第1章单回路反馈控制系统1

过程控制工程绪论北京化工大学信息科学与技术学院自动化系宿翀suchong@第1课ProcessControlEngineering课程性质

控制理论与控制工程学科主干课程生产过程控制领域最重要专业课

我校控制科学与工程硕士研究生复试（笔试、面试）主要内容教学进程课程安排学时：授课48学时，

周二（1~16周）14：45-17：15教402实验16学时（8个实验）考核：期末闭卷考试

成绩：考试70%+实验20%+作业和考勤10%

作业：要求同学全部完成

每次抽查部分同学（按学号）每周一交作业教学进程自动化技术发展概况早期一千多年前：铜壶滴漏计时器、指南车（中国西汉时期-开环前馈）、各种天文仪器。十八世纪：风车定向装置（1750年），蒸汽机调速装置（1784年）

30年代~黑箱子时期：凭经验，配仪表(经典控制理论1代+2代)1948年：N.Wiener发表《控制论》50年代~仪表化阶段：发展仪表硬件，基地式仪表（控制系统）主要是单回路控制系统W.R.Evans提出根轨迹法，钱学森发表《工程控制论》60年代~发展阶段（现代控制理论，第3代）单元组合仪表，电动、气动①化工动态学（建立数学模型）②计算机发展③PID控制和复杂控制：(串级、比值、前馈、均匀、选择等）④全局设计观念教学进程70年代~微电子技术的发展--〉计算机控制DDC（DirectDigitalControl)DCS(DistributedControlSystem)PID控制及高级算法：推断，预测，自适应，最优大系统理论（第4代）80年代~多级优化控制CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)CIPS(ComputerIntegratedProcessSystem)FCS(Field-busControlSystem)智能控制理论（第4代）：模糊控制、神经网络控制、专家控制、遗传算法、灰色理论教学进程自动化技术发展概况生产过程自动控制（简称过程控制）-------自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。过程控制教学进程过程控制发展的特点●任务的需要、理论的开拓、技术手段的进展●一门综合性的技术

教学进程本课程的研究对象与任务控制理论仪表与计算机过程控制系统化学工程与工艺综合与分析任务：生产过程自控方案的设计两个环节：实验、工程设计教学进程●过程（Process）--生产过程基本概念历经一段时间一般工业生产伴随物质能量变化●过程（Process）的特点连续过程(ContinuousProcess)批量（间歇）过程(BatchProcess)离散过程(DiscreteProcess)流程工业(FlowManufacturingIndustry)离散制造业(DiscreteIndustry)混合型工业过程/混杂系统(HybridSystem)教学进程●过程控制(ProcessControl）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统，称为过程控制。●被控参数种类基本概念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）教学进程●过程控制领域基本概念石油化工：输油，炼油，乙烯，合成橡胶，合成氨电力：火电厂冶金：冶金加热炉，热处理炉生化：啤酒，制药轻工：食品，漂染环境：水处理，大气监测其它：农业，养殖业我国的控制工程相对落后

教学进程单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章单回路反馈控制系统1.1单回路系统的结构组成1.2被控变量的选择1.3对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择1.4控制阀的选择1.5测量、传送滞后对控制质量的影响及其克服办法1.6控制器参数对系统控制质量的影响及控制规律的选择1.7系统的关联及其消除方法1.8单回路系统的投运和整定 实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究第1章教学进程1.1单回路系统的结构组成●单回路反馈控制系统

四个基本环节：被控对象、测量变送、控制器和控制阀反馈控制中的最基本系统特点：简单、有效、应用最成熟、最普遍---占70%以上教学进程例1：恒温箱的人工控制1.1单回路系统的结构组成人工控制的恒温箱

加热电阻丝~220V调压器温度计教学进程●观测恒温箱内的温度（被控制量）●与要求的温度（给定值）进行比较，得到温度偏差的大小和方向●根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回复到要求值●人工控制恒温箱调节过程

1.1单回路系统的结构组成人工控制过程的实质：检测偏差，调节操纵变量，缩小偏差期望温度大脑手调压器恒温箱眼睛实际温度温度计教学进程教学进程●恒温箱自动控制调节过程

●恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2●恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得到温度偏差信号u＝u1u2●温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止，此时，偏差u＝0，电机停止转动。恒温箱自动控制系统工作原理：1.1单回路系统的结构组成教学进程例2：水槽液位控制系统LCF1F2F1F21.1单回路系统的结构组成F1增加→L增加→变送器输出信号增加→偏差（测量值-设定值）为正、增加→控制器输出增加→阀开度增加→F2增加→L降低；教学进程工作过程：1.1单回路系统的结构组成控制器控制阀被控对象测量变送偏差给定测量液位●给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。也称为参考输入量（信号）。●被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。●

输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程称为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。教学进程1.1单回路