化工自动化及仪表内容辅导

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1、化工自动化及仪表内容辅导（一）PAGE1OF144本辅导主要内容第一章：自动控制系统概述第二章：过程特性第三章：过程检测仪表第四章：成分分析仪表第五章：显示仪表PAGE2OF144Ch1自动控制系统概述PAGE3OF144一、自动化及仪表技术发展概况1、控制理论的发展（1）经典控制论（2）现代控制论（3）大系统理论（4）智能控制PAGE4OF1442、控制系统结构（实现方式）控制系统结构经历了四个阶段：Ø基地式控制器的控制系统（1950）Ø单元组合仪表的控制系统（1960）Ø计算机控制系统（1970）Ø集散控制系统（1980）目前：Ø现场总线控制系统Ø综合自动

2、化系统PAGE5OF144二、自动控制系统1、自动控制系统图1-1加热炉温度自动控制系统PAGE6OF144Ø目标：控制加热炉火的出口温度Ø实现方式（过程）：（1）测量该温度（2）将该温度与期望值（设定值）比较（3）根据偏差调节燃料流量，目的是使得偏差为0Ø特点：负反馈系统（设定值与测量值相减）根据偏差调节闭环控制PAGE7OF1442、闭环控制与开环控制Ø闭环控制：不能什么原因导致被控变量有偏差就会产生控制作用，以图减小偏差。但控制不及时Ø开环控制：不需要测量被控变量，根据输入信号调节，控制及时，但无法消除偏差。Ø根据需要选择控制方式:前馈－反馈控制系统就结

3、合了这两种控制方式的优点。PAGE8OF144图1-2开环液位控制系统PAGE9OF1443、自动控制系统组成及方框图研究控制系统时，为了更清楚地表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框间用带箭头的线段表示信号联系，进入方框表示信号为输入，离开表示信号为输出，输入引起输出变化，而输出不会引起输入变化，即环节具有单向特性。PAGE10OF144方框图采用符号说明：r(t)设定值y(t)测量值e(t)偏差，e(t)=r(t)-y(t)u(t)控制作用（控制器输出）c(t)被控变量q(t)操纵变量f

4、(t)扰动PAGE11OF144图1-3控制系统方框图PAGE12OF1444、分析控制系统时重要概念Ø信息概念图1－3中的各个符号变量都是实际的物理量，然而他们是作为信息来转换和使用的。每个环节都有信息流入和流出。信息的流入和流出与实际对象中物料的流入和流出不同。从整个系统看，设定值和扰动是系统输入，而被控变量和其他测量值是输出。PAGE13OF144图1-4两个液位控制系统PAGE14OF144Ø闭环的概念：在方框图中，任何一个信息沿箭头方向前进，最后又回到原来的起点，这种系统称为闭环系统。闭环控制系统的闭合回路是通过检测和变送器实现的。闭环系统一定要有反

5、馈。PAGE15OF144Ø动态的概念：r(t)、y(t)、e(t)、u(t)、q(t)和f(t)等都是时间的函数，即它们随时间而变化。在定值控制系统中，扰动使得被控变量偏离设定值，控制作用又使它恢复到设定值，扰动与控制构成一对矛盾，被控变量处于不断的运动中。Ø等效的概念：PAGE16OF1445、控制系统牵涉内容信息流动与控制设备对应关系：Ø信息流动：信号采集→信号变换→信号处理→执行Ø控制设备（硬件）：检测仪表→变送器→控制器→执行机构PAGE17OF144涉及课程内容：检测、变送技术；显示技术；电动与气动执行机构控制系统设计；控制原理；控制工程；各种控制

6、算法；过程建模实现方式：计算机控制系统（控制仪表与装置；集散控制系统，PLC，工业控制计算机，现场总线控制系统，SCADA系统）PAGE18OF1446、自动控制系统分类按照设定值的不同，分成三类：Ø定值控制系统Ø随动控制系统Ø程序控制系统PAGE19OF144三、自动控制系统过渡过程和品质指标PAGE20OF1441、自动控制系统的过渡过程当自控系统的输入发生变化后，被控变量随时间不断变化，该过程称为系统的过渡过程。定值控制系统的过渡过程通常有以下几种形式：Ø发散振荡Ø单调发散Ø等幅振荡Ø衰减振荡PAGE21OF144图1-8定值控制系统过渡过程几种形式PA

7、GE22OF144图1-9稳定的随动系统过渡过程PAGE23OF1442、自动控制系统的品质指标控制系统受到外作用时，要求被控变量要平稳、迅速和准确地趋近或恢复到设定值。因此在稳定性、快速性和准确性三个方面提出单项和综合指标，这些指标仅适用于衰减振荡过程。PAGE24OF144图1-10过渡过程控制指标示意图（扰动作用）PAGE25OF144图1-11过渡过程控制指标示意图（设定作用）PAGE26OF144（1）单项控制指标①衰减比n：衡量过程过程稳定性的动态指标，其定义是第一波的振幅和同方向第二个波的振幅之比。Øn越小，控制系统振荡剧烈，稳定度低Øn越大，控

8、制系统的稳定性越高。当n趋向于无穷大时