过程控制系统概述解析.ppt

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1、3过程控制系统概述主要内容3.2简单控制系统3.3常用高性能控制系统3.4实现特殊工艺要求的控制系统3.1被控过程的数学模型3.1.1被控过程的数学模型及其作用被控过程的数学模型是指过程的输入变量与输出变量之间定量关系的描述。其中：过程的输入变量至输出变量的信号联系称为通道；控制作用至输出变量的信号联系称为控制通道；干扰作用至输出变量的信号联系称为干扰通道；过程的输出为控制通道与干扰通道的输出之和。3.1被控过程的数学模型一般是在工艺流程和设备尺寸等都确定的情况，研究对象的输入变量是如何影响输出变量的。研究的目的是为了使所设计的控制系统达到更好的控制效果

2、。在产品规格和产量已确定的情况下，通过模型计算，确定设备的结构、尺寸、工艺流程和某些工艺条件。（a）（b）（c）用于控制的数学模型（a、b）与用于工艺设计与分析的数学模型（c）不完全相同。数学模型的表达形式非参量模型当数学模型是采用曲线或数据表格等来表示时，称为非参量模型。非参量模型可以通过记录实验结果来得到，有时也可以通过计算来得到。特点：形象、清晰，比较容易看出其定性的特征缺点：直接利用它们来进行系统的分析和设计往往比较困难表达形式：对象在一定形式输入作用下的输出曲线或数据来表示当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。对象的参量模型可以用描

3、述对象输入、输出关系的微分方程式、偏微分方程式、状态方程、差分方程等形式来表示。参量模型被控过程的数学模型在过程控制中的作用：1.全面、深入地掌握被控过程的数学模型是控制系统设计的基础。2.良好数学模型的建立是控制器参数确定的重要依据。3.数学建模是仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件。4.设计与操作生产工艺及设备时的指导。通过对生产工艺过程及相关设备数学模型的分析或仿真，可以为生产工艺及设备的设计与操作提供指导。5.工业过程故障检测与诊断的设计指导。利用数学模型可以及时发现工业过程中控制系统的故障及其原因，并提供正确的解决途径。3.1.2被控过程的特

4、性有自衡特性和无自衡特性当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装置的干预下，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。具有自衡特性的过程及其阶跃响应曲线进水量阶跃增大→水位升高→出水阀前的静压增大→出水量逐渐增大→出水量等于进水量→水位处于新的平衡状态。无自衡特性的过程及其阶跃响应曲线进水量阶跃增大→水位升高→出水量不随水位升高而增大（出水量由水泵决定）→水位一直上升。振荡与非振荡过程的特性在阶跃输入作用下，输出会出现多种形式。图中，a)、b)和c)为振荡过程，d)和e)为非振荡过程。衰

5、减振荡的传递函数一般可表示为具有反向特性的过程对过程施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程输出先降后升或先升后降，即出现相反的变化方向，则其为具有反向特性的被控过程。锅炉汽包水位的变化过程为典型的具有反向特性的过程在给水量阶跃增大而燃料量和蒸汽负荷不变的情况下，由于蒸发率的降低，于是刚开始时水位会下降，然后才逐渐上升。3.1.3过程建模方法1.机理演绎法根据被控过程的内部机理，运用已知的静态或动态平衡关系，用数学解析的方法求取被控过程的数学模型。2.试验辨识法先给被控过程人为地施加一个输入作用，然后记录过程的输出变化量，得到一系列试验数据或曲线，最

6、后再根据输入－输出试验数据确定其模型的结构（包括模型形式、阶次与纯滞后时间等）与模型的参数。主要步骤3.混合法机理演绎法与试验辩识法的相互交替使用的一种方法3.2简单控制系统单回路控制系统：由一个测量元件、一个变送器、一个调节器、一个执行器和一个对象组成的单闭环控制系统。也称简单控制系统。LTLICM对象3.2.1概述TTTICM冷液热液蒸汽对以上两个控制系统可用下述方框图表示：简单控制系统组成被控对象测量变送器控制（调节）器控制阀（包括执行器）3.2.2简单控制系统设计④控制系统组建设计步骤一、被控变量选择①被控变量和操纵变量的选择②调节规律的选择③自

7、动化仪表设备选择（包括软件编制）生产过程中希望保持恒定或按一定规律变化的变量一般选择对产品的质量、产量或安全生产具有决定性作用的关键变量。选择原则：①应能代表一定的工艺操作指标或能反映工艺操作状态，一般都为工艺过程中比较重要的变量。②该量在工艺操作过程中经常受到一些干扰而发生变化，为维持恒定需较频繁调节。③尽量选直接参数。如直接参数难以测量，则应选与直接参数成单值函数的间接参数。④该量应能够被测量出来，且有足够的灵敏度。⑤应考虑工艺合理性和国产仪表产品现状。⑥该量应是独立可控的。二、操纵变量的选择用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。选择原则

8、：①操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。②操纵变量一般比其它干扰对被控变