MATLAB与过程控制系统仿真课件.ppt

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1、第一节过程控制的基本概念一、过程控制的发展状况：第一阶段:(20世纪50年代以前)对系统进行分析的基本方法为根轨迹法和频率法。第二阶段:(20世纪60年代后)自动控制的工具产生了直接数字控制DDC和监督计算机控制SCC。第三阶段:(20世纪70年代以后)产生了集散控制系统DCS。20世纪80年代以后，自动化的实现工具由DCS系统发展到了现场总线控制系统FCS。第四章MATLAB与过程控制系统仿真锅炉水位控制原理图1—锅筒2—省煤器3—过热器4—给水阀门5—蒸汽阀门二、过程控制的组成要实现水位控制需

2、要以下装置:1.测量水位变化的传感器或变送器2.能将水位测量值和水位设定值进行比较并进行控制运算的控制器3.设定水位的定值器(可能包括在控制器内)4.执行控制命令的执行器5.调节给水量的控制阀这些装置和被控对象锅炉本身组成了一个控制系统。过程控制系统原理框图三、生产对过程控制的要求和指标1、生产对过程控制的要求1.安全性2.经济性3.稳定性2、过程控制系统的品质指标(1)衰减比(2)动态偏差(3)调整时间Tc(4)静态偏差第二节单回路控制系统一、单回路控制系统的组成单回路控制系统又称简单控制系统，

3、它是只有一个检测元件或变送器、一个控制器、一个执行器连同被控制对象对一个被控参数进行控制的反馈闭环控制系统。单回路控制系统1—液位变送器2—液位控制器3—执行器单回路液位控制系统二、控制器的选择1、比例控制器的选择2、比例、积分控制器的选择3、比例、积分、微分控制器的选择三、控制器的正反作用选择控制器有正作用和反作用两种，当被控过程的输入量增加（或减小）时，其输出量（被控参数）也增加（或减少），这就称被控过程为正作用，反之则称为反作用。控制器的正反作用的选择应该在根据工艺要求对控制阀、气关作用确定

4、之后再行确定。五、控制器的参数整定1、过渡过程参数整定2、经验法3、稳定边界法4、衰减曲线法5、响应曲线法6、衰减频率特性法第三节复杂控制系统仿真一、串级控制系统仿真串级控制系统框图计算顺序：先主回路（PID1），后副回路（PID2）。控制方式：异步采样控制—主回路的采样周期T1是副回路采样周期T2的整数倍。同步采样控制—主、副回路采样周期相同。这时，应根据副回路选择采样周期，因为副回路的受控对象的响应速度较快。串级控制系统的结构特点：1．由两个或两个以上的控制器串联而成，一个控制器的输c出是另一

5、个控制器的设定。2．由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。3．主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统。串级控制的主要优点可概括如下：1．将干扰加到副回路中，由副回路控制对其进行抑制；2．副回路中参数的变化，由副回路给予控制，对被控量G1的影响大为减弱；3．副回路的惯性由副回路给予调节，因此提高了整个系统的响应速度；例1设副对象特性为，主对象特性为，，采样时间为2s，外加干扰信号为sin(50t)。主调节器采用PI控制，，副调节器采用P控制，，外加干

6、扰信号为sin(50t)。串级控制的阶跃响应常规PID控制的阶跃响应二、比值控制系统仿真在过程控制中，把用于实现两种（或多种）物料按一定比例关系进行关联控制的系统，称为比值控制系统。主物料，也称为主动量:在要保持一定比例关系的物料中，把起主导作用的物料。从物料，也称为从动量:另一种随主物料的变化而成比例地变化的物料。2.1.1比值控制系统特点2.1比值控制系统基础知识2.1.2比值控制系统的类型根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要求不同，实际采用的比值控制方案也不同。比值控制系统分为：

7、1.开环比值控制系统；2.单闭环比值控制系统；3.双闭环比值控制系统等；1．开环比值控制系统1）当系统处于稳定工作状态时，两物料的流量满足比值关系。2）当主动量受到干扰而发生变化时，系统通过比值器及设定值按比例去改变控制阀的开度，调节从动量使之与主动量仍保持原有的比例关系。3）当从动量受到外界干扰（如温度、压力扰动）波动时，由于是开环控制，没有调节从动量自身波动的环节，也没有调整主动量的环节，故两种物料的比值关系很难保持不变，系统对此无能为力。开环比值控制是理解比例控制工作机理的基础，在实际工程上

8、很少应用。2．单闭环比值控制系统单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变。单闭环比值控制系统的四种工作情况：（1）当在系统处于稳定工作状态时，主、副物料流量的比值恒定。（2）当主物料流量不变，副物料流量受到扰动变化时，可通过副流量的闭合回路调整副物料流量使之恢复到原设定值，保证主、副物料流量比值一定。（3）当主物料流量受到扰动变化，而副物料不变时，则按预先设置好的比值使比值器输出成比例变化，即改变给定值，根据给定值的变化，