过程控制概述

1、过程控制过程控制Process Control过程控制过程控制Process Control过程控制过程控制Process Control 上篇上篇 过程控制系统（过程控制系统（40h) （Process Control System） 下篇下篇 过程计算机控制过程计算机控制 (24h) （Computer Control Technology) 主讲：主讲： 李文涛李文涛 教授教授内蒙古科技大学信息工程学院测控技术与仪器专业内蒙古科技大学信息工程学院测控技术与仪器专业l课程的性质、目的和任务课程的性质、目的和任务 “ “过程控制过程控制”是自动化、电气工程及其自动是自动化、电气工程及其自动化

2、、测控技术与仪器等相关专业的一门专业主干化、测控技术与仪器等相关专业的一门专业主干课程。通过本课程的学习，使学生掌握从事生产课程。通过本课程的学习，使学生掌握从事生产过程控制系统以及工业过程计算机控制系统设计、过程控制系统以及工业过程计算机控制系统设计、调试、整定、运行和维护工作所必须具备的基本调试、整定、运行和维护工作所必须具备的基本知识、基本理论和基本技能，为学生以后从事工知识、基本理论和基本技能，为学生以后从事工业生产过程自动化工作奠定基础。业生产过程自动化工作奠定基础。l课程教学内容课程教学内容上篇上篇 过程控制系统过程控制系统第第1 1章章 过程控制概述过程控制概述第第2 2章章 被

3、控过程的数学模型被控过程的数学模型第第3 3章章 单回路控制系统单回路控制系统第第4 4章章 串级控制系统串级控制系统第第5 5章章 比值控制系统比值控制系统第第6 6章章 前馈控制系统前馈控制系统第第7 7章章 选择性控制系统选择性控制系统第第8 8章章 其他控制系统其他控制系统第第9 9章章 过程控制系统设计实例过程控制系统设计实例 下篇下篇 过程计算机控制过程计算机控制 第第1010章章 计算机控制系统概述计算机控制系统概述 第第1111章章 直接数字控制系统直接数字控制系统 第第1212章章 集散控制系统集散控制系统 第第1313章章 现场总线控制系统现场总线控制系统 第第1414章章

4、 计算机控制系统的工程设计计算机控制系统的工程设计l课程基本要求课程基本要求 掌握过程控制和计算机控制系统的基础知识；掌握过程控制和计算机控制系统的基础知识；初步具备根据工业过程被控对象特点正确选用变初步具备根据工业过程被控对象特点正确选用变送器、执行器、过程通道的能力；具备正确选择送器、执行器、过程通道的能力；具备正确选择控制方案、设计控制系统的能力；理解工业过程控制方案、设计控制系统的能力；理解工业过程计算机控制系统的实现和整定方法，初步具备设计算机控制系统的实现和整定方法，初步具备设计计算机控制系统的能力。计计算机控制系统的能力。考核：考核：平时成绩平时成绩 20%20%，包括出勤、作业

5、等；，包括出勤、作业等； 期末考试（闭卷）期末考试（闭卷）80%80%教材：教材： 李文涛李文涛 王志春王志春 李忠虎等编著李忠虎等编著, ,过程控制过程控制. . 科学出版社科学出版社, , 答疑：答疑：周四下午周四下午4:00-5:30; 4:00-5:30; 地点：二实验楼地点：二实验楼C205C205l课程考核与答疑课程考核与答疑1. 1.孙洪成等编著孙洪成等编著, ,过程控制系统及工程（第过程控制系统及工程（第3 3版版). ). 化学工业出版社化学工业出版社,2010.7,2010.72. 2.俞金寿俞金寿, ,孙自强编著孙自强编著, ,过程控制系统（第过程控制系统（第1 1版版)

6、. ). 化学工业出版社化学工业出版社,2009.1,2009.13. 3.潘永湘等编著潘永湘等编著, ,过程控制与自动化仪表过程控制与自动化仪表( (第第2 2版版). ). 机械工业出版社机械工业出版社,2007.7,2007.74. 4.王树青等编著王树青等编著, ,工业过程控制工程工业过程控制工程. . 化学工业出版社化学工业出版社,2002.12,2002.125. 5.邵裕森主编邵裕森主编, ,过程控制及仪表过程控制及仪表. .上海交通大学出版社上海交通大学出版社,2000.5,2000.56. 6.刘国荣主编刘国荣主编, ,计算机控制技术与应用计算机控制技术与应用. . 机械工业

7、出版社机械工业出版社, ,7. 7.吴坚主编吴坚主编, ,计算机控制系统计算机控制系统. . 武汉理工大学出版社武汉理工大学出版社,2002.8 2007.7,2002.8 2007.7l主要参考资料主要参考资料l与本课程有关的其它教学环节与本课程有关的其它教学环节实验教学：实验教学：6 6个实验个实验, ,共共1616学时学时, ,在在仪表实验技术仪表实验技术2 2中开设中开设. .生产实习：生产实习：3 3周（本学期末）周（本学期末）课程设计：课程设计：2 2周（下学期初）周（下学期初） 课程设计要求：课程设计要求：针对生产实习的对象做相应生产过程的控制针对生产实习的对象做相应生产过程的控

8、制系统初步设计，包括总体方案设计、仪表的选型等，并绘制系统初步设计，包括总体方案设计、仪表的选型等，并绘制检测控制流程图。检测控制流程图。080402 测试计量技术及仪器测试计量技术及仪器081102 检测技术与自动化装置检测技术与自动化装置 过程控制过程控制Process Control 上篇上篇 过程控制系统过程控制系统 第第1章章 过程控制概述过程控制概述本章要点本章要点 过程控制的基本概念、任务与要求过程控制的基本概念、任务与要求 过程控制的组成、特点及分类过程控制的组成、特点及分类 过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标本章学习目标本章学习目标 掌握过程控制的基本概念、任务与要

9、求掌握过程控制的基本概念、任务与要求 了解过程控制的发展概况了解过程控制的发展概况 掌握过程控制系统的组成、特点及分类方法掌握过程控制系统的组成、特点及分类方法 掌握过程控制系统性能指标的定义掌握过程控制系统性能指标的定义 了解过程控制系统的设计步骤了解过程控制系统的设计步骤 第1章 过程控制概述热工参数热工参数（过程参数）：（过程参数）：存在于生产过程中的温度、压存在于生产过程中的温度、压力、流量、液位、成份和物性等工艺参数。力、流量、液位、成份和物性等工艺参数。过程控制系统：过程控制系统：对生产过程中的热工参数进行控制，使对生产过程中的热工参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确

10、保产品质量和生产安其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。全，并使生产过程按最优化目标自动进行。 过程控制过程控制是生产过程自动化的简称，是自动化技术的重是生产过程自动化的简称，是自动化技术的重要分支，它泛指冶金、石油、化工、电力、轻工、建材及要分支，它泛指冶金、石油、化工、电力、轻工、建材及核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制。程自动控制。 第1章 过程控制概述过程控制主要是指连续型工业过程的自动控制，它通过过程控制主要是指连续型工业过程的自动控制，它通过采用自动化仪表

11、和计算机等自动化技术工具，对生产过程中采用自动化仪表和计算机等自动化技术工具，对生产过程中的温度、压力、流量、物位及成分等工艺参数进行自动控制，的温度、压力、流量、物位及成分等工艺参数进行自动控制，以确保工业过程安全、优质、高效生产。以确保工业过程安全、优质、高效生产。 工业生产过程控制工业生产过程控制连续型工业过程连续型工业过程离散型工业过程离散型工业过程间歇型工业过程间歇型工业过程第第1章章 过程控制概述过程控制概述 1.1 过程控制发展概况过程控制发展概况 1.2 过程控制的任务及要求过程控制的任务及要求 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类过程控制系统的组成、特点及分类 1.4 过程

12、控制系统的过渡过程和性能指标过程控制系统的过渡过程和性能指标 1.5 过程控制系统设计概述过程控制系统设计概述控制系统的由来控制系统的由来LChhspQiQo 人工控制人工控制测量：液位计测量：液位计+人眼人眼控制：大脑控制：大脑执行：手执行：手+手动阀手动阀 自动控制自动控制差压变送器差压变送器电动调节器电动调节器自动调节阀自动调节阀 1.1 过程控制发展概况过程控制发展概况 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 液位控制系统的组成与方块图液位控制系统的组成与方块图液位控制器设定值hsp偏差e(t)+_测量值hm(t)干扰通道+液位传感测量变送器出水控制阀被控变量h(t)控制信号u

13、(t)操纵变量Qo(t)控制通道扰动Qi(t)液体贮罐 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 单回路控制系统单回路控制系统被控变量：被控变量：温度（温度（T）、压力（）、压力（P)、流量、流量(F、Q)、液位、液位或料位或料位(L、H)、成分（、成分（A) 等五大参数。等五大参数。 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 过程控制与自动化仪表过程控制与自动化仪表过程控制发展的早期阶段过程控制发展的早期阶段. .主要特点：主要特点：（1 1）采用基地式仪表或部分单元组合式仪表，采用基地式仪表或部分单元组合式仪表， 多为气动仪表；多

14、为气动仪表；（2 2）系统结构绝大多数为单输入系统结构绝大多数为单输入- -单输出系统；单输出系统；（3 3）被控参数主要是温度、压力、流量和物位被控参数主要是温度、压力、流量和物位 等工艺参数；等工艺参数；（4 4）控制目的：稳定工艺参数确保生产安全；控制目的：稳定工艺参数确保生产安全；（5 5）理论基础：基于传递函数的经典控制理论。理论基础：基于传递函数的经典控制理论。1.基于仪表的局部自动化阶段基于仪表的局部自动化阶段（20世纪世纪50年代前后）年代前后） 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 使用常规仪表的中央控制室使用常规仪表的中央控制室 第1章 过程控制概述 1.1 过程

15、控制发展概况 2.2.基于仪表基于仪表/ /计算机的综合自动化阶段计算机的综合自动化阶段 （2020世纪世纪6060年代前后）年代前后）主要特点：主要特点：（1 1）大量采用单元组合式仪表（气动、电动）或大量采用单元组合式仪表（气动、电动）或 组装式仪表；组装式仪表；（2 2）相继出现各种高性能或特殊要求的控制系统；相继出现各种高性能或特殊要求的控制系统；（3 3）计算机开始应用于过程控制领域，出现了直接计算机开始应用于过程控制领域，出现了直接 数字控制数字控制DDCDDC和监督控制和监督控制SCCSCC；（4 4）理论基础：基于状态空间法的现代控制理论；理论基础：基于状态空间法的现代控制理论

16、；（5 5）控制系统由单变量发展到多变量。控制系统由单变量发展到多变量。 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 直接数字控制直接数字控制DDC和监督控制和监督控制SCCDDCSCC 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 过程控制发展的高级阶段。主要特点：过程控制发展的高级阶段。主要特点：(1)(1)开始采用智能单元组合仪表；开始采用智能单元组合仪表；(2)(2)成份在线检测与数据处理技术的应用日益广泛；成份在线检测与数据处理技术的应用日益广泛；(3)(3)模拟调节仪表的品种不断增加，可靠性不断提高；模拟调节仪表的品种不断增加，可靠性不断提高；(4)(4)电动仪表实现了本质安

17、全防爆；电动仪表实现了本质安全防爆；(5)(5)过程控制由单一的仪表控制发展到计算机过程控制由单一的仪表控制发展到计算机/ /仪表仪表 分布式控制，如分布式控制，如DCSDCS、FCSFCS；(6)(6)过程辨识、最优控制、最优估计以及多变量解耦过程辨识、最优控制、最优估计以及多变量解耦 控制等获得广泛应用。控制等获得广泛应用。3.3.基于网络的全盘自动化阶段基于网络的全盘自动化阶段（20世纪世纪70年代中期年代中期） 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 集散型控制系统集散型控制系统(DCS(DCS系统系统) ) DCSDCS系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。系统是一种

18、以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是其基本特点是分散控制、集中管理。分散控制、集中管理。 DCSDCS系统通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）系统通常由控制站（下位机）、操作站（上位机）和过程通讯网络三部分组成：控制站完成数据采集、处理和过程通讯网络三部分组成：控制站完成数据采集、处理及控制的作用；操作站完成生产过程信息的集中显示、操及控制的作用；操作站完成生产过程信息的集中显示、操作和管理等作用；过程通讯网络用于实现操作站与控制站作和管理等作用；过程通讯网络用于实现操作站与控制站的连接，完成信息、控制命令等传输。的连接，完成信息、控制命令等传输。DCSDCS系统可以实现系统可

19、以实现单元组合仪表中变送和执行单元之外所有的功能，但单元组合仪表中变送和执行单元之外所有的功能，但DCSDCS的功能是单元组合仪表无法比拟的。的功能是单元组合仪表无法比拟的。 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 集散控制系统（集散控制系统（Distributed Control System,Distributed Control System,DCSDCS） 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 早期的早期的DCSDCS控制系统控制系统 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 现场总线控制系统现场总线控制系统(FCS(FCS系统系统) )FCSFCS系统是基于现

20、场总线技术的一种新型计算机控制装系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是置。其特点是现场控制现场控制和和双向数字通讯双向数字通讯，即将传统上集中，即将传统上集中于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，于控制室的控制功能分散到现场设备中，实现现场控制，而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。而现场设备与控制室内的仪表或装置之间为双向数字通讯。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。其中现场设备是指系双向传输、多分支结构的通信网络。其中现场设备是指系统最底层的监测、执行和计

21、算设备，如智能化的变送器、统最底层的监测、执行和计算设备，如智能化的变送器、执行器或控制器等。执行器或控制器等。FCSFCS系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式系统具有全数字化、全分散式、可互操作、开放式以及现场设备状态可控等优点。以及现场设备状态可控等优点。FCSFCS系统中还可能出现以以系统中还可能出现以以太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。太网技术和以无线通信技术为基础的计算机控制系统。 第1章 过程控制概述 1.1 过程控制发展概况 基于现场总线基于现场总线(Fieldbus)(Fieldbus)的企业网络系统（的企业网络系统（FCSFCS) ) 第1章 过程控制概

22、述 1.1 过程控制发展概况 第1章 过程控制概述 1.2 过程控制的任务及要求 工业生产对过程控制的工业生产对过程控制的要求要求主要有三个方面：主要有三个方面：安全性：安全性：确保生产过程中人身与设备的安全，保确保生产过程中人身与设备的安全，保 护或减少生产过程对环境的影响；护或减少生产过程对环境的影响；稳定性：稳定性：具有抑制外部干扰、保持生产过程长期具有抑制外部干扰、保持生产过程长期 稳定运行的能力。稳定运行的能力。经济性：经济性：实现效益最大化或成本最小化。实现效益最大化或成本最小化。1.2 过程控制的任务及要求过程控制的任务及要求过程控制的任务：过程控制的任务： 在了解、掌握工艺流程

23、和被控过程的静态与在了解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。因此，过程控制是集控制理论、工艺知识、自动因此，过程控制是集控制理论、工艺知识、自动化仪表与计算机等为一体的综合性应用技术。化仪表与计算机等为一体的综合性应用技术。 第1章 过程控制概述 1.2 过程控制的任务及要求 过程控制与其它相关学科过程控制与其它相关学科 第1章 过程控制概述 1.2

24、 过程控制的任务及要求 第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类1.3 过程控制系统的组成、特点及分类过程控制系统的组成、特点及分类1.1.过程控制系统的组成过程控制系统的组成 控制系统方块图控制系统方块图 LChhspQiQo液位控制器设定值hsp偏差e(t)+_测量值hm(t)干扰通道+液位传感测量变送器出水控制阀被控变量h(t)控制信号u(t)操纵变量Qo(t)控制通道扰动Qi(t)液体贮罐水箱液位控制系统水箱液位控制系统第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类TC蒸汽凝液进料TspTmTRVRF , Tiu(t) 第1章 过程控制概述 1.2 过

25、程控制的任务及要求 换热器温度控制系统换热器温度控制系统温度控制器设定值Tsp偏差e(t)+_测量值Tm(t)干扰通道+温度测量变送器蒸汽控制阀被控变量T(t)控制信号u(t)蒸汽量RV (t)控制通道扰动RF (t), Ti (t)热交换器第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类锅炉汽包水位控制系统锅炉汽包水位控制系统控制系统方块图控制系统方块图 给水阀汽包单回路控制系统方框图单回路控制系统方框图控制器Gc (s)执行器Gv (s)控制通道Gp (s)测量变送Gm (s)设定值ysp偏差 e+_控制变量u操纵变量q被控变量y测量值ym扰动 D干扰通道GD (s)+被控对象

26、第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类被控对象（对象）：被控对象（对象）：需要实现控制的设备、机器或生产过程，需要实现控制的设备、机器或生产过程，称为被控对象，例如锅炉称为被控对象，例如锅炉被控变量（被调量、被调参数）被控变量（被调量、被调参数）y y：指需要控制的工艺参数，指需要控制的工艺参数，如加热器的温度、锅炉汽包水位等。它是被控对象的输出信如加热器的温度、锅炉汽包水位等。它是被控对象的输出信号。在控制系统方块图中，它也是自动控制系统的输出信号。号。在控制系统方块图中，它也是自动控制系统的输出信号。但它是理论上的真实值，由测量变送器输出的信号是被控变但它是理论上的真

27、实值，由测量变送器输出的信号是被控变量的测量值量的测量值x x。设定值（给定值）：设定值（给定值）：被控变量的目标值（预定值），称为设被控变量的目标值（预定值），称为设定值。当它由工业调节器内部给出时称为内给定值，最常见定值。当它由工业调节器内部给出时称为内给定值，最常见的内给定值是一个常数，它对应于被控变量所需保持的工艺的内给定值是一个常数，它对应于被控变量所需保持的工艺参数值。当它产生于外界某一装置，并输入至调节器时称为参数值。当它产生于外界某一装置，并输入至调节器时称为外给定值。外给定值。控制系统中常用的名词术语控制系统中常用的名词术语第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特

28、点及分类操纵变量（控制变量、调节参数）：操纵变量（控制变量、调节参数）：受调节器操纵，用以使受调节器操纵，用以使被控变量保持设定值（给定值）的物料量或能量，称为操纵被控变量保持设定值（给定值）的物料量或能量，称为操纵变量。它是调节阀的输出信号，如锅炉给水。调节阀的输入变量。它是调节阀的输出信号，如锅炉给水。调节阀的输入信号是调节器的输出信号，它不同于操纵变量。信号是调节器的输出信号，它不同于操纵变量。干扰（扰动）：干扰（扰动）：除操纵变量以外，作用于对象并能引起被控除操纵变量以外，作用于对象并能引起被控变量变化的因素，称为干扰或扰动。负荷变化就是一种典型变量变化的因素，称为干扰或扰动。负荷变化

29、就是一种典型的扰动，如蒸汽用量的变化对锅炉水位控制是一种典型干扰。的扰动，如蒸汽用量的变化对锅炉水位控制是一种典型干扰。基本扰动：基本扰动：可以通过执行机构控制的扰动。如锅炉给水流量可以通过执行机构控制的扰动。如锅炉给水流量的变化。的变化。外部扰动：外部扰动：系统本身无法控制的扰动。如蒸汽负荷变化。系统本身无法控制的扰动。如蒸汽负荷变化。第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类偏差：偏差：偏差理论上应该是被控变量的设定值与实际值之差。偏差理论上应该是被控变量的设定值与实际值之差。但是能够直接获取的是被控变量的测量值信号而不是实际值，但是能够直接获取的是被控变量的测量值信号而

30、不是实际值，因此，通常把给定值与测量值之差称作为偏差。因此，通常把给定值与测量值之差称作为偏差。调节作用：调节作用：克服干扰作用影响，使系统重新稳定的作用。克服干扰作用影响，使系统重新稳定的作用。干扰作用：干扰作用：破坏系统平衡，引起被调参数偏离给定值的作用。破坏系统平衡，引起被调参数偏离给定值的作用。测量信号：测量信号：变送器输出代表被调参数大小的信号。变送器输出代表被调参数大小的信号。定值信号：定值信号：代表给定值大小的信号。代表给定值大小的信号。控制信号：控制信号：调节器输出，控制执行机构的信号。调节器输出，控制执行机构的信号。第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类

31、 被控变量被控变量/受控变量受控变量/过程变量过程变量 （Controlled Variable - CV, Process Variable - PV） 设定值设定值/给定值给定值 (Setpoint - SP, Setpoint Value - SV ) 操纵变量操纵变量/操作变量操作变量 (Manipulated Variable, MV) 扰动扰动/扰动变量扰动变量 (Disturbance Variable, DV) 测量测量/测量信号测量信号 (Measurement ) ， 控制控制/控制信号控制信号/控制变量（控制变量（Control Variable ）第1章 过程控制概述

32、1.3 过程控制系统的组成、特点及分类2.2.过程控制系统的特点过程控制系统的特点l被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计被控过程复杂多样，通用控制系统难以设计l被控过程多属慢变过程和参量控制被控过程多属慢变过程和参量控制l控制方案丰富多彩，控制要求越来越高控制方案丰富多彩，控制要求越来越高l定值控制是过程控制的主要形式定值控制是过程控制的主要形式第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类按系统的结构特点分：按系统的结构特点分：（1 1）反馈控制系统）反馈控制系统（Feedback Control System）3.3.过程控制系统的分类过程控制系统的分类第1章 过程控制概述

33、 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类（2 2）前馈控制系统）前馈控制系统（Feedforward Control System） 第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类（3 3）前馈）前馈- -反馈复合控制系统反馈复合控制系统 第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类前馈与反馈控制系统举例前馈与反馈控制系统举例蒸汽凝液进料TRVRFTspTmu(t)Ti前馈控制器TC蒸汽凝液进料TspTmTRVRF , Tiu(t)蒸汽凝液进料TRVRFTspTmu(t)Ti前馈/反馈控制器前馈前馈反馈反馈前馈前馈-反馈反馈第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系

34、统的组成、特点及分类按设定值的特点分：按设定值的特点分：（1）定值控制系统）定值控制系统 设定值固定不变或在规定的设定值固定不变或在规定的 小范围内变化。小范围内变化。（2）随动控制系统）随动控制系统 设定值随时间任意变化。设定值随时间任意变化。（3）程序控制系统）程序控制系统 设定值按预定的时间程序变化，设定值按预定的时间程序变化， 也称为顺序控制系统。也称为顺序控制系统。第1章 过程控制概述 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 1.41.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标过程控制系统的过渡过程和性能指标1.过程控制系统的

35、静态与动态过程控制系统的静态与动态 在自动控制领域，把被控变量不随时间而变在自动控制领域，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的化的平衡状态称为系统的静态静态，而把被控变量，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的随时间变化的不平衡状态称为系统的动态动态。 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 2.过程控制系统的过渡过程过程控制系统的过渡过程 控制系统从一个平衡状态到达另一个平衡状态的控制系统从一个平衡状态到达另一个平衡状态的过程称为系统的过渡过程。过程称为系统的过渡过程。 衡量过程控制系统工作质量的依据是系统的过渡衡量过程控制系统工作质量的依据是系统的过渡

36、过程。过程。 阶跃干扰作用下过渡过程的基本形式阶跃干扰作用下过渡过程的基本形式 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 3.3.过程控制系统的性能指标过程控制系统的性能指标 通常在通常在稳定性、准确性稳定性、准确性和和快速性快速性三个方面三个方面给出性能指标给出性能指标. .阶跃信号作用下被控变量变化曲线阶跃信号作用下被控变量变化曲线 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 (1)(1)最大偏差和超调量最大偏差和超调量（准确性指标）（准确性指标） 最大偏差是指在过渡过程中被控变量偏离给定值的最大数值，最大偏差是指在过渡过程中被控变量偏离给定值的最

37、大数值，它是控制系统的动态指标。在衰减振荡过程中，最大偏差就是它是控制系统的动态指标。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，它表示被控变量瞬间偏离给定值的最大限度。第一个波的峰值，它表示被控变量瞬间偏离给定值的最大限度。如图中的如图中的A 。 超调量是第一个峰值与新稳定值之差，即图中的超调量是第一个峰值与新稳定值之差，即图中的B。 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 单项性能指标单项性能指标(2)衰减比和衰减率衰减比和衰减率（稳定性指标）（稳定性指标） 衰减比表示振荡过程的衰减程度，它等于被控变量产生周期衰减比表示振荡过程的衰减程度，它等于被控变量产生周期性

38、振荡前后相邻两个峰值之比，它是控制系统的动态指标。性振荡前后相邻两个峰值之比，它是控制系统的动态指标。 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指经过衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即 为了保证控制系统有一定的稳定裕度，在过程控制中一般为了保证控制系统有一定的稳定裕度，在过程控制中一般要求衰减比为要求衰减比为4:1 到到10:1 ，这相当于衰减率为，这相当于衰减率为75%到到 90%。衰减比衰减比BBn 衰减率衰减率BBB 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 (3)余

39、差余差 （准确性指标）（准确性指标） 余差也称静差或稳态误差，是指当过渡过程结束后，被控变量余差也称静差或稳态误差，是指当过渡过程结束后，被控变量新的稳态值与给定值之间的偏差，它是控制系统的稳态指标，在新的稳态值与给定值之间的偏差，它是控制系统的稳态指标，在图中以图中以C表示。表示。 余差为零的过程控制系统称为无差调节系统，余差不为零的过余差为零的过程控制系统称为无差调节系统，余差不为零的过程控制系统称为有差调节系统。程控制系统称为有差调节系统。(4)过渡时间（调节时间）过渡时间（调节时间）（快速性指标）（快速性指标） 过渡时间是指从干扰发生时刻起到系统建立新的平衡状态止所过渡时间是指从干扰发

40、生时刻起到系统建立新的平衡状态止所经历的时间。经历的时间。即从扰动开始到被调量进入新稳态值的即从扰动开始到被调量进入新稳态值的5%（或（或2%）范围内所需时间。）范围内所需时间。 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 (5) 振荡周期或频率振荡周期或频率（快速性指标）（快速性指标） 过渡过程的振荡周期或频率也可以作为衡量控制系统快速过渡过程的振荡周期或频率也可以作为衡量控制系统快速性的一个指标。性的一个指标。过渡过程中同向两个波峰之间的时间间隔叫振荡周期，其倒过渡过程中同向两个波峰之间的时间间隔叫振荡周期，其倒数称为振荡频率。一般希望振荡周期短一些为好。数称为振荡频率。一般希望振荡周期短一些为好。 第1章 过程控制概述 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 偏差绝对值积分（偏差绝对值积分（IAE） 该性能指标可避免正负偏差相互抵消，使大小偏差都起到相该性能指标可避免正负偏差相互抵消，使大小偏差都起到相应的积分作用，应用比较广泛。应的积分作用，应用比较广