畢業(yè)設(shè)計(jì)---水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目：水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別：電氣工程系</p><p>　　專 業(yè)：電氣自動(dòng)化</p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>

2、　　學(xué)生姓名：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　任務(wù)書2</b></p><p><b>　　摘要 3</b></p><

3、p><b>　　1 緒論4</b></p><p>　　1.1 過程控制的定義4</p><p>　　1.2 過程控制的目的4</p><p>　　1.3 過程控制的特點(diǎn)5</p><p>　　1.4 過程控制的發(fā)展與趨勢5</p><p>　　2 鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的原理

4、6</p><p>　　2.1 人工控制與自動(dòng)控制6</p><p>　　2.2鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的原理框圖 7</p><p>　　2.3鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 8</p><p>　　3鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的組成11</p><p>　　3.1 被控制變量的選擇 11</p&

5、gt;<p>　　3.2 執(zhí)行器的選擇11</p><p>　　3.3 PID控制器的選擇15</p><p>　　3.4 液位變送器的選擇17</p><p>　　4 PID控制規(guī)律 18</p><p>　　4.1 比例控制 18</p><p>　　4.2 積分控制21</p

6、><p>　　4.3 微分控制 21</p><p>　　4.4 比例積分控制21</p><p>　　4.5 比例積分微分控制22</p><p><b>　　5 應(yīng)用實(shí)例22</b></p><p>　　5.1 液位控制在廁所中的應(yīng)用22</p><p>　　5.

7、2 液位控制在汽車上的應(yīng)用23</p><p><b>　　總結(jié)24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p>　　專業(yè)班級 自動(dòng)化09-1 學(xué)號 2009100599 姓名

8、 李博愷 成績 </p><p>　　鍋爐進(jìn)水量定值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要     在人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題, 例如居民生活用水的供應(yīng), 飲料、食品加工, 溶液過濾, 化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程, 通常需要

9、使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要維持合適的高度, 既不能太滿溢出造成浪費(fèi), 也不能過少而無法滿足需求。因此液面高度是工業(yè)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的效果。 PID控制（比例、積分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。     本文主要是對鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，涉及到液位的動(dòng)

10、態(tài)控制、控制系統(tǒng)的建模、PID算法、傳感器和調(diào)節(jié)閥等一系列的知識。作為單容水箱液位的控制系統(tǒng)，其模型為一階慣性函數(shù)，控制方式采用了PID算法，調(diào)節(jié)閥為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。選用合適的器件設(shè)備、控制方案和算法，是為了能最大限度地滿足系統(tǒng)對諸如控制精度、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量等控制品質(zhì)的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞： PID控制 ； 過程控制 ； 流量控制</p><p><b>　　1

11、 緒論</b></p><p>　　1．1過程控制的定義</p><p>　　生產(chǎn)過程自動(dòng)化，一般是指石油、化工、冶金、煉焦、造紙、建材、陶瓷及電力發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。電力拖動(dòng)及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等過程的自動(dòng)控制一般不包括在內(nèi)。凡是采用模擬或數(shù)字控制方式對生產(chǎn)過程的某一或某些物理參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制通稱為過程控制。過程控 制是自動(dòng)

12、控制學(xué)科的一個(gè)重要分支，是對過程控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與綜合。</p><p>　　1．2過程控制的目的</p><p>　　生產(chǎn)過程中，對各個(gè)工藝過程的物理量（或稱工藝變量）有著一定的控制要求。有些工藝變量直接表征生產(chǎn)過程，對產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量起著決定性的作用。例如，精餾塔的塔頂或塔釜溫度，一般在操作的壓力不變的情況下必須保持一定，才能得到合格的產(chǎn)品；加熱爐出口溫度的波動(dòng)不能超出允許范圍，否則將

13、影響后一段的效果；化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達(dá)到指標(biāo)。有些工藝變量雖不直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，然而保持其平穩(wěn)卻是使生產(chǎn)獲得良好控制的前提。例如，用蒸汽加熱反應(yīng)器或在沸器，如果在蒸汽總壓波動(dòng)劇烈的情況下，要把反應(yīng)溫度或塔釜溫度控制好將極為困難；中間儲(chǔ)槽的液位高度與氣柜壓力，必須維持在允許的范圍之內(nèi)，才能使物料平衡，保持連續(xù)的均衡生產(chǎn)。有些工藝變量是決定安全生產(chǎn)的因素。例如，鍋爐汽包的水位、受壓容器的壓力等，不允許超出規(guī)

14、定的限定否則將威脅生產(chǎn)安全。還有一些工藝變量直接鑒定產(chǎn)品的質(zhì)量。例如，某些混合氣體環(huán)境的污染，因此，減小工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響也已納入過程控制的目標(biāo)范圍。</p><p>　　綜上所述，過程控制的主要目標(biāo)包括一下幾個(gè)方面：</p><p>　　保障生產(chǎn)過程的安全和平穩(wěn)；</p><p>　　達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量；</p><p>　　盡可能地減

15、少原材料和能源損耗；</p><p>　　把生產(chǎn)對環(huán)境的危害降低到最小程度。</p><p>　　由此可見，生產(chǎn)過程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、降低成本、改善勞動(dòng)條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安去和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，使20世紀(jì)科學(xué)與進(jìn)步的特征，市工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。</p><p>　　1．3過程控制的特點(diǎn)</p><p>　　生

16、產(chǎn)過程的自動(dòng)控制一般要求保持過程進(jìn)行中的有關(guān)參數(shù)為一定值或按一定規(guī)律變化。顯然，過程參數(shù)的變化，不但受外界條件的影響，它們之間往往也相互影響，這就增加了某些參數(shù)自動(dòng)控制的復(fù)雜性和難度，過程控制有如下特點(diǎn)：</p><p><b>　　被控對象的多樣性；</b></p><p><b>　　對象存在滯后；</b></p><p&

17、gt;<b>　　對象特性的非線性；</b></p><p><b>　　控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。</b></p><p>　　由于對象的特性不同，其輸入與輸出可能不止一個(gè)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在于適應(yīng)這些不同的特點(diǎn)，以確定控制方案和控制其的設(shè)計(jì)或選型，以及控制器特性參數(shù)的計(jì)算與設(shè)定。這些都要以對象的特性為依據(jù)，而對象的特性復(fù)雜且難以認(rèn)識，所以要完全通過理論

18、計(jì)算進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整定至今仍不可能。目前已設(shè)計(jì)出的各種各樣的控制系統(tǒng)（如簡單的位式控制系統(tǒng)、單回路及多回路控制系統(tǒng)，以及前饋控制、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等），都是通過必要的理論計(jì)算，采用現(xiàn)場的方法達(dá)到過程控制的目的。</p><p>　　1．4過程控制的發(fā)展與趨勢</p><p>　　20世紀(jì)40年代開始形成的控制理論被成為“20世紀(jì)上半葉三大偉績之一”，在人類社會(huì)的各個(gè)反面有著深遠(yuǎn)的影響。與其他

19、任何學(xué)科一樣，控制理論源于社會(huì)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)踐。自動(dòng)化技術(shù)的前驅(qū)，可以追溯到我國古代，如指南車的出現(xiàn)。</p><p>　　至于工業(yè)上的應(yīng)用，一般以瓦特的蒸汽機(jī)調(diào)速器作為起點(diǎn)。有人把直到20世紀(jì)30年代末這段時(shí)期的控制理論成為第一代控制理論，第一代控制理論分析的主要問題是穩(wěn)定性，主要的數(shù)學(xué)方法是微分方程解析方法。這時(shí)候的系統(tǒng)（包括過程控制系統(tǒng)）是簡單控制系統(tǒng)，儀表是基地式、大尺寸的、滿足當(dāng)時(shí)的需要。到第二次時(shí)間大戰(zhàn)

20、前后，控制理論有了很大發(fā)展，Nyquist(1932)和Bode（1945）頻率法分析技術(shù)及穩(wěn)定判據(jù)、Evens根軌跡分析方法的建立，使經(jīng)典控制理論發(fā)展到了成熟的階段，這是第二代控制理論。從20世紀(jì)50年代開始，隨著工業(yè)的發(fā)展、控制需求的提高，除了簡單控制系統(tǒng)以外，各種復(fù)雜控制系統(tǒng)也發(fā)展起來了，而且取得了顯著的功效。20世紀(jì)60年代，現(xiàn)代控制理論迅猛發(fā)展，它以狀態(tài)空間方法為基礎(chǔ)、以極小值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)控制理論為特征的而以在隨機(jī)干擾

21、下采用Kalman濾波器的線性二次型系統(tǒng)（LOG）設(shè)計(jì)宣告了時(shí)域方法的完成，這是第三代控制理論。從20世紀(jì)70年代開始，為了解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化與控制問題，現(xiàn)代控制理論和優(yōu)化與控制相結(jié)合，逐步發(fā)發(fā)展成了大系統(tǒng)理論。過程控制是隨著控制理論的發(fā)展而發(fā)展的，從系統(tǒng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)前自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展的一些主要特點(diǎn)是：生產(chǎn)裝置實(shí)施先進(jìn)控制成為發(fā)展主流，過程優(yōu)化受到普遍關(guān)注，傳統(tǒng)的DCS正在走向國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的

22、開放式系統(tǒng)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)(CPIS)發(fā)展方向。</p><p>　　綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，就是包括生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、操作優(yōu)化、先進(jìn)控制和基層等內(nèi)容的遞階控制系統(tǒng)，亦稱管理控制一體化系統(tǒng)（簡稱管控一體化系統(tǒng)）。這類自動(dòng)化是靠計(jì)算機(jī)的組成特征，過程系統(tǒng)指明了它的工作對象，正好與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）相應(yīng)，有人也稱之為過程工業(yè)的CIMS。可以說，綜合自動(dòng)化是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要潮流。它以整體優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)為主要

23、技術(shù)工具，以生產(chǎn)過程的管理和控制的自動(dòng)化為主要內(nèi)容，將各個(gè)自動(dòng)化“孤島”綜合集成為一個(gè)整體的系統(tǒng)。</p><p>　　2 鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的原理</p><p>　　2．1 人工控制與自動(dòng)控制</p><p>　　下圖為鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)示意圖，在人工控制示意圖中，為保持鍋爐進(jìn)水流量定值恒定，操作人員應(yīng)根據(jù)液位高度的變化情況控制凈水量。手工控制的過

24、程主要分為三步：</p><p>　　用眼睛觀察鍋爐液位的高低以獲取測量值，并通過神經(jīng)系統(tǒng)傳到大腦；</p><p>　　大腦根據(jù)眼睛看到的水位高度，與設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差大小和方向，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)發(fā)出控制命令；</p><p>　　根據(jù)大腦發(fā)出的命令，用雙手去改變給水閥（或進(jìn)水閥）的開度，使鍋爐液位包持在工藝要求的高度上。</p><p&

25、gt;　　在整個(gè)手工控制過程中，操作人員的眼、腦、手、三個(gè)器官，分別擔(dān)負(fù)了檢測、判斷、和運(yùn)算、執(zhí)行三個(gè)作用，來完成測量、求偏差、在施加控制操作以糾正偏差的工作過程，保持水箱液位的恒定。</p><p>　　如果采用檢測儀表和自動(dòng)控制裝置來代替人工控制，就成為過程控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制示意圖中，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，被控變量（液位）發(fā)生變化，通過檢測變送儀表得到其測量值；控制器接受液位測量變送器送來的信號，與設(shè)定值相

26、比較得出偏差，按某種運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算并輸出控制信號；控制閥接受控制器的控制信號，按其大小改變閥門的開度，調(diào)整給水量，以克服擾動(dòng)的影響，使被控變量回到設(shè)定值，最終達(dá)到水箱液位的恒定。這樣就完成了所要求的控制任務(wù)。這些自動(dòng)控制裝置和被控的工藝設(shè)備組成了一個(gè)沒有人直接蔡玉的自動(dòng)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2．2 鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　本論文對鍋爐進(jìn)水流量定

27、值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)簡單控制系統(tǒng)，所謂簡單液位控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)被控對象、一個(gè)檢測變送單元（檢測元件及變送器）、以個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器（控制閥）所組成的單閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，也稱為單回路控制系統(tǒng)。</p><p>　　簡單控制系統(tǒng)有著共同的特征，它們均有四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。對于不同對象的簡單控制系統(tǒng)，盡管其具體裝置與變量不相同，但都可以用相同的方框圖表示：</p

28、><p>　　由這個(gè)簡單控制系統(tǒng)通用的框圖設(shè)計(jì)出鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的原理框圖如下：</p><p>　　這是單回路鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè)調(diào)節(jié)對象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測量信號，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個(gè)閉環(huán)反饋單

29、回路液位控制，采用工業(yè)智能儀表控制。</p><p>　　2．3 鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　該系統(tǒng)主要是自衡的非振蕩過程，即在外部階躍輸入信號作用下，過程原有的平衡狀態(tài)被破壞，并在外部信號作用下自動(dòng)的非震蕩地穩(wěn)定到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)，這一大類是在工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見的過程。</p><p>　　（1） 確定過程的輸入變量和輸出變量</p

30、><p>　　如下圖所示，流入鍋爐的流量是由進(jìn)料閥1來控制的；流出鍋爐的流量取決于鍋爐液位L和出料閥2的開度，而出料閥的開庫是隨用戶的需要而改變的。這里，液位L是被控變量（即輸出變量），進(jìn)料閥1為控制系統(tǒng)中的控制閥，它所控制的進(jìn)料流量是過程的控制輸入（即操縱量），出料流量是外部擾動(dòng)。本設(shè)計(jì)以進(jìn)料流量作為輸入變量。</p><p>　　（2）根據(jù)過程內(nèi)在機(jī)理，列寫原始方程</p>

31、<p>　　根據(jù)物料平衡關(guān)系，當(dāng)過程處于原有穩(wěn)定狀態(tài)是，鍋爐液位保持不變，其靜態(tài)方程為：-=0（1—6），、分別為原穩(wěn)定狀態(tài)下鍋爐的進(jìn)料流量和出料流量，當(dāng)進(jìn)料流量突然增大是，鍋爐原來的平衡狀態(tài)被破壞，此時(shí)進(jìn)料量大于出料量，多余的液體在鍋爐內(nèi)儲(chǔ)存起來，使其液位升高。設(shè)鍋爐液體的儲(chǔ)存量為V，則單位時(shí)間內(nèi)出料流量與進(jìn)料流量之差等于鍋爐液體儲(chǔ)存量的凈增量。其動(dòng)態(tài)方程為：-=（1—7）=、，、分別為和的增量。設(shè)鍋爐截面積為A，則有V=A

32、L，其增量形式為dV=AdL，即：（1—8）。將=、和式（1—8）代入式（1—7），得 （1—9）。 將式（1—9）減去式（1—6）可得用新增量形式表示的動(dòng)態(tài)方程式，為：</p><p><b>　　（1—10）</b></p><p>　?。?）消去中間變量，簡化，求的微分方程式</p><p>　　中間變量式原始方程式中出現(xiàn)的一些既不是輸入

33、變量也不是輸出變量的工藝變量。式（1—10）中，為中間變量。與輸出變量L的關(guān)系可表示為：</p><p>　　= ：比例系數(shù) （1—11）</p><p>　　當(dāng)只考慮液位與流量均在有限小的范圍內(nèi)變化式，就可以認(rèn)為出料流量與液位變化呈線性關(guān)系。將式（1—11）改寫成增量形式： 令，則有：</p><p><b>　?。?—12）</b

34、></p><p>　　將式（1—12）代入式（1—10）中，即得</p><p><b>　?。?—13）</b></p><p>　　式（1—13）即為鍋爐液位過程的數(shù)學(xué)模型。由此可見，這是一個(gè)一階微風(fēng)方程，液位過程為一階過程。將該式寫成的一階過程的微風(fēng)方程的標(biāo)準(zhǔn)形式：</p><p><b>　?。?/p>

35、1—14）</b></p><p>　　或 （1—15）</p><p>　　為一階過程的時(shí)間常數(shù)，,具有時(shí)間量綱；為一階過程的放大系數(shù)，具有放大倍數(shù)的量綱；為一階過程的輸出變量；為一階過程的輸入變量；</p><p>　　為阻力系數(shù)，=液位的變化量 / 出料流量的變化量；為容量系數(shù)，=儲(chǔ)存的物料變化量/ 液位的變化量。<

36、/p><p>　　當(dāng)被控變量的檢測地點(diǎn)與產(chǎn)生擾動(dòng)的地點(diǎn)之間由一段物料傳輸距離時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)滯后。在控制過程中，若進(jìn)料閥安裝在與鍋爐進(jìn)料口有一段距離，則當(dāng)進(jìn)料閥開度變化而引起進(jìn)料流量變化后，液體需要經(jīng)過一段傳輸時(shí)間才能流入鍋爐，使液位發(fā)生變化并被檢測出來。顯然液體流經(jīng)這段距離所需時(shí)間完全是傳輸滯后造成的。純滯后一階過程的微風(fēng)方程為：</p><p>　　具有純滯后的一階過程的特性與放大系數(shù)、時(shí)間常

37、數(shù)和純滯后時(shí)間有關(guān)</p><p>　　綜上所述，鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)是一個(gè)一階自衡過程，其特性可用放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間這三個(gè)特性參數(shù)來全面表征。</p><p>　　3 鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　本設(shè)計(jì)研究的鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)是簡單控制系統(tǒng)，是使用的族普遍的、結(jié)構(gòu)最簡單的一種過程控制系統(tǒng)。所謂的簡單控制系統(tǒng)，通常

38、是指一個(gè)被控對象、一個(gè)檢測變送單元（檢測元件及變送器）、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器（控制閥）所組成的單閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　3．1 被控制變量的選擇</p><p>　　被控變量的選擇是控制系統(tǒng)的核心問題，被控變量選擇的正確與否是決定控制系統(tǒng)有無價(jià)值的關(guān)鍵。對于任何一個(gè)控制系統(tǒng)，總是希望其能夠在穩(wěn)定生產(chǎn)操作、增加產(chǎn)品產(chǎn)量、保證生產(chǎn)安全及改善勞動(dòng)條件等方面發(fā)揮作用，如果被控變

39、量學(xué)則不當(dāng)，配備再好的自動(dòng)化儀表，使用在復(fù)雜、先進(jìn)的控制規(guī)律也無用的，都不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。</p><p>　　對于鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)，其被控變量是顯而易見的，液位就是其被控變量，是直接參數(shù)控制。</p><p>　　3．2 執(zhí)行器的選擇</p><p>　　執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中起著極其重要的作用?？刂葡到y(tǒng)的控制性能指標(biāo)與執(zhí)行器的性能和正確選用有著十分密切

40、的關(guān)系。執(zhí)行器接受控制其輸出的控制信號，實(shí)現(xiàn)對操縱變量的改變，從而使被控變量向設(shè)定值靠攏。執(zhí)行器位于控制回路的最總端，因此又稱為最終元件。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所使用的執(zhí)行器為控制閥，也稱調(diào)節(jié)閥?？刂崎y發(fā)裝現(xiàn)場，通常在高溫、高壓、高粘度、強(qiáng)腐蝕、易滲透、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場合下工作。如果選擇不當(dāng)或維修不妥，就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法正常運(yùn)作。經(jīng)驗(yàn)表明，控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的原因，多數(shù)發(fā)生在控制閥上。對于系統(tǒng)控

41、制閥的選擇很重要。</p><p>　　控制閥接受控制器輸出的控制信號，通過改變閥的開度來達(dá)到控制流量的目的?？刂崎y有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是根據(jù)可能稚氣的控制信號產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置。</p><p>　　控制閥按其能源形式可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。液動(dòng)控制閥推力最大，但比較笨重，目前已經(jīng)極少使用。電動(dòng)控制

42、閥的能源取用方便，信號傳遞迅速，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防爆性能差。氣動(dòng)控制閥采用壓縮空氣作為能源，其特點(diǎn)是簡單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆而且價(jià)格較低，因此得到廣泛應(yīng)用。氣動(dòng)控制閥可以方便的與電動(dòng)儀表配套使用，即使是采用電動(dòng)儀表或計(jì)算機(jī)控制時(shí)，只要經(jīng)過電—?dú)廪D(zhuǎn)換閥門定位器將電信號轉(zhuǎn)換為20—100kPa的標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號仍可采用氣動(dòng)控制閥。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥基型產(chǎn)品即普通產(chǎn)品按基型結(jié)構(gòu)特征分為幾

43、大類產(chǎn)品，它們是：直通單座閥、直通雙座閥、套筒閥、角形閥、三通閥、隔膜閥、蝶閥、球閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥，其中前6種為直行程調(diào)節(jié)閥，后3種為角行程調(diào)節(jié)閥，選擇購買控制閥時(shí)，必須首先弄清楚基型產(chǎn)品的特點(diǎn)、使用注意事項(xiàng)、各類變型產(chǎn)品、改進(jìn)產(chǎn)品。</p><p>　　（1）直通單座調(diào)節(jié)閥</p><p>　　該閥具有泄漏小、許用壓差小、流路復(fù)雜、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，適用于泄漏要求嚴(yán)、工作壓差小的干凈介質(zhì)場合

44、，但小規(guī)格的閥（如DN15、20、25）亦可用于壓差較大的場合，是應(yīng)用最廣泛的閥之一。</p><p>　　（2）直通雙座調(diào)節(jié)閥</p><p>　　與單座閥相反，具有泄漏大、許用壓差大的特點(diǎn)，適用于泄漏要求不嚴(yán)、工作壓差大的干凈介質(zhì)場合，是應(yīng)用最為廣泛的閥之一。</p><p><b>　?。?）套筒閥</b></p><

45、p>　　套筒閥具有單密封、雙密封兩種結(jié)構(gòu)，前者相當(dāng)于單座閥，后者相當(dāng)于雙座閥，適用于雙座閥場合，除此之外，套筒閥還具有穩(wěn)定性好、裝卸方便的特點(diǎn)，但價(jià)格比單雙座閥貴50%~200%，還需要專門的纏繞密封墊。是僅次于單、雙座閥應(yīng)用較為廣泛的閥。</p><p><b>　?。?）角形閥</b></p><p>　　節(jié)流型式相當(dāng)于單座閥，但閥體流路簡單，適用于泄漏要求

46、小、壓差不大的不干凈介質(zhì)場合以及要求直角配管的場合。</p><p><b>　?。?）三通閥</b></p><p>　　具有3個(gè)通道，可代替兩個(gè)直通單座閥用于分流和合流及兩相流溫度差成≤150℃的場合，當(dāng)DN<80mm，儀表工程應(yīng)用的設(shè)計(jì)工作。</p><p><b>　?。?）隔膜閥</b></p>

47、<p>　　隔膜閥流路簡單，隔膜具有一定的耐蝕性能，適用于不干凈介質(zhì)和弱腐蝕性介質(zhì)的兩位切斷場合。</p><p><b>　?。?）蝶閥</b></p><p>　　相當(dāng)于取一段直管來做閥體，且閥體又相當(dāng)于閥座，自潔性能好、體積小、重量輕，適用于不干凈介質(zhì)和大口徑、大流量、低壓差的場合。當(dāng)DN>300mm時(shí)，通常采用蝶閥。</p>

48、<p><b>　?。?）球閥</b></p><p>　　“O"形球閥全開時(shí)為無阻調(diào)節(jié)，自潔性能最佳，適用于特別不干凈、含纖維介質(zhì)的兩位切斷場合?！癡"形球閥具有近似等百分比的調(diào)節(jié)特性，適用于不干凈、含纖維介質(zhì)可調(diào)比較大的調(diào)節(jié)場合。球閥價(jià)格較貴。</p><p><b>　?。?）偏心旋轉(zhuǎn)閥</b></p&g

49、t;<p>　　該閥介于蝶閥和球閥之間，自潔性能好，調(diào)節(jié)性能好，亦可切斷，適用于不干凈介質(zhì)和泄漏要求小的調(diào)節(jié)場合，但該閥價(jià)格較貴。</p><p><b>　　選型注意事項(xiàng)</b></p><p><b>　　閥體材料選擇</b></p><p>　　閥體耐壓等級、使用溫度和耐腐蝕性能等方面不低于工藝連接管道

50、的要求，并應(yīng)優(yōu)先選用制造廠定型產(chǎn)品，遇有水蒸汽或含水較差的濕氣體和易燃易爆介質(zhì)，或當(dāng)壞境溫度低于-30℃時(shí)，不宜選用鑄鐵閥。選型注意事項(xiàng)</p><p><b>　　閥內(nèi)件材質(zhì)選擇</b></p><p>　?。?）非腐蝕性介質(zhì)一般選用1Cr18Ni9Ti或其它不銹鋼。 （2）在汽蝕、沖蝕較為嚴(yán)重的情況下，以及在介質(zhì)溫度與壓差構(gòu)成的直角坐標(biāo)中。溫度為300℃，

51、壓差為1.5MPa的兩點(diǎn)連線以外的區(qū)域，應(yīng)選用耐磨材料，如鉆基合金或表面堆焊史泰萊合金。  （3）要求泄漏很小時(shí)，應(yīng)選用軟密封，如四氟、橡膠。</p><p><b>　　耐蝕材料選擇</b></p><p>　　（1）對腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力的不同，選擇合適的耐腐蝕材料，同時(shí)，還要考慮閥的經(jīng)濟(jì)性。</p>&l

52、t;p>　?。?）選擇襯里材料（橡膠、塑料）時(shí)，工作介質(zhì)的溫度、壓力、濃度都必須滿足該材料的使用范圍，并考慮閥動(dòng)作時(shí)對它的物理和機(jī)械破壞。 （3）真空閥不宜選用閥體內(nèi)襯橡膠、塑料結(jié)構(gòu)。  （4）水處理系統(tǒng)的兩位切斷閥不宜選用襯橡膠材料，如襯膠蝶閥、隔膜閥。 高低溫材料選擇</p><p>　　（1）-200~-60℃時(shí)，選用銅或1Cr18Ni9Ti； （2）-450~+6

53、00℃，選用含鈦鉬不銹鋼。</p><p><b>　　其它注意事項(xiàng)</b></p><p>　　在滿足使用的必要功能前提下，所選閥應(yīng)盡量簡單、可靠價(jià)廉、壽命長、維修方便，備件有來源。需考慮的主要因素如下：</p><p>　　（1）最基本的條件是應(yīng)該滿足工藝的壓力、流量、溫度的要求。  （2）閥的密封性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。

54、60; （3）閥的工作壓差小于閥的許用壓差。   （4）對通過閥內(nèi)不潔介質(zhì)，易結(jié)垢介質(zhì)，強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的考慮。   （5）對閥動(dòng)作速度，閥流量特性，作用方式，流向的考慮。   （6）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)形式、輸出力、剛度及彈簧范圍的考慮。   （7）對附件及其成套性及特殊閥之特殊性能及要求的考慮。</p><p><b>　　安

55、裝注意事項(xiàng)</b></p><p>　?。?）宜垂直、正立安裝在水平管道上，公稱通徑DN>50mm的調(diào)節(jié)閥，其閥 前后管道上最好有永久性支架。 （2）調(diào)節(jié)閥配管應(yīng)組合緊湊，上、下部分應(yīng)留有足夠的空間，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置平臺，便于操作、維修和排液，配管通徑盡量與閥通徑一致。連接形式應(yīng)符合制造廠產(chǎn)品說明書的規(guī)定。 （3）調(diào)節(jié)閥用于高粘度、易結(jié)晶、易汽化以及低溫流體時(shí)，

56、應(yīng)采取保溫和防凍措施。使用環(huán)境溫度一般不高于60℃，不低于-30℃，未安裝閥門定位器的調(diào)節(jié)閥，當(dāng)閥安裝在有振動(dòng)場合時(shí)，應(yīng)考慮防振措施。 （4）未安裝閥門定位器的調(diào)節(jié)閥，膜頭上最好安裝指示控制信號的小型壓力表。 （5）安裝前應(yīng)先對閥檢查校驗(yàn)，并在管道吹掃后安裝。用于懸浮物、高粘度介質(zhì)時(shí)，應(yīng)配沖洗管線。 （6）入口管段長度應(yīng)盡量長，對于小通徑閥門，應(yīng)大于10倍管道通徑，調(diào)節(jié)閥出口直管段應(yīng)有3~5倍管道通徑

57、。調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口取壓點(diǎn)位置，閥前為2倍管道通徑處，閥后為3倍管道通徑處。 （7）對小流量調(diào)節(jié)閥前應(yīng)安裝過濾裝置。 （8）務(wù)必按流動(dòng)方向箭頭安裝，安裝時(shí)應(yīng)避免過大的應(yīng)力。環(huán)境塵埃較多時(shí)，應(yīng)采取保護(hù)閥桿的措施，避免磨損或卡死。</p><p>　　調(diào)節(jié)閥的使用效果反映在裝置上，好壞不只是產(chǎn)品自身出現(xiàn)的質(zhì)量問題，它與設(shè)計(jì)院、用戶、生產(chǎn)廠家3方面有關(guān). 鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)選擇何種型號的控制閥要

58、根據(jù)系統(tǒng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。</p><p>　　3。3 PID控制器的選擇</p><p>　　控制器是控制系統(tǒng)的核心部件，它將安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的測量變送裝置送來的測量信號與設(shè)定值進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差，并按預(yù)先設(shè)置好的控制規(guī)律對該偏差進(jìn)行預(yù)算，產(chǎn)生輸出型號去操縱執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)對被控制變量的控制。</p><p>　　常見的PID控制器形式主要有三中：（1）硬件型，通

59、用PID溫控氣；（2）軟件型，使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器上做PID控制器；（3）使用變頻器內(nèi)置PID控制功能，相對兩種來說，這種叫內(nèi)置型。這三種控制器形式各具特點(diǎn)。</p><p><b>　　PID溫控器</b></p><p>　　現(xiàn)在PID溫控器多為數(shù)字型控制器，具有位空方式、數(shù)字PID控制方式以及模糊控制方式，有的還具有自整定功能，如富士PW

60、X系列溫控器、歐陸800系列溫控器就屬此類型。此類溫控器的輸入輸出類型都可通過設(shè)置參數(shù)來改變，考慮到抗干擾性，一般將輸入輸出類型都設(shè)定位4—20mA電流類型。這種PID形式的主要優(yōu)點(diǎn)有：操作簡單、功能強(qiáng)大、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能號，適用于選用能過的變頻器性能不是很高的應(yīng)用場合，同時(shí)控制器還具有傳感器斷線和故障自動(dòng)檢測功能。缺點(diǎn)是：PID調(diào)節(jié)過于頻繁，穩(wěn)態(tài)性能稍差，布線工作量多。調(diào)試注意要點(diǎn)：P參數(shù)值不應(yīng)太大，一般為0.5—1；參數(shù)和D參數(shù)的比值大

61、約位4：1參數(shù)的值一般位6s—16s；由于PID溫控器的響應(yīng)快，為了防止調(diào)整過程中壓力波動(dòng)過大，變頻器的上升和下降時(shí)間應(yīng)調(diào)大些，推薦30s—80s；設(shè)定PID溫控器的顯示標(biāo)尺斜率，校正壓力顯示值；設(shè)定適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波時(shí)間，抑制干擾的輸入。</p><p><b>　?。?）軟件型PID</b></p><p>　　這種類型可以使用PLC指令編程編寫PID算法程序，可以充

62、分利用PLC的功能。優(yōu)點(diǎn)是控制性能號，柔性好，在調(diào)節(jié)結(jié)束后，壓力十分穩(wěn)定，信號干擾小，調(diào)試簡單，接線工作量少，可靠性高。缺點(diǎn)是編程工作量增加，需增加硬件成本。調(diào)試時(shí)要盡量設(shè)置短的變頻器的上升時(shí)間和下降時(shí)間。在編程設(shè)計(jì)中必須防止計(jì)算結(jié)果值溢出，造成控制失控，而且還要編寫校正傳感器零點(diǎn)和判斷是否正常的功能程序。</p><p>　?。?）變頻器內(nèi)置PID</p><p>　　現(xiàn)在的大多數(shù)變頻器

63、，無論是專用型，還是通用型都內(nèi)置了PID控制功能，這對節(jié)省系統(tǒng)的成本很有利使用變頻器的內(nèi)置PID功能，首先必須設(shè)定PID功能有效，然后確定PID控制器的信號輸入類型，如采用有反饋信號輸入，則要求有設(shè)定值信號，設(shè)定值可以是外部信號，也可以是面板設(shè)定值；如采用偏差輸入信號，則無須輸入設(shè)定值信號。內(nèi)置型PID優(yōu)點(diǎn)是成本低，控制性能號，設(shè)置的參數(shù)少，接線工作量較少，抗干擾性最好。缺點(diǎn)是這種PID也屬軟件型PID，響應(yīng)較慢，易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象；壓力的

64、設(shè)置和顯示不直觀。調(diào)試應(yīng)盡量設(shè)置短的變頻器的上升時(shí)間和下降時(shí)間，使用面板設(shè)定設(shè)置值是，設(shè)定的是設(shè)置值與傳感器量程的相對值，設(shè)置正確的PID動(dòng)作方向。</p><p>　　當(dāng)然。PID控制器在實(shí)際應(yīng)用中有很多類型，就水箱液位控制系統(tǒng)可選用的也有很多，具體選用何種型號，要看具體情況而定。</p><p>　　3．4 液位變送器的選擇</p><p>　　測量變送環(huán)節(jié)的

65、作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程中的參數(shù)經(jīng)過檢測、變送單元轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號。在模擬儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號通常采用4—20mADC、1—5VDC、0—10mADC的電流（電壓）信號，或20—100kPa的氣壓信號；在現(xiàn)場總線儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號是數(shù)字信號。下面是生產(chǎn)過程中常用的液位變送器：</p><p><b>　　浮球式液位變送器</b></p><p>　　浮球式液位變送器由磁性浮球、測

66、量導(dǎo)管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測量導(dǎo)管上下移動(dòng)。導(dǎo)管內(nèi)裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成4～20mA或其它標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和內(nèi)保護(hù)電路，可使輸出最大電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護(hù)電源并使二次儀表不被損壞。</p>

67、<p><b>　　浮簡式液位變送器</b></p><p>　　浮筒式液位變送器是將磁性浮球改為浮筒，它是根據(jù)阿基米德浮力原理設(shè)計(jì)的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時(shí)可以通過現(xiàn)場按鍵來進(jìn)行常規(guī)的設(shè)定操作。</p><p>　?。?）靜壓或液位變送器</p><p>　　該變送

68、器利用液體靜壓力的測量原理工作。它一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大電路放大和補(bǔ)償電路補(bǔ)償，最后以4～20mA或0～10mA電流方式輸出。</p><p>　　（4）電容式物位變送器</p><p>　　電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中進(jìn)行測量和控制生產(chǎn)過程，主要用作類導(dǎo)電與非導(dǎo)電介質(zhì)的液體液位或粉粒狀固體料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測量和指示。電容式液位變送器由電

69、容式傳感器與電子模塊電路組成，它以兩線制4～20mA恒定電流輸出為基型，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，可以用三線或四線方式輸出，輸出信號形成為1～5V、0～5V、0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質(zhì)的圓柱形金屬容器組成。當(dāng)料位上升時(shí)，因非導(dǎo)電物料的介電常數(shù)明顯小于空氣的介電常數(shù)，所以電容量隨著物料高度的變化而變化。變送器的模塊電路由基準(zhǔn)源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。采用脈寬調(diào)特原理進(jìn)行測量的優(yōu)點(diǎn)是頻率較低，對周圍

70、元射頻干擾、穩(wěn)定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。</p><p><b>　?。?）超聲波變送器</b></p><p>　　超聲波變送器分為一般超聲波變送器（無表頭）和一體化超聲波變送器兩類，一體化超聲波變送器較為常用。一體化超聲波變更新器由表頭（如LCD顯示器）和探頭兩部分組成，這種直接輸出4～20mA信號的變送器是將小型化的敏感元件（探頭）和電子電路組裝在一起，

71、從而使體積更小、重量更輕、價(jià)格更便宜。超聲波變送器可用于液位。物位的測量和開渠、明渠等流量測量，并可用于測量距離。</p><p>　　4 PID控制規(guī)律</p><p><b>　　4．1 比例控制</b></p><p>　　比例控制規(guī)律是指：控制器的輸出信號(指變化量)與輸出信號（指偏差、當(dāng)設(shè)定值）變時(shí)，偏差就是被控量測量值的變化量）

72、之間成比例關(guān)系，即： 比例增益：某值在一定范圍內(nèi)可調(diào),在相同偏差輸入下，越大，輸出也越大，比例控制作用越強(qiáng)，因此是衡量比例作用弱的一個(gè)重要參數(shù)。 比例控制器傳遞函數(shù)：</p><p>　　在階躍偏差作用下，比例控制器響應(yīng)曲線：</p><p>　　比例控制是最基本的控制規(guī)律，其特點(diǎn)是控制作用簡單，調(diào)整方便，且負(fù)荷變化時(shí)，克服擾動(dòng)能力強(qiáng)，控制作用及時(shí)，過渡過程時(shí)間短，但因控制器的輸出信號與偏

73、差信號之間在任何時(shí)刻都存在之比例關(guān)系，所以過程終了時(shí)存在偏差，且負(fù)荷變化越大，余差也越大。</p><p>　　比例控制對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響</p><p>　　比例控制的控制作用效果如何，關(guān)鍵問題在于選擇合適的比例度，比例度時(shí)指控制器輸入的變化相對值與輸出的相對變化值之比的百分?jǐn)?shù)，即：</p><p>　　： 控制器的輸入信號的變化量，即偏差信號。</p&g

74、t;<p>　?。嚎刂破鞯妮敵鲂盘柕淖兓浚纯刂泼?。</p><p>　?。嚎刂破鞯妮斎胄盘柕淖兓秶戳砍?。</p><p>　?。嚎刂破鬏敵鲂盘柕淖兓秶?。</p><p>　　將比例控制器切入系統(tǒng)，閉環(huán)運(yùn)行時(shí)其比例度對系統(tǒng)過渡過程的影響如圖：</p><p>　　余差：在擾動(dòng)（如負(fù)荷）及設(shè)定值變化時(shí)，控制系統(tǒng)有余差存

75、在。在相同的負(fù)荷變化量的擾動(dòng)下，比例度越小，余差越?。辉诒壤认嗤那闆r下負(fù)荷變化量越大，則余差越大。</p><p>　　對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響：有圖可看出，比例度越大，過渡過程的曲線越平穩(wěn);隨著比例度的減少，系統(tǒng)將發(fā)散振蕩程度增加，衰減比減少，穩(wěn)定性變差，當(dāng)減少到某一數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)散振蕩，十分危險(xiǎn)，有時(shí)甚至造成重大事故。</p><p>　　對系統(tǒng)過渡過程的影響：由圖可見，隨比例度的減少

76、，振蕩加劇，振蕩頻率提高，將被控量拉回到設(shè)定值所需時(shí)間就短。一般而言，在廣義對象的放大系數(shù)較小，時(shí)間常數(shù)較大，時(shí)滯較小的情況下，比例度選的小些，以提高系統(tǒng)靈敏度；反之，當(dāng)廣義對象的放大系數(shù)較大，時(shí)間常數(shù)較小，而時(shí)滯較大的情況下，必須適當(dāng)增大比例度以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　對最大偏差的影響：最大偏差在兩類外作用下不一樣，在擾動(dòng)作用下越小，最大偏差越?。辉谠O(shè)定作用下是系統(tǒng)處于衰減振蕩時(shí)，越小，最大偏差

77、越大。</p><p>　　有上述可知，只有當(dāng)比例度的取值適當(dāng)是，才可能取得系統(tǒng)呈衰減振蕩、最大偏差和余差都不太大，過程穩(wěn)定快，回復(fù)時(shí)間短的控制效果，在工業(yè)生產(chǎn)中近長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，液位控制系統(tǒng)大致取值范圍為：%20～%80、</p><p>　　在控制器的控制規(guī)律中，比例作用是最基本、最主要也是應(yīng)用最普遍的控制規(guī)律，它能較為迅速地克服擾動(dòng)的影響，使系統(tǒng)很快的確定下來，通常使用干擾幅度較小，負(fù)

78、荷變化不大，過程時(shí)滯較小，控制要求不高，允許有余差存在的場合。</p><p>　　在液位控制系統(tǒng)中，往往只要求液位穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，并沒有嚴(yán)格要求即可采用比例控制。</p><p>　　4．2積分控制（I）</p><p>　　積分控制規(guī)律是指輸出變化量與輸入變化量積分成正比，即: :積分速度</p><p>　　積分控制特點(diǎn)：積分控制主要

79、用于消除余差，但作用緩慢，總滯后與偏差的存在不能及時(shí)有效的克服擾動(dòng)的影響，致使被控變量的動(dòng)態(tài)偏差增大，控制過程拖長，甚至使系統(tǒng)難以穩(wěn)定，因此積分控制規(guī)律在工業(yè)生產(chǎn)上很少單獨(dú)使用，都是與比例作用組合來使用的。</p><p>　　4．3微分控制（D）</p><p>　　微分控制規(guī)律是指其輸出信號的變化量與偏差信號的變化速度成正比，即： ：微分時(shí)間</p><p>

80、;　　微分控制規(guī)律特點(diǎn)：微分控制作用是按偏差的變化速度進(jìn)行控制的，因此它具有“超前控制”作用，其控制的結(jié)果不能消除偏差，所以控制規(guī)律不能單獨(dú)使用。它常與比例或比例積分組合構(gòu)成比例微分或比例積分微分控制規(guī)律，而從實(shí)際使用情況來看，比例微分控制規(guī)律使用的較少，在生產(chǎn)上微分往往與比例積分結(jié)合在一起使用，組成PID控制。</p><p>　　4．4比例積分控制（PI）</p><p>　　比例積分

81、控制規(guī)律是比例作用與積分作用的疊加，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ：比例項(xiàng) :是積分項(xiàng) :積分時(shí)間 </p><p>　　比例積分控制是在比例控制作用的基礎(chǔ)上引入積分作用來消除余差，故比例積分控制是使用最多、應(yīng)用最廣的控制規(guī)律，在反饋控制系統(tǒng)中，約有75%是采用PI作用的。但是，加入積分作用后，會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；要保持系統(tǒng)原有的穩(wěn)定性，必須加大比例度（即削弱比例作用），這又會(huì)使2質(zhì)量有所下降，如最大偏差和振蕩周期

82、相應(yīng)增大、過渡時(shí)間加長。對于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不太大、工藝、參數(shù)不允許有余差的場合（如流量或壓力控制），采用比例積分控制規(guī)律可獲得較好的控制質(zhì)量。</p><p>　　4．5比例積分微分控制（PID）</p><p>　　理想比例積分微分控制規(guī)律PID的表達(dá)式：</p><p>　　雖然微分作用對于克服容量滯后有顯著的效果，但對克服純滯后是無能為力的。在比例

83、作用的基礎(chǔ)上加上微分作用能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，再加入積分作用可以消除余差。所以適當(dāng)調(diào)整、、三個(gè)參數(shù)，可以使控制系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。由于，PID控制規(guī)律集中了三種控制作用的優(yōu)點(diǎn)，既能快速進(jìn)行控制，有能消除偏差，還可以根據(jù)被控制變量的變化趨勢超前動(dòng)作，具有較好的控制性能，所以在實(shí)際應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　5 簡單實(shí)例</b></p><p>

84、　　鍋爐進(jìn)水流量定值控制系統(tǒng)應(yīng)用很廣，浮子式液位控制是其中比較簡單的一種應(yīng)用，浮子常用來測量液位，但是在日常生活中它卻常常發(fā)揮著其他用途，用它常?？梢詷?gòu)成簡單的比例調(diào)節(jié)器，最常見的廁所水箱里面裝浮子并不是用來測水位，而是用來控制水位的；在汽車的“化油器”中，用來控制油位的高低。</p><p>　　5．1 液位控制在廁所中的應(yīng)用</p><p>　　為了節(jié)省水，沖廁所必須用足夠多的水以足夠

85、的沖力一次沖凈。為了有足夠的沖力，蓄水用的水箱中的水必須有足夠的水位，而控制這個(gè)水位的任務(wù)就交給了水箱中的浮子。其具體原理是：水箱里的浮子通過長柄帶動(dòng)進(jìn)水閥門，水位低時(shí)閥門開大，當(dāng)水位到達(dá)足夠使用的高度時(shí)，浮子就把進(jìn)水閥門關(guān)閉了。</p><p>　　裝置在水進(jìn)滿以后就不再工作了，這是因?yàn)閹鶝_水是不定期的，而且是一次性的。但是，假如水箱底部出水處的放水閥（空心橡皮塞）關(guān)閉不嚴(yán)的話，水位就不可能維持長久，一旦水位

86、稍低，浮子就會(huì)把進(jìn)水閥門微微的打開一些。這時(shí)有了進(jìn)水補(bǔ)充，若進(jìn)水和出水能平衡，水位就不再下降，穩(wěn)定在一個(gè)新高度上。如果出水塞破損，水漏得太快，水位必然要下降，浮子也就要降低，進(jìn)水閥也就會(huì)開大，進(jìn)水流量也就會(huì)增加，水位不至于下降太多。你若把出水塞的漏水看成某人在用水，如果沒有任何控制進(jìn)水的裝置，肯定很快就要漏光。但現(xiàn)在就不同了。在連續(xù)用水的情況下，有了這套裝置也會(huì)是水位變化不致太大。換句話說，連續(xù)用水情況下，它對水位也有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。水位

87、偏差越大進(jìn)水閥的動(dòng)作幅度也越大，這種特性就叫“比例動(dòng)作”。只不過在廁所水箱正常使用中體現(xiàn)不出連續(xù)調(diào)節(jié)的作用，只看到它能控制進(jìn)水終了時(shí)的水位。</p><p>　　5．2 液位控制在汽車上的應(yīng)用</p><p>　　汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的“化油器”（新式有電噴裝置的汽車沒有化油器），其功能是“化”汽油用的，但不是化合而是混合。</p><p>　　活塞在汽缸里運(yùn)動(dòng)的吸氣過程，

88、會(huì)使進(jìn)氣的喉管處形成氣流，氣流把汽油從浮子室里吸出來并沖成霧狀，再加上汽油的揮發(fā)作用就和空氣充分混合變成易燃?xì)怏w。為了混合均勻，要保持汽油在進(jìn)入氣流時(shí)有恒定的壓力，這就必須維持小室里的油位恒定。</p><p>　　汽油的消耗量隨載重量、車速、路況等因素而變，所以浮子室往外送出的汽油流量是會(huì)變的，但無論怎么變，浮子室的油位不應(yīng)該有太大的波動(dòng)。用浮子控制進(jìn)油流量就能達(dá)到這個(gè)要求。耗油多時(shí)油位低，浮子下降，把進(jìn)油針閥

89、開大，油位也就不會(huì)太低了。反之，耗油少時(shí)進(jìn)油減少，小室里的油也不會(huì)過滿。</p><p>　　正是這種簡單的水箱液位控制系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钐峁┲鞣N實(shí)用的服務(wù).</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過幾個(gè)月的努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)圓滿完成。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中通過查閱大量的資料，是我的知識得以擴(kuò)充，加深了對本專業(yè)的認(rèn)識，這次

90、畢業(yè)設(shè)計(jì)通過老師的指導(dǎo)，同組同學(xué)的討論，以及自己的努力，我圓滿的完成了任務(wù)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。我學(xué)會(huì)了過程控制設(shè)計(jì)的基本方法，對系統(tǒng)的整體分析。真正感受到所學(xué)知識與實(shí)際的應(yīng)用。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)使我明白到有些東西看上去非常簡單，當(dāng)自己置身其中去做時(shí)，并不容易了。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，我也發(fā)現(xiàn)了自己所應(yīng)該改進(jìn)或是較為缺乏的部分，其一是分析問題的能力：可能是自己學(xué)習(xí)的不夠扎實(shí)，實(shí)習(xí)中碰到了不少釘子，

91、遇到問題時(shí)頭腦很茫然；二是解決問題的成熟度：這也許是個(gè)性使然，再加上缺少經(jīng)驗(yàn)的累積和歷練，所以在處理設(shè)計(jì)中的問題時(shí)，容易慌慌張張．這次設(shè)計(jì)也讓我再次體會(huì)到書本上學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識和實(shí)際應(yīng)用起來是兩個(gè)完全不同的概念，所以在現(xiàn)階段的學(xué)習(xí)中，我們主要是應(yīng)該去學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識，學(xué)習(xí)掌握分析問題和解決問題的能力。在以后的工作中，把理論和實(shí)際相結(jié)合，努力實(shí)現(xiàn)大學(xué)所學(xué)習(xí)的理論知識。所以說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也是對以前所學(xué)知識的一個(gè)初審吧！對于我以后學(xué)習(xí)、找工

92、作也真是受益菲淺。我感性回到理性的重新認(rèn)識，進(jìn)一步對社會(huì)的認(rèn)知，對于以后工作所應(yīng)把握的方向也有所啟發(fā)！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　過程控制系統(tǒng) 王永紅主編 電子工業(yè)出版社</p><p>　　生產(chǎn)過程自動(dòng)化儀表識圖 李駪主編 電子工業(yè)出版社</