过程控制第二讲 过程控制基础.ppt

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1、2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识1Outline过程控制自动化发展概述过程控制系统的组成与分类过程控制系统的性能指标被控对象的特性本讲小结2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识21.过程控制自动化发展概述工业生产要求安全性、稳定性、经济性人工操作受到生理上的限制通常以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制系统称为过程控制系统过程控制自动化应运而生！2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识3过程控制自动化发展历程手工操作状态（20世纪40年代前后）标志：规模小、设备简单、凭经验仪表化阶段（50～60年代）标志：现代控制理论大发展+

2、单元组合仪表综合自动化阶段（70年以后）标志：大规模集成电路+微处理器局部控制全局控制智能控制阶段（90年以来）标志：管理与控制+互联网+无线通信的集成智能化、远程化2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识42.过程控制系统的组成与分类眼看脑想手动QoutQin人工控制示意图储槽液位控制原理图QoutQin控制器变送器执行器自动化装置给定值2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识5过程控制系统中常用术语被控对象-储液槽被控变量–储液槽液位操纵变量–液体流出量干扰（扰动）–液体流入量给定值（设定值）–工艺要求量偏差–被控变量给定值与测量值之差2021/8/18第二

3、讲过程控制系统基础知识6过程控制系统的组成变送器–检测被控变量变化，变标准信号后送控制器控制器–根据偏差大小、方向以及变化情况，按照某种预定的控制规律计算后，发出控制信号执行器–将控制信号转换成位移，并驱动阀的动作，使操纵变量发生相应的变化控制器变送器执行器给定值2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识7过程控制系统的任务当被控对象受到干扰使被控变量（温度、压力、流量、液位等）产生偏差时，能够及时检测，并通过合理地调节操纵变量使被控变量回到给定值2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识8过程控制系统的分类反馈控制系统串级控制系统前馈控制系统比值控制系统功能分类温度

4、控制系统压力控制系统流量控制系统液位控制系统按被控变量开环控制系统闭环控制系统结构分类简单控制系统复杂控制系统难易程度定值控制系统随动控制系统顺序控制系统按给定值模拟控制系统数字控制系统控制信号2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识93.过程控制系统的性能指标基本概念：稳态-动态-过渡过程-动态特性-受干扰或给定调节作用后，控制系统的响应特性性能要求：系统必须是稳定的-平稳系统应能提供尽可能好的稳态调节-准确系统应能提供尽可能好的过渡过程-迅速2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识10过渡过程（动态响应）输入量时间t0t0阶跃信号：响应过程：2021/8/18

5、第二讲过程控制系统基础知识11动态性能指标最大偏差：A衰减比：(A-C)/(B-C)，通常为4:1~10:1余差：C过渡时间：tsytsABC±5%ty(0)2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识12其他动态性能指标偏差绝对值积分（IntegralofAbsoluteError:IAE）偏差平方的积分（IntegralofSquaredError:ISE）时间乘偏差平方积分（ITSE）时间乘偏差绝对值积分（ITSE）2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识13性能指标之间的关系有些是相互矛盾的对于不同的控制系统，这些性能指标各有其重要性。应根据工艺生产的具体要求

6、，分清主次，统筹兼顾，保证优先满足主要的品质指标要求。2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识144.被控对象的特性过程控制系统的控制品质，是由组成系统的各环节的特性所决定的，特别是被控对象的特性对整个控制系统的运行的好坏有着重大影响。外因与内因？被控对象物质或能量流入物质或能量流出2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识15被控对象的阶跃响应特性有自衡能力：当被控对象受到阶跃干扰作用使平衡状态遭到破坏后，在不需要任何外力作用（即不进行控制）下，依靠对象自身的能力，对象的输出（被控变量）便可自发地恢复到新的平衡状态(见动画示意)。2.无自衡能力：当被控对象受到阶跃

7、干扰作用使平衡状态遭到破坏后，在没有其他外力作用下，依靠对象自身的能力无法再达到新的平衡状态。(见动画示意)2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识16示例一：一阶微分对象（有自衡能力）由体积守恒可得：(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/RR——阀的阻力系数由此可得：RQ1=h+AR(dh/dt)或:KQ1=h+T(dh/dt)hQ1Q2A2021/8/18第二讲过程控制系统基础知识17放大倍数K在系统稳定条件下，输入量与输出量之间的对应关系——系统的静态特性。如：h=KQ+C或h=KQK值越大，系统灵敏度越高。