第一章过程控制系统概述ppt课件.ppt

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1、过程控制及仪表长沙理工大学电气与信息工程学院潘维加工业生产过程：把原材料转变成产品，并具有一定生产规模的过程。工业生产过程连续生产过程（流程工业）离散制造过程（制造业）过程控制：根据生产过程的特点，采用自动化仪表，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。1.自动控制系统概述1.1自动化及仪表发展概述1.2自动控制系统1.3控制系统过度过程及品质指标1.1自动化及仪表发展概述1.1.1自动控制理论的发展PID控制规律是经典控制理论最辉煌的成果之一。经典控制理论20世纪40年代～20世纪60年代。主要内容：Nyquist（1932）频域分析技术、Bode（1945）图

2、、根轨迹分析方法（1948）。特点：主要从输出与输入的关系分析与研究问题。以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控制系统进行分析与设计。适用范围：线性定常单输入单输出控制系统。现代控制理论20世纪60年代～20世纪90年代。主要内容：线性系统理论、最优控制理论、最佳估计理论、系统辨识理论、自适应控制理论等。特点：从输入-状态-输出的关系全面地分析与研究系统。适用范围：线性定常系统，线性时变系统，非线性及离散系统，多输入多输出系统。智能控制理论20世纪90年代～当代。主要分支：模糊控制、神经网络控制，专家控制、学习控制、人工智能控制等。特点：定量与定性、智能算法、计算机作为控制器。适用范

3、围：线性定常系统，线性时变系统，非线性及离散系统，多输入多输出等各种系统。1.1.2控制系统结构及自动化仪表的发展自动化仪表的发展模拟仪表：采用模拟量010mADC,420mADC数字仪表：采用数字量。智能仪表：采用智能算法。控制系统结构的发展基地式：20世纪50年代，适用于单回路。单元组合式（按功能）：20世纪60年代，DDZ,QDZ。计算机：20世纪70年代，DDC,DCS。集散控制：20世纪80年代以后，CIPS,FCS。使用模拟仪表的中央控制室早期的DCS控制系统1.2自动控制系统1.2.1人工调节与自动调节人工调节(1)观察水位数值；(2)把观察到的实际数值与设定值加以比较

4、，根据偏差的大小及变化情况做出判断，并发布命令。(3)根据命令操作给水阀，使水位回到设定值。汽包锅炉水位被控对象示意图蒸汽省煤器例1：汽包锅炉水位控制。汽包给水水位计蒸汽汽包省煤器给水汽包锅炉水位自动控制系统示意图自动调节例2：加热炉的温度控制系统加热炉温度自动控制系统蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽包自动控制系统示意图常用术语：被控过程（被控对象）：在自动控制系统中，需要控制的生产过程、设备或机器。被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数。被控过程：汽包、省煤器及给水管道被控变量：汽包水位操纵变量：受控制器操纵的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动：除操纵变量外，作

5、用于被控过程并引起被控变量变化的因素。操纵变量：给水流量扰动：给水压力、蒸汽流量等蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽包自动控制系统示意图设定值：工艺参数所要求保持的数值。偏差：被控变量设定值与实际值之差。负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减。蒸汽汽包省煤器给水锅炉汽包自动控制系统示意图闭环控制在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量，这样整个系统构成了一个闭环。闭环控制的优点：按偏差进行控制，使偏差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各环节配合不当，系统会引起剧烈振荡，甚至会使系统失去控制。1.

6、2.2闭环控制与开环控制闭环控制举例：加热炉的温度控制系统被控过程：加热炉被控变量：物料出口温度操纵变量：燃油流量扰动：被加热的物料温度、燃油热值等开环控制开环控制的优点：不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时。开环控制的缺点：由于不测量被控变量，也不与设定值相比较，所以系统受到扰动作用后，被控变量偏离设定值，并无法消除偏差。开环的水位控制系统。（按扰动控制，又称前馈控制）开环控制举例：1FfFTLTFdC蒸汽汽包省煤器给水1.2.3自动控制系统的组成及方框图闭环控制系统组成控制装置执行器过程检测元件、变送器r(t)比较机构-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)

7、c(t)扰动广义对象被控变量测量值控制器设定值按系统结构的不同情况，将自动控制系统分为三类:反馈控制系统、前馈控制系统、复合控制系统。反馈控制系统系统的输出（被调量）反馈到系统的输入（调节量）所形成的控制系统称为反馈控制系统。前馈控制系统控制系统根据扰动量的大小进行工作，这样的控制系统称为前馈控制系统。复合控制系统反馈控制与前馈控制综合的控制系统称为复合控制系统。1.2.4自动控制系统的分类按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类