《过程控制系统复习课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制系统复习课件（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、过程控制系统复习,自动化141-3、机电141,1 过程控制概论,1.控制系统的组成 被控过程、测量变送器、控制器与执行器组成。,2.过程控制的术语与目标 被控变量、设定值 （Setpoint，SP）/给定值 （Setpoint Value，SV）、操作变量/操纵变量 (Manipulated Variable，MV)、扰动/扰动变量(Disturbance，DVs) 设计目标：对于任意的外部干扰（DV），通过调节操作变量（MV）以使被控变量（CV）维持在其设定值（SP）。 3.过程控制系统的分类： （1） 结构不同的控制系统 反馈控制和前馈控制、前馈反馈复合控制系统。 （2）设定值不同的控制
2、系统 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统,4.过程控制的要求: 安全性、经济性和稳定性。 5. 控制系统的性能指标（衰减比和衰减率、最大动态偏差、残余偏差、调节时间和振荡频率） 衰减比：曲线中前后两个相邻波峰值之比； 余差：过渡过程终了时新稳态值与设定值之差 对一个稳定的定值系统来说，过渡过程最大动态偏差就是指被控参数第一个波的峰值与设定值的差，A=C(tp)-r,2 过程动态特性,1.典型工业过程的动态特性 自衡过程与非自衡过程 2.建立动态数学模型的基本方法： 机理分析法和经验建模法 3.机理建模举例（P26) (静态或动态物料或能量平衡关系） （1）单容过程的建模 有自衡（无时延、
3、有时延）、无自衡 （2）多容过程的建模 分离式、并联式双容过程,4.测量变送环节 纯滞后、测量滞后、信号传送滞后 5.控制阀（气开、气关形式的选择，流量特性的选择，电气转换器的作用） 6、经验建模的方法 （1）由阶跃响应确定近似传递函数（求K0、T0等） 1）确定一阶惯性环节的参数（作图法、计算法） 2）确定一阶惯性纯滞后环节的参数 3）确定二阶惯性环节的参数 4）无自衡特性过程的参数确定 (2) 脉冲响应方法,3 反馈控制,1.控制方案的确定 (1) 过程静态特性的分析 干扰通道的静态特性： kf越大，干扰引起的输出越大，系统的余差也愈大，这就使被控参数偏离给定值越多。从控制的角度看，这是我
4、们所不希望的。,控制通道的静态特性: 在调节器的增益kc一定的条件下，控制通道静态增益ko越大，则控制作用越强，克服干扰的能力也越强，系统的稳态误差就越小。同时，Ko越大，被控参数对控制作用的反应就越灵敏，响应越迅速。,2.过程动态特性的分析： 3.控制方案的确定（重点） 4.控制器的选取及控制规律的确定（难点） 5.控制器参数的工程整定方法 控制器的参数整定方法很多，概括起来可以分为三类： 理论计算整定法： 工程整定方法：(临界比例度法、衰减振荡法、反应曲线法） 自整定法：P60, 4 串级控制系统 1.一般串级控制系统框图 2.串级控制系统的主要特点有： (1)副回路具有快速调节作用，能有
5、效地克服发生于副回路的扰动影响。 (2)能改善控制通道的动态特性，提高工作频率。 (3)串级控制系统对副对象和控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性。 3.串级控制系统的应用范围,4.串级控制系统的设计 主、副调节器正、反作用方式的确定 串级控制系统主、副调节器的正反作用方式选择的方法是： 1）首先根据工艺要求决定调节阀的气开、气关形式。 2）然后再决定副调节器的正、反作用。 3）再依据主、副参数的关系最后决定主调节器的正、反作用。 5.串级控制系统的参数整定 串级控制系统的参数整定目前采用的有如下几种方法。 逐步逼近法、两步整定法、一步整定法。, 5 前馈和比值控制,1. 反馈控制的特点 2.前馈
6、控制的原理与特点。 不变性原理 3.一般情况下存在着哪几种类型的不变性?(P66) 4.前馈控制系统的几种结构形式? 静态前馈控制系统、动态前馈控制系统、前馈反馈复合控制系统、前馈串级复合控制系统 4.前馈控制系统的选用原则及应用实例 锅炉给水（三冲量）,5.比值控制系统定义 比值控制系统就是要实现副流量和主流量成一定的比例关系，即满足Q2Q1k，k为副流量和主流量的比值。 6.比值控制系统的类型 （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 （4）变比值控制系统 7.比值控制系统的设计 比值器参数的计算 (难点) 比值控制系统的实施方案 8.工业应用举例,6.
7、1 均匀控制系统 1.均匀控制系统： 把液位、流量的控制统一在一个系统中，从系统内部解决工艺参数之间的矛盾。 具体地说，就是让A塔的液位在允许的范围内波动，与此同时，也让流量平稳缓慢地变化。 2. 均匀控制的三个特点（P214）： （1）系统结构无特殊性 （2）参数均应缓慢地变化 （3）参数变化应限制在允许范围内 3.均匀控制系统的设计 （1）控制方案的选择简单均匀、串级均匀 （2）控制规律的选择 （3）调节器参数整定 4.串级均匀控制系统的整定方法。 （1）经验法（2）停留时间法,6 其他典型控制系统,6.2 选择性控制系统 1. 选择性控制： 是把由工艺生产过程的限制条件所构成的逻辑关系叠
8、加到正常自动控制系统上去的一种控制方法。 2. 工作原理： 当生产操作趋向极限条件时，通过选择器，一个用于控制不安全情况的备用控制系统自动取代正常工况下的控制系统，待工况脱离极限条件回到正常工况后，备用的控制系统又通过选择器自动脱离，正常工况下的控制系统又自动投入运行。 3.选择性控制系统设计 选择器的选型 选择器有高值选择器和低值选择器。 选择原则：根据生产处于不正常情况下，取代调节器的输出信号为高值或为低值来确定选择器的类型。,4.积分饱和定义、危害、产生条件 5.目前防止积分饱和的措施 （1）外反馈法 （2）积分切除法 （3）限幅法,6.3 分程控制系统 1.根据调节阀的气开、气关形式和
9、分程信号区段不同，分程控制系统可分为以下两种类型： （1）调节阀同向动作的分程控制系统 （2）调节阀异向动作的分程控制系统 2.分程控制系统的设计与分程控制的实现 分程控制系统本质：单回路控制系统 实现：阀门定位器 3.分程控制系统的工业应用,7 计算机控制系统,1.信号采集与处理 （1）采样速率的选择 （2）模拟信号数字化（P130) （3）信号处理：数据有效性检查、信号补偿和线性化处理 （4）数字滤波： 程序判读滤波、中位值滤波、递推平均滤波、加权递推平均滤波、一阶滞后数字滤波,2.数字PID控制算法,（1）数字PID位置式 理论PID模拟算式,数字PID位置式：,（2）数字PID增量式,
10、数字PID位置式：,数字PID增量式：,（3）数字PID改进算式,常规的数字PID增量式：,微分先行PID增量式：,1）不完全微分的PID算式 2）微分先行PID算式,(3)积分分离PID算式 (4)带有不灵敏区的PID算式,3.数字PID控制的实现(P137) 4.DCS控制系统 (1)内部结构包括： 操作站、控制站和通信网络系统三大部分。 (2)DCS系统还包括四个接口部分: 过程接口、人机接口、工程接口和其他系统接口, 8 史密斯预估控制系统,通常用T比值来衡量过程纯滞后的严重程度。 若T0.3，则称之为大滞后过程。 1、史密斯预估控制系统,第10章 传热设备的控制,1.换热设备的结构类
11、型：（P213) 2.蒸汽加热器的控制 3.冷凝冷却器的控制 4.锅炉设备的控制 （1） 锅炉汽包水位的控制 （2）过热蒸汽温度控制 （3）锅炉燃烧系统的控制,补充习题,第1章,某化学反应过程规定操作温度为800oC，最大超调量小于或等于5%，要求设计的定值控制系统，在发生阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。要求： 1）计算该系统的稳态误差、衰减比、衰减率、最大动态偏差、最大超调量和过渡过程时间。 2）说明该系统是否满足工艺要求，为什么？,解: (1)稳态误差：C=C()-r=810-800=10oC B=850-810=40 B=820-810=10 衰减比： 衰减率： 最大动态偏差： A=8
12、50-800=50 或： A=B+C=40+10=50 最大超调量： 过渡过程时间：ts=23min (2)满足工艺要求，因为衰减比是4:1，在4:110:1之间。,1.已知某对象采用衰减振荡法测得PBs=0.5,Ts=10s。试用衰减振荡法确定PID调节器参数（Ts为衰减振荡周期）。 2.某液位系统采用气动PI调节器控制。液位变送器量程为0100mm,(液位h由零变到100mm时，变送器送出气压由0.02MPa到0.1MPa)。当调节器输出气压变化p=0.02MPa时，测得液位变化见表3-7。,第3章,表3-7 液位变化数据,试求： 1）调节器整定参数PB和TI。 2）如液位变送器量程改为0
13、50mm，为保持衰减率不变，应改变调节器哪一个参数？,第4章 1.与单回路控制系统相比，串级控制系统有什么结构特点？ 2.在如图所示加热炉原油出口温度与炉膛温度串级控制系统中，工艺要求一旦发生重大事故应立即切断燃料油的供应。要求： （1）画出控制系统的框图。 （2）确定调节阀的气开、气关形式。 （3）确定主、副调节器的正、反作用方式。,第5章 1.什么叫比值控制系统？它有哪几种类型？ 2.某比值控制系统用DDZ-III型乘法器进行比值运算（乘法器输出 ，其中I1与Io分别为乘法器的两个输 入信号），流量用孔板配差压变送器来测量，未加开方器，如图所示。已知Q1max=3600kg/h,Q2max=2000kg/h,要求： （1）画出该比值控制系统框图。 （2）如果q1：q2=2：1,应如何设置乘法器的设定值Io？,
