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1、Date1化工仪表及自动化 汇报课第一节 自动化基础知识 本节主要知识点 ：人工调节与自动 控制自动控制系统的 任务及基本组成自动控制系统的 过渡过程及品质 指标本节知识问答：n自动控制系统的任 务是什么？它由哪些 基本环节组成？n什么叫被控对象、 被控变量、测量值、 设定值、偏差、扰动 作用和控制作用？Date2化工仪表及自动化 汇报课一、人工调节和自动控制眼手脑测量变送执行器控制器设 定测量仪表相当于 人的眼睛，控制器相 当于人的大脑，控制阀 相当于人的手脚。一个自动控制系 统就是对人工调 节过程的模拟。Date3化工仪表及自动化 汇报课液位控制系统实例Date4化工仪表及自动化 汇报课流
2、量控制系统实例2018/8/95化工仪表及自动化 汇报课温度控制系统实例Date6化工仪表及自动化 汇报课自动控制系统是由变送器、控制器、执 行阀和被控对象四个环节组成的闭环负反馈 控制系统。其基本功能是使被控变量与设定值一致 。二、自动控制系统的组成及分类1.组成控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏差控制器执行阀被控对象控制作用测量值给定值 偏差 x zeDate7化工仪表及自动化 汇报课1、被控对象是指需要实现控制的工艺设 备、机械或生产过程。被控对象2.名词解释控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏差控制器执行阀被控对象控制作
3、用测量值给定值 偏差 x zeDate8化工仪表及自动化 汇报课2、被控变量是表征生产设备（过程）运行 情况是否正常而需要加以控制的物 理量。被控变量控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏差控制器执行阀被控对象控制作用测量值给定值 偏差 x zeDate9化工仪表及自动化 汇报课3、控制作用被自动化装置操纵，用以 使被控变量保持设定值的物料量 和能量。控制作用 1.组成控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏差 xz控制器执行阀被控对象控制作用测量值给定值 偏差 xzDate10化工仪表及自动化 汇报课4、扰动作用除控制作用外，作用于对
4、象并 引起被控变量变化的一切因素。扰动作用控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏差控制器执行阀被控对象控制作用测量值给定值 偏差 x zeDate11化工仪表及自动化 汇报课5、设定值被控变量的预定（或希望）值 。给定值控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏差控制器执行阀被控对象控制作用测量值给定值 偏差 x zeDate12化工仪表及自动化 汇报课6、测量值与被控变量对应的变送器的输出值。通 常为010mA(或420mA)范围内的直流电流 或其它数字通讯协议。测量值控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏
5、差控制器执行阀被控对象控制作用测量值给定值 偏差 x zeDate13化工仪表及自动化 汇报课7、偏差 测量值与设定值之差。它有大小、 方向和变化速率三个基本要素。偏差偏差e = 测量值 给定值控制器执行阀被控对象变送器被控变量扰动作用 控制作用测量值给定值 偏差控制器执行阀被控对象控制作用测量值给定值 偏差 x zeDate14化工仪表及自动化 汇报课3.自动控制系统的分类按设定值的不同可分为三大类。（）定值控制系统设定值不变的控制系统。工艺生产中 要求控制系统的被控变量保持在一个生 产技术指标上不变，这个技术指标就是 设定值。（）随动控制系统 （也称为自动跟踪 系统） 这类系统的特点是设定
6、值不断 变化，并要求系统的输出也跟着变化。Date15化工仪表及自动化 汇报课（）程序控制系统 （顺序控制 系统） 这类系统的设定值也 是变的，但它是一个已知的时 间函数，即生产技术指标需按 一定的时间程序变化。设定值 不断变化，并要求系统的输出 也跟着变化。Date16化工仪表及自动化 汇报课三、过渡过程及品质指标1、控制系统的过渡过程从扰动作用，发生时起到控制器的 控制作用使系统达到新的平衡时为止 ，这段时间内被控变量的变化过程， 称为控制系统的过渡过程。亦即系统 从一个平衡状态过渡到另一个平衡状 态的过程。Date17化工仪表及自动化 汇报课在阶跃扰动（或给定）的作用下，控制系统 的过渡
7、过程有如下五种基本形式。（1）发散振荡过程被控变量给定值时间Date18化工仪表及自动化 汇报课被控变量时间 （2）等幅荡过程给定值Date19化工仪表及自动化 汇报课被控变量时间（3）衰减振荡过程给定值Date20化工仪表及自动化 汇报课被控变量时间（4）非周期发散 （5）非周期衰减给定值非周期 发散非周期 衰减Date21化工仪表及自动化 汇报课被控变量时间阶跃给定作用下系统的过渡过程给定值Date22化工仪表及自动化 汇报课被控变量时间阶跃扰动作用下系统的过渡过程Date23化工仪表及自动化 汇报课2. 控制系统的品质指标通常都希望在受到扰动作用以后，被控 变量偏离设定值的程度要小一些，
8、波动 要少一些，达到新的稳定状态所花费的 时间要短一些。也就是从准确性、稳定 性和快速性三个方面来评价它的控制质 量。对于最普遍希望的衰减振荡过程的 品质指标有最大偏差、衰减比、余差、 过渡时间和振荡周期等几项。Date24化工仪表及自动化 汇报课指标有：最大偏差A （或超 调量）、衰减比n、余差C 、过渡时间ts和振荡周期Tp1.最大偏差A ：第一个波 峰的幅值B与 设定值之差 。2.衰减比n：第 一个波峰的幅 值B与同方向的 第二个波峰的 幅值B之比3.余差C：过渡 过程结束后， 被控变量稳定 值与设定值之 差。4.过渡时间ts： 被控变量从原 来的稳态值变 化到新的稳态 值所需时间。5.
9、振荡周期Tp： 第一个波峰出 现到同方向第 二个波峰出时 所需时间被控变量y时间t设定值 tsTpAB Bn=BB C稳定值Date25化工仪表及自动化 汇报课某换热器的温度控制系统在单位阶跃干 扰作用下的过渡过程曲线下图所示。试 分别求出最大偏差、余差、衰减比、振 荡周期和过渡时间（给定值为200） 。课 堂 练 习温度控制系统过渡过程曲线Date26化工仪表及自动化 汇报课解 最大偏差A230-20030 余差C 205-200由图上可以看出，第一个波峰值BA- C=230-20525，第二个波峰值B 2102055，故衰减比应为n=B:B25:55:1。振荡周期为同向两波峰之间的时间间
10、隔，故振荡周期Tp20-515（min） 分析 过渡时间与规定的被控变量限制 范围大小有关，假定被控变量进入稳 定值的2，就可以认为过渡过程已 经结束，那么限制范围为200（2 ）4。 这时，可在新稳态值（205） 两侧以宽度为画一区域，上图中 以画有阴影线的区域表示，只要被控 变量进入这一区域且不再越出，过滤 过程就可以认为已经结束。因此，从 图上可以看出，过渡时间ts为22min。Date27化工仪表及自动化 汇报课小 结 ：本节课我们学习了化工自动化的组成、分类 、过渡过程及品质指标，其中 各种品质指标的计算为本书的重点内容 ，希望同学们能掌握。Date28化工仪表及自动化 汇报课本节课结束Date29化工仪表及自动化 汇报课
