过程控制课程讲义1

1、F过程控制过程控制 1、学习过与控制有关的课程有那些？、学习过与控制有关的课程有那些？ 2、自动控制原理的本质？你们知道那些控制方法？、自动控制原理的本质？你们知道那些控制方法？ 3、计算机控制本质？、计算机控制本质？ 如何理解采样周期？如何理解采样周期？ 给出实时控制的框图。给出实时控制的框图。 4、自控系统的研究对象是什么？与自动控制原理有、自控系统的研究对象是什么？与自动控制原理有何区别？何区别？ 5、学过那些建模方法，简述其机理。、学过那些建模方法，简述其机理。 6、PID控制的概念？给你一个温度对象，该如何操作？控制的概念？给你一个温度对象，该如何操作？专业知识 自动控制原理 现代控

2、制理论 计算机控制 智能控制 飞行控制 自动控制系统 过程控制 了解过程控制的基本概念、基本理论和基本方法 了解过程控制的发展动态和前沿问题 了解过程控制的典型对象 锻炼综合运用知识的能力: 掌握常用工具：matlab，labwin等软件F连续过程连续过程(Continuous Process)(Continuous Process)(供油压力）供油压力） 批量（间歇）过程批量（间歇）过程(Batch Process)(Batch Process)F离散过程离散过程(Discrete Process)(Discrete Process)G流程工业流程工业(Flow Manufacturing

3、Industry)(Flow Manufacturing Industry)G离散制造业离散制造业(Discrete Industry)(Discrete Industry)F从原料到产品加工过程（生产硝酸）从原料到产品加工过程（生产硝酸）F历经一段时间历经一段时间 （液位控制）（液位控制）F伴随物质能量变化（温度控制）伴随物质能量变化（温度控制）F运动控制运动控制(Motion Control)(Motion Control)F离散过程：离散过程：位置、速度、加速度、尺寸F过程控制过程控制(Process Control)(Process Control)F连续过程连续过程F针对连续或半连续

4、（间歇）过程中的温度、压力、流量、液（物）位、化学成分（如含氧量）、物性参数（如粘度、融溶指数）等变量而实现的自动控制系统，称为过程控制。温度温度T 温度温度T 测量范围宽、原理多样、物性复杂 温度 压力 流量 液位 成分（氧含量，产品组份等） 物性（粘度，干点，冰点等）v罐、釜v塔v管道v炉 自动检测：传感，测量 自动监视：计算机人机界面，显示仪表，电视监视器 自动调节：控制器，调节器 顺序控制：可编程控制器 自动保护：报警，连锁保护 装置级甚至厂级生产过程的平稳控制控制手段：各种类型的计算机系统 被控对象（过程和设备）、控制理论、控制工具的交替发展与相互促进汇成过程控制发展的主旋律（见下表

5、） 历经从简单到复杂，从单变量到多变量，从单一回路到整个装置乃至是全厂，从单纯控制到综合自动化等等的变化过程规模 炼油装置： 250万吨： 1000万吨 乙烯装置： 10万吨 30万吨 60万吨 100万吨 经营决策 Marketing & Decision 信息管理 Information Management 计划调度 Planning & Scheduling 过程监控 SCC（Supervisory Computer Control) 现场控制 FCS（Field Control System） 被控生产过程 Processes 过程控制过程优化生产调度企业管理经营决策

6、第五层：企业决策，生产规划第四层：供销,财务,计划,管理等第二层：先进控制，过程优化第三层：生产调度，系统优化第一层：单元自动化，简单控制生 产 过 程ERP(Enterprise Resource Planning)企业资源规划层企业资源规划层PCS(Process Control System)过程控制层过程控制层MES (Manufacturing Execution System)制造执行层制造执行层ATMLonWorks bus广域网PC工作站卫星地面站中继器路由器PLCH2/EPCH1以太网段H1/H2H2打印机绘图仪Modem便携机H2/Lon电话MotorPLCI/OI/OI/

7、O服务器网关服务器 现场总线是联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。RVDMSRVDMS总体结构布局总体结构布局DSMAX2DSC2-PDSC2-PDSC2-PDSC2-PDSC2-PDSC2-PDSC2-PDSC2-PDSC2-P目标转台追踪转台三自由度平动系统虚拟交会对接系统大屏幕显示系统管理高速以太网目标台运行管理及轨迹显示平动系统运行管理及轨迹显示追踪台运行管理及轨迹显示PLC逻辑控制CMS监控系统位置控制器电流环控制功率放大永磁同步伺服电机变换编码接口卡框架码盘速度估计单通道数字伺服控制集中监控管理集中监控管理通信管理及控制修正通信管理及控制修正直接控

8、制级直接控制级系统监控主控计算机RVDMS总体控制方案 简单温度控制系统示例流量扰动温度设定值高温蒸汽出料进料HX-1V-1TC1TC2炉膛温度夹套温度F基本组成部分 被控过程 测量变送 控制器 执行机构控制器测量变送被控过程调节阀给定值偏差阀门开度信号调节量参数测量值外部干扰-被控参数 +1、控制系统的组成液位控制系统示例u当系统受到外界扰动的影响时为使被控变量（液位）与设定值保持一致检测被控变量，并与设定值比较得到偏差按一定控制规律对偏差运算输出信号驱动操纵变量（流量）最终使被控变量回复到设定值 1、控制系统的组成压力控制系统的示例u 当系统受到外界扰动的影响时 为使被控变量（压力）与设定

9、值保持一致 检测被控变量，并与设定值比较得到偏差 按一定控制规律对偏差运算 输出信号驱动操纵变量（流量） 最终使被控变量回复到设定值 1、控制系统的组成温度控制系统示例 当系统受到外界扰动的影响时 为使被控变量（温度）与设定值保持一致检测被控变量，并与设定值比较得到偏差按一定控制规律对偏差运算 输出信号驱动操纵变量（流量） 最终使被控变量回复到设定值 2、控制系统的框图控制系统由被控对象、检测变送、控制器和执行器等组成传递函数被控对象变送器计算机检测元件控制器执行器3、时域控制性能指标、时域控制性能指标1）.衰减比n：衰减比（Subsidence ratio）是控制系统的稳定性指标。它是相邻同

10、方向两个波峰的幅值之比。即： n1衰减振荡 n无穷大为非周期过程 衰减率也用于表示控制系统的稳定性。它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即： 21BBn 121BBB 2）超调量和最大动态偏差： 控制系统中，超调量（Overshoot）定义为： 定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即： %1001CBCBA13）余差：它是控制系统的最终稳态偏差e()。在阶跃输入作用下，余差（Steady-state error）为： 定值控制系统中，r=0，因此有：e()= -C。余差是控制系统稳态准确性指标。Cryre)()(4）回复时间和振荡频率： 被控变量从过渡过程开始到进入稳态值5%或

11、2%范围内的时间作为过渡过程的回复时间Ts（Settling time）。回复时间是控制系统的快速性指标。 振荡频率与振荡周期T的关系是 在相同衰减比n下，振荡频率越高，回复时间越短；在相同振荡频率下，衰减比越大，回复时间越短。T2 5）偏离度：控制系统偏离度是被控变量统计特性的描述。 在相同干扰作用下，定值控制系统输出的最大偏差越大，系统的偏离度越大；在相同的衰减比下，系统输出的周期越大，系统的偏离度越大。4、控制系统运行的重要准则、控制系统运行的重要准则 针对连续或半连续（间歇）过程中的温度、压力、流量、液（物）位、化学成分（如含氧量）、物性参数（如粘度、融溶指数）等变量而实现的自动控制系

12、统，称为过程控制。 大延迟、大时间常数、非线性 采样周期130秒 各种控制方法应用 目标任务：使操作压力、温度等在规定的许可范围 保障人身、设备、过程安全：保证连续生产过程的平稳操作， 各参数维持在允许的波动范围：提高产品的产量、质量 降低原、材料与能源消耗，降低成本 要求：抑制对过程参数的影响确保过程的生产工况达到（）F自控系统设计初步H 控制系统设计的基本出发点H 控制系统设计步骤1) 确定控制目标：满足平衡关系或某项指标2) 选择被控参数：直接可测，间接可测3) 选择调节量：用以控制被控参数的介质4) 确定控制系统结构：单回路 串级 前馈 反馈5) 确定控制算法：PID，模糊，自适应，优化，预测6