A石油工程自动控制技术1第1章绪论.ppt

1、石油工程自动控制技术,第一章 绪论,本章主要内容,一、自动控制基本概念 二、过程控制系统的概念及发展 三、过程控制系统的组成 四、过程控制系统的分类 五、自动控制系统的过渡过程和品质指标,1,一、自动控制基本概念,1、几个重要的基本概念： 自动控制：指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 系统：指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用相互依存，能够完成一定的任务。 自动控制系统：能够实现自动控制的系统，称为自动控制系统。,3,二、 过程控制系统的

2、概念及发展,1、基本概念 过程控制指石油、化工、冶金、机 械、电力等工业部门生产过程的自动化。 过程控制系统指自动控制系统的被 控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、 湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程 变量时的系统。,2、过程控制的重要性 进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。,3、过程控制的发展概况 19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程

3、，劳动生产率很低。 19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。,19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。 19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。,4、集散控制系统 集散控制系统-是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术（4C）为一体的装置。系统在结构上是分散的(生产过程是分散系统)，但过程控制的监视、管理是集中的。 优点：将计算机分布到车间或装置。使系统的危险分散，提高了系统的可靠性，能方便灵活地实

4、现各种新型的控制规律与算法，实现最佳管理。,集散控制系统结构原理框图,集散控制系统的结构组成： 1)过程输入-输出接口：又叫数据采集站，数据采集与预处理，对实时数据进一步的加工,供操作站的显示与打印。 2)过程控制单元：又称基本控制器，是集散控制系统的核心。不同的集散控制系统其差别较大。,3)CRT操作站：是集散控制系统的人-机接口装置。执行监控操作、系统组态、编程、动态流程图显示以及部分生产管理。 4)高速数据通路：实现集散控制系统各处理机之间数据传送。 5)管理(上位)计算机：进行集中管理与最佳控制，实现信息-控制-管理一体化。,三、 过程控制系统的组成,由测量元件、变送器、调节器、调节阀

5、、 被控过程等环节构成。 一个简单的过程控制系统被控过程过 程检测控制仪表（测量元件、变送器、调节 器和调节阀）,过程控制系统实例1（发电厂锅炉过热蒸汽温度控制系统） 过热蒸汽的温度是生产工艺的重要参数，通常为460。,过程控制系统实例2（PH控制系统）,过程控制系统实例3（液位控制系统）,四、过程控制系统的特点及分类,1、过程控制的特点 系统由过程检测控制仪表组成 调节器、调节阀、被控过程、测量变送器 被控过程的多样性 对象常具有大时延、大惯性，非线性，数学模型不容易精确建立。,控制方案多样性 单变量，多变量；仪表控制系统，计算机控制系统；单回路，串级，前馈，比值，均匀，分程，选择性等控制方

6、案。 控制过程多属于慢过程 多半属于参量控制，控制产生效果所需的时间较长；对温度、压力、流量、成分、物位、PH值等参量进行控制。,定值控制是过程控制的一种主要的控制方式，它减小和消除外界干扰对被控量的影响，被控量稳定在设定值上。,2、过程控制系统的分类 按照系统的结构特点分类 反馈控制系统：根据偏差进行控制,前馈控制系统：根据扰动量进行控制,前馈反馈控制系统：综合反馈控制和前馈控制的优点。,按照给定值的特点分类 定值控制系统：设定值保持一定的数值，不经常变动。 例如：水位控制系统。 随动控制系统：给定值随时间任意的变化。 例如：燃烧控制，空气流量设定值随煤气流量变化而变化。 程序控制系统：给定

7、值按照预定的时间程序而变化。 例如：加热炉的温度设定值。,五、自动控制系统的过渡过程和质量指标,1、自动控制系统的过渡过程 过渡过程是指系统在典型输入信号作用下，系统输出量从开始状态到最终状态的响应过程。 稳态过程则是当时间t趋于无穷大时，系统输出状态的表现形式。此时被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率为0，不是静止）。,a：等幅振荡 b：发散振荡 c：衰减振荡 d：非周期振荡,根据系统结构和参数选择的情况，动态过程表现为非周期振荡、衰减振荡、等幅振荡、发散震荡四种情况。,2、自动控制系统的过渡过程质量指标 余差C：系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差。,衰减比n或衰减率,最大偏差

8、A（或超调量） 对于定值控制系统，用最大偏差A来衡量被控参数偏离给定值的程度。最大偏差是指被控参数第一个波的峰值与给定值的差。A=B+C,对于随动控制系统，常用超调量这个指标来 衡量被控参数偏离给定值的程度。超调量定 义为：,过渡过程时间ts 表示系统过渡过程曲线进入新的稳态值的5或 2范围内所需的时间。ts愈小表示过渡过程进行得愈快。它是反映系统过渡过程快慢的指标。 峰值时间tp 是指系统过渡过程曲线达到第一个峰值所需要的时间。其大小反映系统响应的灵敏程度。,3、自动控制系统的误差性能指标 在相同输入量作用下，误差越大，持续时间越长，系统质量越差。 常用误差积分指标有：ISE、ITSE、IAE、ITAE ISE，平方误差积分指标 ITSE，时间乘误差平方积分指标,IAE，误差绝对值积分指标 ITAE时间乘误差绝对值积分准则,例题：,某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200）。,解 ： 最大偏差A230-20030余差C205-200 由图上可以看出，第一个波峰值B230-20525， 第二个波峰值B2102055， 故衰减比应为B:B25:55:1。 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔， 故周期T20-515（min）,过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关，假