过程控制复习.ppt

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课程考核方式课程考核方式1、平常表现：

占、平常表现：

占20%（作业，课堂讨论与（作业，课堂讨论与提问，迟到提问，迟到1次扣次扣1分，无故旷课分，无故旷课1次扣次扣3分，分，旷课旷课5次以上取消考试资格）次以上取消考试资格）2、实验（、实验（4次）：

次）：

20%3、试卷考试占试卷考试占60%；主要内容主要内容1.1典型过程控制问题1.2过程控制性能要求1.3过程控制系统组成1.4过程控制系统发展概况1.5过程控制方法分类第1章绪论过程控制（过程控制（ProcessControl）：

）：

是指石是指石油、化工、冶金、机械、电力、轻工、纺油、化工、冶金、机械、电力、轻工、纺织、建材、核能等织、建材、核能等工业生产中连续的工业生产中连续的，或，或者者按照一定周期程序进行按照一定周期程序进行的的生产过程自动生产过程自动控制控制，是自动化技术的重要组成部分。

，是自动化技术的重要组成部分。

P11.1典型过程控制问题什么是自动控制？

什么是自动控制？

自动控制自动控制是指在没有人直接参与的情况是指在没有人直接参与的情况下，下，利用外加的设备或装置（称为过程控利用外加的设备或装置（称为过程控制仪表或装置），制仪表或装置），使被控对象的工作状态使被控对象的工作状态或参数（压力、物位、流量、温度、或参数（压力、物位、流量、温度、PH值值等）等）自动地自动地按照预定的规律运行。

按照预定的规律运行。

1.1典型过程控制问题连续型工业称为过程工业，也称为流程工业连续连续型工业称为过程工业，也称为流程工业连续型（流动型、过程型）：

活动中涉及的型（流动型、过程型）：

活动中涉及的信息、物信息、物质、能量质、能量具有具有连续不断连续不断的特性，原料在连续流动的特性，原料在连续流动的过程中，经的过程中，经传热、传质、生化物理反应传热、传质、生化物理反应等加工，等加工，发生了发生了相变或分子结构等变化相变或分子结构等变化，失去了原有的性，失去了原有的性质而质而形成一种新的物质形成一种新的物质（产品）（产品）连续型过程控制六大参数：

连续型过程控制六大参数：

温度，压力，流量，温度，压力，流量，物位，成分，物性。

物位，成分，物性。

使其保持一定值或按一定规使其保持一定值或按一定规律变化律变化1.1典型过程控制问题1.2过程控制性能要求过程控制要求-在设定值发生变化或受到外界扰动作用时，被控量应能平稳、迅速和准确地趋近或回复到设定值。

P31.2过程控制性能要求稳定性-首要指标快速性-当控制系统受到干扰影响时，控制系统能尽快地做出响应，改变控制量，使被控量与设定值之间有偏差的时间尽可能短.准确性-控制系统的被控量与设定值之间的偏差偏离度-被控量偏离设定值的离散程度tO1.2过程控制性能要求时域性能时域性能指标-阶跃输入信号作用下，控制系统输出响应曲线表示的控制系统性能指标。

ts衰减比衰减率振荡过程的衰减程度，衡量稳定度n=1:

1,等幅振荡，临界稳定n1:

1,衰减振荡，稳定n1:

1,发散振荡，不稳定衰减比：

是衡量过渡过程稳定性的动态指标，它的定义是第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。

一般控制要求：

n=4:

1（定值系统）或10:

1（随动系统）;=0.75或0.9（两周期后趋于稳定）1.2过程控制性能要求时域性能典型过渡过程曲线：

典型过渡过程曲线：

1.2过程控制性能要求时域性能a：

等幅振荡b：

发散振荡c：

衰减振荡d：

非周期振荡最大动态偏差：

扰动发生后，被控量偏离新稳定值y（）的最大偏差称为最大动态偏差（或最大过调量，过调量）。

图中的y1即为最大动态偏差。

超调量：

最大动态偏差占新稳定值y（）的百分比称为超调量。

（不能过大）1.2过程控制性能要求时域性能超调量静态偏差（静态偏差（余差余差）：

过渡过程结束，设定值过渡过程结束，设定值rr与被控参数的稳态值与被控参数的稳态值y（）之之差。

（稳态偏差，残余误差，简称残差，余差，静差。

（稳态偏差，残余误差，简称残差，余差，静差）差）1.2过程控制性能要求时域性能余差余差是反映控制准确性的一个重要稳态指标，一般希望其为零，或不超过预定的范围，但不是所有的控制系统对余差都有很高的要求，如一般贮槽的液位控制，对余差的要求就不是很高，而往往允许液位在一定范围内变化。

调节时间ts控制系统原处于平衡状态，受到扰动后，由于系统的控制作用，被控量过渡到被控量稳态值的25时，即达到新的平衡状态所经历的时间，称为调节时间ts。

（也称为过渡过程时间，稳定时间）。

反映过渡过程响应速度。

1.2过程控制性能要求时域性能调节时间从扰动开始到被控量进入稳态值的5%或2%范围内的时间.以上均是单项性能指标给定给定测量测量值值控制信号控制信号被控量被控量控制控制量量扰动扰动偏差偏差1.3过程控制系统组成1.3过程控制系统组成执行执行器器检测变检测变送单元送单元控制器控制器h被控量被控量控制控制量量1.3过程控制系统组成被控过程被控过程（被控对象）：

（被控对象）：

被控制的被控制的生产设备、装置或流程生产设备、装置或流程。

被控量：

被控量：

需要进行自动控制的参数。

需要进行自动控制的参数。

检测变送单元（检测变送单元（传感器和变送器）：

传感器和变送器）：

检测检测被控量，并将检测的信号转换为被控量，并将检测的信号转换为标准标准电信号电信号或气信号输出。

或气信号输出。

标准电信号标准电信号：

DC:

4DC:

420mA20mA，115V5V标准气信号标准气信号：

1.96X101.96X10449.8X109.8X1044PaPa1.3过程控制系统组成控制器：

控制器：

也称为调节器，接受变送器的输出信号也称为调节器，接受变送器的输出信号z（tz（t），以及，以及设定值信号设定值信号r（tr（t），根据，根据z（tz（t）与与r（tr（t）之间的偏差之间的偏差e（te（t）按照事先所设定的控制规律产生控制输出按照事先所设定的控制规律产生控制输出u（tu（t）。

使得被控量发生变化的作用称为使得被控量发生变化的作用称为扰动扰动。

控制通道内，控制阀不动作的情控制通道内，控制阀不动作的情况下，由于通道内况下，由于通道内质量或能量变化造成的扰动称为质量或能量变化造成的扰动称为内扰内扰。

（给水压力。

（给水压力变化）变化）其它来自外部的影响统称其它来自外部的影响统称外扰外扰（蒸汽负荷变化）（蒸汽负荷变化）设定值设定值rr，被控量测量值，被控量测量值zz，偏差，偏差eerrzz。

注意仪表。

注意仪表行业规定行业规定eezzrr（工程上）（工程上）。

1.3过程控制系统组成执行器执行器接受控制器的控制信号，接受控制器的控制信号，转换为一个转换为一个动作动作，推动控制阀去控制被控对象。

，推动控制阀去控制被控对象。

分为电动，气动两大类。

分为电动，气动两大类。

控制阀控制阀调节流体流量，改变对象的被控参数。

调节流体流量，改变对象的被控参数。

1.3过程控制系统组成常用被控变量代号：

第常用被控变量代号：

第11位字母位字母FF（FlowFlow）：

流量）：

流量LL（LevelLevel）：

物位）：

物位PP（PressurePressure）：

压力）：

压力TT（TemperatureTemperature）：

温度）：

温度WW（WeightWeight）：

重量）：

重量常用仪表功能代号：

第常用仪表功能代号：

第22位字母位字母CC：

控制：

控制TT：

变送：

变送如：

如：

LTLT、LCLC举例分析教材举例分析教材P7P7以偏差为依据，以减少或消除偏差为目的。

在扰动未引起被控量变化前，无控制作用，使控制不及时。

！

闭环反馈控制系统扰动作为依据，以减少扰动对被控量的影响。

无法消除偏差。

！

开环前馈控制系统前馈能及时克服主要扰动的影响反馈能检查控制效果，提高控制质量复合控制系统定值控制系统给定值固定不变恒温箱控制随动控制系统给定值随时间变化被控量要跟踪给定值雷达跟踪顺序控制系统给定值按预定程序变化空调预设温度1.5过程控制方法分类设定值信号目的：

保持被控量稳定在给定值，能克服扰动对被控量的影响。

定值控制系统设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。

在工业生产中的应用：

例如各种温度、压力、流量、液位等控制系统；恒温箱的温度控制；稳压电源的电压稳定控制等。

随动控制系统设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。

例如雷达跟踪系统。

各类测量仪表中的变送器本身亦可以看作是一个随动控制系统，它的输出（指示值）应迅速和正确地随着输入（被测量值）而变化。

如比值关系控制系统为随动动控制系统程序控制系统设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化。

主要内容主要内容2.1被控过程的特性2.2被控过程的数学模型2.3解析法建立过程的数学模型2.4实验辨识法建立过程的数学模型第二章被控过程特性及其数学模型简单控制系统简单控制系统是复杂控制系统的基础，它是由简单控制系统是复杂控制系统的基础，它是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所组成的单回路反馈控制系统制器和一个执行器所组成的单回路反馈控制系统。

i简单控制系统的特点：

简单控制系统的特点：

系统结构简单，投资少，易于调整和投运；系统结构简单，投资少，易于调整和投运；能满足一般生产过程的控制要求，尤其适用于被能满足一般生产过程的控制要求，尤其适用于被控对象时滞和时间常数都较小，负荷和干扰变化控对象时滞和时间常数都较小，负荷和干扰变化比较平缓，或者对被控变量要求不太高的场合。

比较平缓，或者对被控变量要求不太高的场合。

i简单控制系统的分类简单控制系统的分类：

按被控制的工艺变量来划分，最常见的是温度、按被控制的工艺变量来划分，最常见的是温度、压力、流量、液位和成分五种控制系统。

压力、流量、液位和成分五种控制系统。

一、基本概念一、基本概念控制系统由被控对象，变送器，控制器，控制系统由被控对象，变送器，控制器，执行器组成。

执行器组成。

要选择自动控制方案，设计最佳控制系统，要选择自动控制方案，设计最佳控制系统，确定系统最佳整定参数，必须对被控对象确定系统最佳整定参数，必须对被控对象的动态特性进行研究。

的动态特性进行研究。

被控对象：

被控对象：

指工业生产过程中的各种指工业生产过程中的各种装置和设备装置和设备（加热炉，锅炉等）（加热炉，锅炉等）被控量：

被控量：

温度，压力，流量，液位，成分，转速温度，压力，流量，液位，成分，转速等。

等。

控制对象的动态特性控制对象的动态特性：

对象在：

对象在各个输入量发生扰各个输入量发生扰动动时，被控量随时间变化的规律。

时，被控量随时间变化的规律。

通道通道：

被控对象输入量与输出量之间的信号联系：

被控对象输入量与输出量之间的信号联系称为称为“通道通道”。

控制通道控制通道：

控制作用与被控变量之间的信号联系：

控制作用与被控变量之间的信号联系称为控制通道。

称为控制通道。

干扰通道干扰通道：

干扰作用与被控变量之间的信：

干扰作用与被控变量之间的信号联系称为干扰通道。

号联系称为干扰通道。

对于简单对象的动态特性，可以根据生产过对于简单对象的动态特性，可以根据生产过程机理和生产设备结构用分析计算的方法程机理和生产设备结构用分析计算的方法得出得出（机理法）（机理法）。

复杂对象，用机理法难以获得精确的数学模复杂对象，用机理法难以获得精确的数学模型，常常采用现场测试方法来了解对象的型，常常采用现场测试方法来了解对象的动态特性动态特性（常用阶跃响应法）（常用阶跃响应法）。

对象的被控量变化比较缓慢。

对象的被控量变化比较缓慢。

对象通常情况下具有：

不振荡，单调，有迟延对象通常情况下具有：

不振荡，单调，有迟延和惯性。

和惯性。

分为两类：

分为两类：

有有自平衡能力自平衡能力的对的对象和象和无无自平衡能力自平衡能力的对象。

的对象。

对象具有容量系数，阻力，传输距离，对象具有容量系数，阻力，传输距离，故表现为故表现为惯性，自平衡和迟延惯性，自平衡和迟延这三个重