仪表自动化第一章

仪表自动化第一章第一页，共三十四页，2022年，8月28日§１.１化工自动化的主要内容自动检测自动保护与报警自动操纵与启停自动调节第二页，共三十四页，2022年，8月28日QiQ0要求§１.2自动控制系统的组成观察思考调节(1)检测(2)运算(3)执行自动控制系统设备+自动化装置来代体人工操作人工操作第三页，共三十四页，2022年，8月28日§１.2自动控制系统的组成及方框图四部分(环节)：测量仪表（测量并转化统一信号）控制器（比较得偏差、运算输出控制信号）执行机构（根据控制器信号改变操作量）被控对象（设备）1、组成第四页，共三十四页，2022年，8月28日2、方块图

每一个方块称一个“环节”，带箭头线条表示“信号”联系控制器执行器被控对象测量元件与变送器测量值给定值偏差输出变量被控变量控制器操纵干扰作用xzepqyf说明了组成和工作原理QiQo第五页，共三十四页，2022年，8月28日2、概念环节、偏差、反馈、正反馈、负反馈控制器执行器被控对象测量元件与变送器测量值给定值偏差输出变量被控变量控制器操纵干扰作用xzepqyf开环、闭环第六页，共三十四页，2022年，8月28日§1.3自动控制系统的分类按被调控变量分类：流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等、速度调节等按控制规律分类：位式调节、比例调节、比例微分调节、比例积分调节、比例微分积分调节按被控参数的变化规律分类：定值控制系统：给定值为常数；随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化；程序控制系统：按预定时间顺序控制参数。按信号种类分类：气动调节系统，电动调节系统第七页，共三十四页，2022年，8月28日§1.4自动控制系统的过渡过程和品质指标一、控制系统静态与动态静态：被控变量不随时间变化的平衡状态动态：被控变量随时间变化的不平衡状态

控制过程：动态静态动态新的静态控制干扰控制QiACS中,输入=输出

时

,各环节都不改变原先的状态Q0输入变化(干扰)

被控变量变化ACS产生控制作用克服干扰----建立新的平衡动态动----绝对的静----相对的、短暂的研究ACS的重点是系统的动态LTLC给定静态第八页，共三十四页，2022年，8月28日

二、控制系统的过渡过程

阶跃干扰：突然、剧烈易实现好分析干扰定义：由一个平衡状态（静态）过渡到另一个平衡状态（新的静态）的过程。设系统原处于平衡状态y变化负反馈作用恢复平衡衡量：在阶跃干扰作用下的过渡过程。

过渡过程干扰f研究Y-t的变化规律负反馈作用给定值变化第九页，共三十四页，2022年，8月28日

四种基本形式：

在阶跃干扰作用下的过渡过程。第十页，共三十四页，2022年，8月28日

三、控制系统的品质指标最大偏差A或超调量B

衰减比B/B’=n:14:1~10:1

余差C

过渡时间t

振荡周期T

振荡次数上升时间给定值CT第十一页，共三十四页，2022年，8月28日第十二页，共三十四页，2022年，8月28日四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素控制效果取决于控制对象（内因）和控制系统（外因）两个方面。外因只有通过内因起作用，内因是最终效果的决定因素。控制器执行器被控对象测量元件与变送器给定值偏差变量被控变量操纵干扰作用xzepqyf第十三页，共三十四页，2022年，8月28日§１.5工艺管道及控制流程图工艺流程→控制方案→工艺管道及控制流程图（PID）

控制方案确定：测量点选择、控制系统确定、保护系统设计

工艺管道及控制流程图：带测量点、控制点、控制系统、保护系统的流程图。图1-4第十四页，共三十四页，2022年，8月28日控制流程图第十五页，共三十四页，2022年，8月28日工艺管道及控制流程图：

1、图形符号测量点：起点连接线：仪表：圆圈

2、字母代号

3、仪表位号第十六页，共三十四页，2022年，8月28日控制流程图符号意义序号安装位置图形符号备注序号安装位置图形符号备注1就地安装仪表4集中仪表盘后安装仪表嵌在管道中2集中仪表盘面安装仪表5就地仪表盘后安装仪表3就地仪表盘面安装仪表第十七页，共三十四页，2022年，8月28日控制流程图字母意义字母第一位字母后继字母字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能被测变量修饰词功能A分析报警P压力C电导率控制Q数量积分累积D密度差R放射性记录E电压S速度安全开关F流量比T温度传送I电流指示V粘度阀K时间W力L物位YM水分Z位置执行机构第十八页，共三十四页，2022年，8月28日(1)仪表测量点的位置

(2)控制点

(3)被测变量

(4)仪表功能

(5)工段号

(6)仪表序号

(7)安装位置

从控制流程图可以看到第十九页，共三十四页，2022年，8月28日§2被控对象的特性及数学模型一、有关对象的基本概念二、对象特性的分类与研究方法三、描述对象特性的参数控制器执行器被控对象测量元件与变送器给定值偏差变量被控变量操纵干扰作用xzepqyf第二十页，共三十四页，2022年，8月28日

一、有关对象的基本概念对象干扰控制作用被控变量输入变量与输出变量之间的信号联系-------通道控制通道干扰通道第二十一页，共三十四页，2022年，8月28日二、对象特性的分类与研究方法所谓研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系——数学模型。对象的数学模型可以分为静态数学模型和动态数学模型。静态数学模型描述的是对象在稳定时（静态）的输入与输出关系；如h=KQ1动态数学模型描述的是在输入量改变以后输出量跟随变化的规律；KQ1=h+T(dh/dt)静态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。第二十二页，共三十四页，2022年，8月28日对象的动态特性对象受到干扰作用或控制作用后，其输出跟随变化的规律。研究的核心是：寻找对象输入与输出之间的（函数）规律。对象输入量：干扰作用、控制作用对象输出量：被控变量控制通道特性干扰通道特性数学模型的表示方法：非参量模型：用曲线、图表表示的系统输入与输出量之间的关系；参量模型：用数学方程式表示的系统输入与输出量之间的关系。对象干扰控制作用被控变量第二十三页，共三十四页，2022年，8月28日对象动态特性的研究方法（1）机理建模（数学建模）

根据对象实际过程的内部机理写出的数、质量平衡关系，分析计算而获得对象的输入量与输出量之间的关系。（2）实验建模

要在实际系统或实验系统中，通过加上一组(人为的）输入来考察输出的跟随变化规律——获得反映输入与输出关系的经验曲线和经验函数关系。第二十四页，共三十四页，2022年，8月28日机理建模示例：一阶对象由体积守恒可得：

(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/Rs

RS——出水阀的阻力系数由此可得：

RSQ1=h+ARs(dh/dt)或:

KQ1=h+T(dh/dt)hQ1Q2输入Qi输出h第二十五页，共三十四页，2022年，8月28日实验建模“科学”和“技术”具有不同的范畴许多复杂的过程不能通过理论分析得出显性表达式；表达式常是高阶微分方程式或偏微分方程式;理论推导通常忽略一些影响因素，而这些因素对实际结果具有相当的影响；通过实验获得经验方程有时比理论推算更方便。第二十六页，共三十四页，2022年，8月28日实测建模定义

通过实验来测取对象的输入输出数据;依据这些输入输出数据来建立对象的数学模型。几个概念

系统辨识参数估计测试信号在确定模型之后,依据输入输出数据来确定模型中的某些参数.在所研究的对象上,人为地加上一个输入信号,测输出,这个输入信号称测试信号.第二十七页，共三十四页，2022年，8月28日实验测取法按所加

输入形式的不同来区分1.阶跃反应曲线法通过输入量的一个阶跃变化寻找对象的动态特性。优点：简单易行。缺点：精度低。2.矩型脉冲法优点：精度高,对生产影响小。3.周期脉冲法通过输入量的周期变化（矩形波或正弦变化),获取对象的动态特性。优点：能反应条件波动时的结果。缺点：不能用于大滞后系统。第二十八页，共三十四页，2022年，8月28日三、描述对象特性的参数

三个物理量K、T、τ图2-12液位变化曲线1、放大系数K

K=△h/△Q1h=KQ1K越大，被控变量对输入量越灵敏一阶对象：2、时间常数T被控变量达到新的稳定值的63.2%所需的时间.KQ1=h+T(dh/dt)

T的求法：a、0.632法b、切线法在一定的输入作用下，被调参数完成其变化所需时间的参数。T反映达到稳定值的快慢，T大反应慢，惯性大第二十九页，共三十四页，2022年，8月28日图8-11不同时间常数对象的反应曲线第三十页，共三十四页，2022年，8月28日3、滞后时间在输入参数变化后，有的输出参数不能立即发生变化，而需要等待一段时间才开始产生明显变化，这个时间间隔称为滞后时间。滞后时间按其产生原因可以分为：传递滞后：滞后期内无变化——新参数的作用结果还没有传递到输出点；容量滞后：滞后期内逐步产生微弱变化——新参数的作用结果受到容积量的缓冲。

a、传递滞后τ0（纯滞后）第三十一页，共三十四页，2022年，8月28日

b、容量滞后τ