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1、11.4 过程控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类1. 按被控量分类 ：1. 按被控量分类 ：温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等 2. 按完成的功能分类：2. 按完成的功能分类： 比值控制系统（特殊的多变量控制） 分程控制系统（一个调解器带几个阀） 选择性控制系统（非线性切换控制）21.4 过程控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类3. 按调节器控制规律分类：3. 按调节器控制规律分类： 比例（P）控制系统 比例积分(PI)控制系统 比例积分微分（PID）控制系统 4. 按被控制量的多少分类：4. 按被控制量的多少分类： 单变量控制系统 多变量控制系统31.4 过程
2、控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类5. 按系统的结构分类：5. 按系统的结构分类：反馈控制系统前馈控制系统复合控制系统单回路控制系统串级控制系统41.4 过程控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类（1）反馈控制系统（1）反馈控制系统它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。51.4 过程控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类（2）前馈控制系统（2）前馈控制系
3、统前馈控制系统直接根据扰动量的大小进行工作，扰动 是控制的依据。由于它没有被控量的反馈，所以也称为开 环控制系统。前馈控制框图扰动f(t) 是引起被控量y(t)变 化的原因，前馈调节器FFC是 根据扰动f(t)进行工作的，可 能及时克服扰动对被控量y(t) 的影响。但是，由于前馈控制 是一种开环控制，最终不能检 查控制的精度，因此，在实际 工业生产过程自动化中是不能 单独应用的。61.4 过程控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类（3）前馈反馈控制系统(复合控制系统)（3）前馈反馈控制系统(复合控制系统)开环的前馈控制的最主要的优点是能针对主要扰动及 时迅速地克服其对被控参数的影响；对于其余
4、次要扰动， 则利用反馈控制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地 使被控量控制在给定值上。前馈反馈控制系统71.4 过程控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类6. 按给定信号的特点分类 ：6. 按给定信号的特点分类 ：定值控制系统程序控制系统随动控制系统（1）定值控制系统：（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。81.4 过程控制系统的分类1.4
5、过程控制系统的分类（2）程序控制系统：（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。91.4 过程控制系统的分类1.4 过程控制系统的分类（3）随动控制系统:（3）随动控制系统: 它是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统。其主要作用是克服一切扰动， 使被控量快速跟随给定值而变化。例如在加热炉燃烧过程的自动控制中，生产工艺要求空气量跟
6、随燃料量的变化而成比例地变化，而燃 料量是随生产负荷而变化的，其变化规律是任意的。 随动控制系统就要使空气量跟随燃料量的变化自动控 制空气量的大小，达到加热炉的最佳燃烧。101.5 过程控制的特点1.5 过程控制的特点1. 连续生产过程的自动控制1. 连续生产过程的自动控制被控量需定量控制且连续可调过程控制一般是指连续生产过程的自动控制，其 被控量需定量地控制，而且应是连续可调的。若控制 动作在时间上是离散的（如采样控制系统等），但是 其被控量需定量控制，也归入过程控制。111.5 过程控制的特点1.5 过程控制的特点2. 系统由检测与仪表组成2. 系统由检测与仪表组成过程控制是通过各种检测仪
7、表、控制仪表（包括电动仪 表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作 一台仪表）等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动监 测、自动监督、自动控制。一个过程控制系统是由被控过程 和过程检测控制仪表两部分组成的。过程检测控制仪表包括 检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀等。过 程控制系统的设计是根据工业过程的特性和工艺要求，通过 选用过程检测控制仪表构成系统，在通过PID参数的整定， 实现对生产过程的最佳控制。121.5 过程控制的特点1.5 过程控制的特点3. 被控过程（对象）是非电量的3. 被控过程（对象）是非电量的在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。因此过 程控制中的
8、被控过程是多种多样的。诸如石油化工过程 中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中 的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工 业中的热处理炉等。涉及石油、化工、电力、冶金、轻 工、建材、制药等行业。在这些生产过程中，往往采用 一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成 分、pH值等等）来表征其生产过程是否正常，因此需要 对上述过程参数进行自动检测和自动控制，故过程控制 多为非电量控制。131.5 过程控制的特点1.5 过程控制的特点4. 控制过程多为4. 控制过程多为慢过程慢过程的参量控制的参量控制由于被控过程具有大惯性、大滞后（大时延）等特 性，因此决定了过程控制的控制过
9、程多数为慢过程。它 们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。 有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未 被人们所认识，所以很难用目前过程辨识方法建立起精 确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并 非易事。141.5 过程控制的特点1.5 过程控制的特点5. 控制方案丰富5. 控制方案丰富过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、 分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。为了满足上 述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富 的。通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有 仪表过程控制系统，也有计算机集散控制系统
10、；有复杂 控制系统，也有满足特定要求的控制系统。151.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况回顾自动化技术发展的历史，可以看到它与生产过 程本身的发展有着密切的关系，是一个从简单形式到复 杂形式，从局部自动化到全局自动化，从低级智能到高 级智能的发展过程。自动化在工业生产中的作用，大致经历了三个阶段。161.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况1. 50年代前后为自动化发展的第一阶段1. 50年代前后为自动化发展的第一阶段在这一时期中，理论基础是用传递函数进行数学 描述，以根轨迹法和频率法作为分析和综合系统基本 方法的经典控制理论，因而带有明显的依靠手工和经 验进行分析
11、和综合的色彩，在设计过程中，一般是将 复杂的生产过程人为地分解为若干个简单过程。最终 实现单输入单输出的控制系统.171.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况2. 60年代十年，工业自动化发展的第二个阶段2. 60年代十年，工业自动化发展的第二个阶段自60年代来，随着工业生产的不断发展，对过程控 制提出了新的要求；随着电子技术的迅速发展，也为自 动化技术工具的完善创造了条件，从此开始了过程控制 的第二个阶段。开始大量采用气动和电动单元组合仪 表；开发和应用了各种复杂的过程控制系统；过程控制 由单变量系统转向多变量系统。181.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况3. 7
12、0年代进入第三个阶段3. 70年代进入第三个阶段70年代以来，随着现代工业生产的迅猛发展，随 着大规模集成电路制造成功与微处理器的相继问世， 使功能丰富的计算机的可靠性及其性价比大大提高， 尤其是工业计算机采用了冗余技术和软硬件的自诊断 措施，使其满足了工业控制的应用要求。过程控制发 展到现代过程控制的新阶段。191.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况4. 集散控制系统4. 集散控制系统集散控制系统（DCS）是把自动化技术、计算机技术、 通信技术、故障诊断技术、冗余技术和图形显示技术融 为一体的装置。这种系统在结构上是分散的，就是将计 算机分装到工段或装置，这不仅使系统危险分散，
13、消除 了全局性的故障点，提高了系统的可靠性，同时能方便 灵活地实现各种新型的控制规律和算法。这种系统由于 是分级的，因此便于实现现代化的最佳管理，并使自动 生产过程自动化开始进入控制管理一体化的新模式。201.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况5. 现代自动化技术的新阶段计算机时代5. 现代自动化技术的新阶段计算机时代?80年代以来，工业过程控制得到了一个飞跃的发展，一方面现代控制理论从本质上解决了一般多变量系统 的控制问题，包括线性系统、时变系统、非线性系统、 微分-差分系统等，从而大大促进了过程控制的发展。? 另一方面，过程控制的结构已从包括许多手动控制的 分散局部控制站改变
14、为具有高度自动化的集中、远程 控制中心。211.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况? 过程控制的概念有了很大的发展，它不仅包括数据采 集与管理、基本过程控制，而且包括先进的管理系统、 调度和优化等。柔性化、分散化和集成化的综合自动 化系统，已被应用于实际工业过程。? 专家系统、神经网络、模糊控制、过程监督和在线诊 断等理论已经大大地促进了过程控制的发展。221.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况目前，世界各工业发达国家，正集中全力进行工厂综合自动化技术的研究。所谓综合自动化，就是在自动 化技术、信息技术、计算机控制和各种生产加工技术的 基础上，从生产过程的全局出发，
15、通过生产过程所需的 各种信息的继承，把控制、优化、调度、管理、经营、 决策融为一体，形成一个能适应各种生产环境和市场需 求、多变性的、总体最优的高质量、高效益、高柔性的 管理生产系统。231.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况从工业自动化发展的历程，可以得到如下结论：从工业自动化发展的历程，可以得到如下结论：（1）工业自动化的发展与工业生产过程本身的发展有着 极为密切的联系。工业生产本身的发展，诸如工艺流程 的变革，设备的更新换代，生产规模的不断扩大等促进 了自动化的进程，而工业自动化在控制理论和技术工具 方面的新成就又保证了现代工业生产在安全平稳的前提 下进行正常运行，充分发挥
16、设备的潜力，提高生产率， 获得最大限度的经济和社会效益241.6 过程控制的发展概况1.6 过程控制的发展概况（2）工业自动化已进入计算机时代，进入所谓的计算机集成过程系统（Computer Integrated Production Systems, CIPS）的时代。可是，当前面对琳琅满目的 计算机系统，尽管已有许多现成的先进控制理论，却 缺乏行之有效的控制方法去满足工业生产不断提出的 高要求，因此，加强控制理论与生产实际密切结合， 注意引入智能控制、专家系统。逐步形成不同形式的 既简单又实用的控制结构和算法，是控制理论工程化 的任务，是今后过程控制的主要研究内容。251.7 过程控制课程内容简介1.7 过程控制课程内容简介一. 课程设置的目的意义一. 课程设置的目的意义1. 课程设置的必要性1. 课程设置的必要性过程控制技术是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率
