过程控制工程课件

过程控制工程概述过程控制工程是化学工程、机械工程、电子工程等学科交叉融合的产物，旨在优化生产过程、提高产品质量和经济效益。过程控制系统的组成测量系统传感器、变送器等，用于获取过程变量信息。控制系统控制器、执行器等，用于根据设定值对过程进行调节。过程测量温度测量热电偶、热电阻等，用于测量温度变化。压力测量压力传感器、压力变送器等，用于测量压力变化。流量测量流量计、涡街流量计等，用于测量流体流量变化。液位测量液位计、超声波液位计等，用于测量液位变化。过程检测与误差分析信号检测对测量信号进行预处理，识别异常值。误差分析分析测量误差来源，评估误差影响。过程调节器及其分类比例调节器调节输出与偏差成比例关系。积分调节器调节输出与偏差的积分值成比例关系。微分调节器调节输出与偏差的变化率成比例关系。PID调节原理1比例控制快速响应偏差变化。2积分控制消除静差，提高控制精度。3微分控制预测偏差变化趋势，抑制振荡。PID参数的动态调整1参数整定根据系统特性，调整PID参数以优化控制性能。2自适应控制根据系统变化，自动调节PID参数，提高控制效果。3模糊控制使用模糊逻辑，对PID参数进行非线性调整。离散化PID算法1采样将连续信号转换为离散信号。2计算根据PID算法，计算控制输出。3保持将控制输出保持一段时间，直到下次采样。过程建模数学模型通过数学方程描述过程的动态特性。统计模型基于历史数据，建立统计模型预测过程行为。过程响应特性1阶跃响应：输入信号为阶跃函数，观察输出信号变化。2脉冲响应：输入信号为脉冲函数，观察输出信号变化。3频率响应：输入信号为正弦函数，观察输出信号变化。一阶系统及其应用时间常数反映系统响应速度快慢。应用温度控制、液位控制等。二阶系统及其应用阻尼比影响系统响应的振荡程度。应用机械振动、电气振荡等。高阶系统及其应用多输入多输出具有多个输入和输出信号的系统。应用复杂工业过程、航空航天控制等。传递函数的频率特性频域分析方法1幅频特性描述系统对不同频率信号的放大倍数。2相频特性描述系统对不同频率信号的相位滞后。3奈奎斯特曲线用于判断系统稳定性，并分析系统性能。系统稳定性判据劳斯判据基于特征方程系数，判断系统稳定性。根轨迹法绘制根轨迹，分析系统动态性能。闭环系统的动态性能指标1上升时间响应从初始值上升到设定值的所需时间。2峰值时间响应达到峰值所需时间。3超调量响应超过设定值的百分比。4调节时间响应稳定在设定值附近所需时间。控制系统的设计1确定控制目标和性能指标。2建立过程模型，分析系统特性。3选择合适的控制策略，设计控制器参数。4进行仿真验证，优化控制性能。控制系统的校正比例校正调整控制器比例增益，提高响应速度。积分校正添加积分环节，消除静差。微分校正添加微分环节，抑制振荡。阶跃响应法设计PID参数分析阶跃响应观察系统响应的上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等。调整PID参数根据阶跃响应特征，调整比例增益、积分时间、微分时间。频域法设计PID参数分析频率响应观察系统的幅频特性、相频特性。调整PID参数根据频率响应特征，优化控制器参数。数字控制系统概述1采样与重构将连续信号转换为离散信号。2数字控制器使用数字处理器实现控制算法。3执行器将数字控制信号转换为连续控制信号。数字控制系统的采样与重构1采样周期决定数字控制系统的响应速度。2重构将离散信号恢复为连续信号。数字控制系统的建模与分析1离散化模型将连续系统模型转换为离散模型。2Z变换用于分析离散系统的动态特性。3数字仿真验证数字控制系统的性能指标。Z变换及其应用离散信号变换将离散信号转换为Z域函数。系统分析利用Z变换，分析数字系统的传递函数和频率特性。数字PID控制算法1离散化PID算法，适用于数字控制器。2考虑采样周期，保证控制精度和稳定性。3可根据实际需求，选择不同的数字PID算法实现。离散化控制系统的稳定性Z域分析利用Z变换，分析数字系统稳定性。稳定性判据基于数字系统特征方程，判断稳定性。数字控制系统的设计与调试系统设计选择合适的硬件平台、软件环境，设计数字控制器算法。调试优化通过实际测试，调整数字控制器参数，优化控制性能。过程控制典型应用案例化工生产温度、压力、流量控制，提高生产效率和产品质量。电力系统电压、电流、频率控制，确保电力系统稳定运行。生物医药温度、湿度、流量控制，保证产品质量和安全。过程控制工程前沿技术人工智能机器学习、深度学习等技术应用于过程控制，提高控制精度和智能化水平。云计算