过程控制系统1

1、过程控制系统 第一章 绪论 2 3 4 5 6 第二章 被控过程的数学模型 2 3 第三章 单回路控制系统设计 2 3 4 5 第四章 串级控制系统 2 3 4 5 第五章 前馈及复合控制系统 2 第六章 时间滞后控制系统 2 3 第七章 其它过程控制系统 2 3 4 第八章 过程控制中的计算机应用 2 3 4 参考书11-1 课程的性质和教学安排 凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。(另有电力拖动控制方向) 1、过程控制的概念2、过程控制是电气自动化专业的主要内容之一 第一章 绪论1.2 1.3 1.4 1.5 1.624、主要参考书 (1)

2、 过程控制工程，冯品如，轻工业出版社 (2) 过程控制 ，金以慧，清华大学出版社 (3) 过程控制工程（第2版），邵裕森，机械工业出版社(1)、学时、实验、自修（28：16：4）(2)、内容安排(2)、从实际应用看(1)、从专业特点看返回3、教学安排3 生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全和提高劳动生产率重要手段，一直起着极其重要的作用。其发展经历了以下几个方面： 1、初期阶段(3040年代) 2、简单仪表化阶段(4060年代) 3、综合自动化阶段(6070年代中期) 4、全盘自动化(及智能化)阶段(70 90年代中期) 5、计算机集成制造系统（ 90年代末

3、期自今）1-2 过程控制的发展概况41-3 过程控制的特点 及计算机的作用 过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一定值或按一定规律变化。 1、被空对象的多样性 2、对象特性的难辨性 3、普遍存在滞后 4、特性往往具有非线性： 如间歇式加温、齿轮运动等。5 计算机的应用不仅促进了现代控制理论的发展，而且也推动了自动化向深度与广度进军，使生产自动化提高到更高的水平。甚至在向智能化的方向大步迈进。 微型计算机控制生产过程，按不同的控制目的，可分为两类：一是数据检测处理，二是形成微机控制系统。 微机控制在提高产品质量、保证安全运行、减少原料和能量消耗、控制和减少环境污染、提高企业的管理水平方面正在并

4、将发挥越来越重要的作用。计算机在过程控制中的地位和作用6过程控制的步骤1、确定控制目标2、选择测量参数（被调量）3、操作量的选择4、控制方案的确定5、选择控制算法6、执行器的选择7、设计报警和联锁保护系统8、控制系统的调试和运行71-1典型单回路控制系统1-4 过程控制的组成及术语1、控制原理以液体储槽的水位控制为例进行说明。液位变送器液位控制器执行器一、系统组成82、系统方块图9、每个方块图代表控制系统的环节、方块图中连线为信号线，不是物料线。、箭头代表信号作用方向、控制系统具有单向性，输入性影响输出、信号沿箭头方向前进又回到原起点闭环特点：自控系统具有受控变量负反馈的闭合回路 10113、

5、主要组成部分 (1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元：仪表课中已做介绍。 (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常 见的有气动和电动两种。 (5)、控制阀：控制进料量。有气开式和气关式之别。 1、被控对象 (简称对象或过程)：前已述及。2、被控参数：按照生产过程要求，某些变量应该维持在稳定的变化范围内，如果对其施加控制作用，就称二、常用术语12 ： 凡是影响被控量的各种作用均叫做干扰或扰动。分内干扰和外干扰。(内干扰如原料成分变化等。)4、控制参数：即调节介质。如储水槽液位控制系统的给水量。5、测量值

6、：被控变量经检测变送后即是测量值。6、给定值：即被控变量的设定值。7、偏差值：准确地说，应是被控量的给定值与实际值之差。但能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把给定值与测量值之差称作为偏差。 8、调节器输出：根据偏差值、经一定算法得到的输出值。调节器输出亦称控制作用。3、干扰: 其为被控参数。如温度、压力、流量、液位、成分等。13有常规控制系统、计算机控制系统。 1、按工艺参数分类： 有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、成分控制系统、物位控制系统等。2、按系统的任务分类：有比例控制、均匀控制、前馈控制等。3、按自动化装置的不同分类：1-5 过程控制系统的分类一、一般分类145、按

7、是否形成闭合回路分类： 是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附近波动。 4、按控制器的动作分类：有1、定值控制系统PPIPID位式开环闭环、。二、按设定值形式分类152、随动控制系统 其给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业中的退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、 保温、 逐次降温等程序变化的。家用电器中应用程序控制系统的也很多，如电脑控制的洗衣机、电饭煲等。 是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随时跟踪给定值。3、程序控制系统16一、自动控制

8、系统的过渡过程（一）系统的动态和静态1、系统的静态：1）定义： 在自动化领域内，把受控变量不随时间变化的平衡状态2）特点： 各个参数变化率为零 生产过程正常进行1-6 控制系统的质量指标17一、自动控制系统的过渡过程2、系统的动态：1）定义：在自动化领域内，把受控变量随时间变化的不平衡状态2）特点： 各个参数变化率不为0 生产过程正常进行* 平衡和静态是暂时的、相对的、有条件的，不平衡是和动态是普遍的、绝对的、无条件的。干扰不断产生，控制作用不断克服干扰的影响，所以自控系统处在运动之中。18一、自动控制系统的过渡过程（续）3、自动控制系统的过渡过程1）定义：自动控制系统在动态阶段中，受控变量是

9、不断变化的，它随时间变化的过程。2）影响过渡过程的因素 与干扰类型、幅值有关 与组成自动控制系统各个环节特性有关19一、自动控制系统的过渡过程（续）4、过渡过程的几种基本类型 20 二、性能指标控制性能指标：评价控制系统优劣的性能指标）阶跃响应曲线的几个特征参数作为性能指标）偏差积分性能指标（一）以阶跃响应曲线的几个特征参数作为性能指数、初始条件）系统处于平稳状态（稳态），即输出参数对时间各阶系数为零）加单位阶跃干扰以衰减震荡过程为例：在单位阶跃输入情况下，对于定值、随动系统典型过程曲线如下： 21（一）以阶跃响应曲线的几个特征参数作为性 能指数 1、性能指标1）最大偏差A最大偏差： 受控变量

10、第一个波峰值与设定值之差工程意义：表示偏离设定值的程度（衡量） i）偏差愈大，时间域长，离生产状态愈远。 ii）工艺不希望，甚至引起生产事故。22 2）余差C余差：过渡过程终了时的残余偏差工程意义：反映控制准确性的重要指标 生产中一般希望E愈小愈好（不超过某一个预定范围） * 一般由工艺人员提出受控变量的波动范围 3）超调量B 超调量B：第一个波峰与稳态值之差除以稳定值工程意义：反应过程稳定性一个指标（同A）C234 ）衰减比N定义：第一个波峰与第二个波峰之比工程意义：反映过程稳定性一个指标 N1 衰减振荡 N=1 等幅振荡 N1 非周期 工程上希望4:1-10:15）过渡时间（恢复时间） T

11、s 定义：从系统受扰后至受控变量又建立新的平衡的最短时间为 止的理论上是无限长，一般规定进入稳态值 5% (或2%） 范围内经历的时间。工程意义：反映过程快慢、长短标志（快速性指标 在N 一定相同情况下，Ts愈短，过程愈快，适应性愈强，质量愈好。246）振荡周期T 定义：从第一个波峰到第二个波峰的时间f 周期倒数为振荡频率工程意义：在N 一定情况下周期短，频率高,反映过程快慢的标志25二）偏差积分性能指标 1、引入阶跃响应品质指标i）初始条件为零ii）加阶跃（干扰）输入控制系统输入信号非单一的，对于其它干扰情况下需建立一个广义的评价函数偏差积分评价指标积分性能指标 它是以控制系统瞬时误差函数e

12、(t) 为泛函数的积分评价系统的系统品质指标。它是一个数（最小）的衡量一个系统的优劣是否处于最佳状态的一种方法。262、常用的误差性能评价指标1）误差性能评价指标A）偏差积分 (IE) B）偏差平方积分(ISE) C）偏差平方、时间积分(ITSE) D）偏差平方、时间平方积分(ISTSE) 272、常用的误差性能评价指标（续）E）偏差绝对值积分(IAE) F）偏差绝对值时间积分(ITAE) G）偏差绝对值、时间平方积分（ISTAE）282）性能指标与关系 J(IE) =0 J(IE) =0 J(ISE) =0.5 J(ISE) =1 稳态误差=0.58 J(ITAE) =0.709 J(ITAE) =2.2 稳态误差=6 J(IAE) =0.7 J(IAE) =1.7 稳态误差=6分析：J数值不同，本身不能代表最佳性能之间的优劣 确定控制系统的优劣是系统参数 。以二阶为例： 用不同指标设计一个系统得不同意义下的最佳 293）性能指标的选择 性能指标选择: 应从实用性和选择性考虑。 实用性：分析、计算、实验、施工考虑 选择性： d