
Q/Qmax___相对流量，调节阀某一开度下的流量Q与全开时的流量Qmax之比。
L/Lmax___相对开度，调节阀某一开度下的阀芯位移L与全开时的位移Lmax之比。
1.控制阀的流量特性
它表示控制阀的开度与流过它的流量之间的关系。具体地说，流量特性就是调节阀的相对开度与流过阀的相对流量之间的函数关系。
相对开度（%）
相对流量（%）
1—直线
2—对数
3—快开
4—抛物线
1
2
3
4
理想流量特性
在实际生产中，控制阀前后压差总是变化，这时的流量特性称为工作流量特性。因为控制阀总是与工艺设备、管道等串联或并联使用，控制阀前后压差因阻力损失变化而变化，致使理想流量特性畸变成工作流量特性。
S=0.1
S=0.5
S=1
直线流量特性畸变过程
PG
Pmin
△P
工作流量特性
S=0.1
S=0.5
S=1
对数型流量特性畸变过程
PG
Pmin
△P
工作流量特性
当控制阀全开，阀两端压差为1kgf/cm2 ,流体重度为1gf/cm3时，每小时流经调节阀的流量值，以m3/h或t/h计。
2.控制阀的流通能力
流通能力C值取决于控制阀的接管截面积A和阻力系数ζ。阻力系数主要是由阀体的结构所决定。因此，对于相同口径不同结构的控制阀，它们的流通能力也不一样。对同一个控制阀，流体的流动方向不同（实际上即阻力系数变化），也会引起C值的不同。生产厂所提供的流通能力C为正常流向时的数值。一般在反向使用时，不仅流量特性畸变，而且流通能力也会变化。
3.控制阀的流量特性对控制质量的影响
控制阀的特性也和对象一样，一般用放大系数、时间常数KV和滞后时间τV来表示。它们对控制质量的影响也和对象类似，不过对控制阀来说，特性是可以在设计系统时加以选择的，因而在一定限度内可避免放大系数和滞后的不良影响。
控制器参数
被控变量
Kv
K0
K总=Kv×K0不变
调节阀
被控对象
特性补偿原理示意图
3. 控制阀的流量特性对控制质量的影响
控制阀的特性也和对象一样，一般用放大系数、时间常数KV和滞后时间τV来表示。它们对控制质量的影响也和对象类似，不过对控制阀来说，特性是可以在设计系统时加以选择的，因而在一定限度内可避免放大系数和滞后的不良影响。
特性补偿原理示意图
阀门特性
对象特性
广义对象特性
3. 控制阀的流量特性对控制质量的影响
从工艺配管情况考虑　在实际使用中，控制阀总是与管道、设备等连接在一起的。如前分析，控制阀在串联管道时的工作流量特性与ｓ值的大小有关，即与工艺配管情况有关。因此，在选择其特性时，必须考虑工艺配管情况。具体做法是先根据系统的特点选择所需要的工作流量特性，在按照下表考虑工艺配管情况确定相应的理想流量特性。
工艺配管情况与流量特性
配管情况 S=0.6～ 1 S=0.3～0.5
阀的工作特性 直线 等百分比 直线 等百分比
阀的理想特性 直线 等百分比 等百分比 等百分比
4. 控制阀在使用维护方面的问题说明
经正确选型和安装后的控制阀，在使用过程中出现的问题也不少。如有腐蚀性的介质或汽蚀作用会使阀芯阀座侵蚀变形，特性变坏，这样便会造成系统的不稳定。其它如控制阀杆滞涩，气压信号管路漏气、阀门堵塞、阀芯脱落等现象也是常见的故障。此外，被调介质管路使用日久后管壁结垢，流体阻力增大，从而降在控制阀上的压降太小，而使控制系统失灵，这时只能通过大修时清扫管路才能消除。
测量元件和变送器的特性与控制对象一样，也是用放大系数Km、时间常数Tm和滞后时间τm来表示。它们对控制质量的影响也和对象一样。若是它们测量的被控参数不准或不及时，控制系统就会按照一个不正确的信号动作，不但给操作人员造成错觉，误认为工况正常，甚至严重时还会造成事故。
绝大多数变送器的输入与输出信号间成线性关系，其时间常数和滞后时间都很小，只有放大系数Km是可以调节的。
(三) 测量元件、变送器的特性对控制质量的影响
测量元件、变送器在使用中的问题说明
测量元件使用日久后损坏失灵，使示值突然达到最大或最小；工作介质中的结晶或粉尘堵塞孔板和引压管，引压管中不是单相介质，如液中带气、气中带液，而未及时排放等等。都能造成测量信号失灵，这些现象都是容易判断和处理的。但有些故障只有在开车后一段时间才表现出来，如测量元件使用一段时间后被粘性物料或结晶物包住，使被测信号滞后或失灵。遇此情况有的可以处理，有的要等到设备检修时才能处理。
(四) 控制器的控制规律对质量的影响
本节知识问答：
什么叫控制器的特性（控制规律）？
什么是比例、积分和微分控制规律
δ、Ti和Td的改变对过渡过程有什么影响？
t
y
t
y
t
y
t
y
t
y
δ小于临界值，发散振荡
δ =临界值，等幅振荡
δ 太小，振荡加剧，稳定性差
δ 适当
δ 太大，稳定性好，非周期衰减，最大偏差及余差大。
1.比例度对过渡过程的影响
t
y
t
y
t
y
t
y
Ti太小
振荡加剧，削弱稳定性
Ti适当
4：1~10：1衰减
Ti太大
积分作用不明显，余差消除很慢。
Ti→∝
纯比例作用，产生余差
2. 积分时间对过渡过程的影响
3. 微分时间对过渡过程的影响
Td太大，易引起系统振荡
Td太小，则微分作用不明显，不但动偏差大，而且波动周期长
Td→0纯比例作用，产生余差
Td适当，动偏差小，余差也较小，但系统的稳定性较差4：1~10：1衰减
4.各种控制规律比较
5．从运行曲线看δ、TI和TD对控制品质的影响
（1）凡是δ过大（或TI过长）都会使过渡过程时间过长，被调变量变化缓慢，不能较快地达到稳定状态。这两者的区别是δ过大时，曲线飘动较大变化不规则； TI过长时曲线带有振荡分量并缓慢接近设定值。
t
y
δ太大
t
y
TI 太大
（2）凡是δ过小（TI过小或TD过大）都会引起振荡，其区别是TI过短时振荡周期最长， δ太小时振荡周期次之，而TD过大时振荡周期最短。
t
y
δ太小
t
y
TI 太小
t
y
TD 太大
t
pv
持续振荡
超调量小
t
pv
无振荡
收敛慢
t
pv
收敛快
超调量大
t
pv
长周期振荡
收敛慢
最佳PID
δ→大
Ti →小
δ→小
Ti →小
δ→大
Ti →大
δ→小
Ti →大
比例度δ
积分时间Ti
小
大
大
小
（3）PI控制系统中δ与TI的影响：
①当δ不变时，TI由∝→小改变时对过渡过程的影响
y
f
t
t
δ=40%
TI=∝
TI=16分
TI=5分
TI=1分
②当TI不变时，δ由大→小改变时对过渡过程的影响
y
f
t
t
TI=3分
δ＝250％
δ＝90％
δ＝15％
δ＝50％
（4）PID三作用系统中，δ和TI不变，TD作用的影响：
y
f
t
t
δ = 30％
TI=3分
TD=0分
TD=1分
TD=3分

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