《过程控制 教学课件 ppt 作者 徐兵 主编 第一,二,三章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制 教学课件 ppt 作者 徐兵 主编 第一,二,三章（104页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、过程控制,04IH1,第一章 绪 论 第二章 建立过程数学模型 第三章 调节器及其调节规律 第四章 过程控制仪表及系统 第五章 执行器 第六章 单回路过程控制系统 第七章 改善性能指标的过程控制系统 第八章 实现特殊要求的过程控制系统 第九章 过程控制系统的工程应用,04IH1,第一章 绪 论,第一节 过程控制技术的发展概况 第二节 过程控制系统的特点及其分类 第三节 过程控制系统的性能指标,04IH1,第一节 过程控制技术的发展概况,.电动信号传输标准：mA .集中检测与控制技术 .电子模拟流程技术 .计算机直接控制技术(DDC) .电动信号传输标准：DCmA .计算机辅助设计 .自动机械工
2、具 .机器人 .集散控制系统DCS .可编程序控制器PLC .数字化仪表,04IH1,第一节 过程控制技术的发展概况,.智能化仪表 .先进控制软件 .现场总线 .分析仪器的在线应用 .优化控制 .局部自动化阶段(世纪年代) .集中控制阶段(世纪年代) .集散控制阶段(世纪年代中期至今),04IH1,第一节 过程控制技术的发展概况,表- 过程控制系统的发展,04IH1,.电动信号传输标准：mA,04IH1,.集中检测与控制技术,04IH1,.电子模拟流程技术,04IH1,.计算机直接控制技术(DDC),技术背景：现代化工业过程规模大型化；集成电路和微处理器技术广泛应用,04IH1,.电动信号传输
3、标准：DCmA,04IH1,.计算机辅助设计,04IH1,.自动机械工具,04IH1,.机器人,04IH1,.集散控制系统DCS,04IH1,.可编程序控制器PLC,技术背景：办公自动化、数字化技术、通信和网络技术应用环境保护的要求,04IH1,.数字化仪表,04IH1,.智能化仪表,04IH1,.先进控制软件,技术背景：智能化和优化控制,04IH1,.现场总线,04IH1,.分析仪器的在线应用,04IH1,.优化控制,04IH1,.局部自动化阶段(世纪年代),在世纪年代，过程控制开始得到发展这一阶段的过程控制主要用于生产过程中单输入、单输出的控制系统；被控参数主要有温度、压力、流量和液位四种
4、参数，控制目的是保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程控制指标的影响。,04IH1,.集中控制阶段(世纪年代),世纪年代，随着世界范围内化学工业的迅速发展，装置规模的扩大，生产的复杂性和对产品质量要求的严格，迫切要求单元生产过程集中管理与控制，当初是以气动仪表对生产过程进行测量与控制，因此需要大量的气动信号管线传送测量与控制设备。到了世纪年代，随着电子技术的迅速发展，半导体产品取代了电子真空管，随后，集成电路取代了分离元件，电子仪表的可靠性、可使用性大大提高，从而逐步替代了气动仪表。在这期间，计算机在过程控制的应用，引起了工业生产过程革命性的变化。,04IH1,.集散控制阶段(世纪年代中期
5、至今),世纪年代中期，电子仪表和以微处理器为基础的集散型控制系统(DCS)开始在工业生产过程控制中应用。“集中管理，分散控制”的设计思想被所有的大型过程控制系统所接受并应用至今，无论从控制功能、系统可靠性、可操作性等方面讲，集散型控制系统在某种意义上集中管理，分散控制实现了过程控制工作者的梦想。所以，称集散型控制系统的出现是过程控制发展史上的里程碑是一点也不过分的。集散型控制系统的设计雏形是在一座工厂只设一个中央控制室，用CRT来监视、操作工厂的生产过程。,04IH1,第二节 过程控制系统的特点及其分类,一、过程控制系统的特点 二、过程控制系统的分类,04IH1,一、过程控制系统的特点,()被
6、控过程的多样性 过程控制系统是面向生产过程的自动控制系统，由于生产规模不同，工艺要求各异，产品的品种多样，因此过程控制中的被控过程的形式也是多种多样的。 ()系统由过程检测控制仪表组成 ()控制方案十分丰富 由于被控过程的多样性，决定了控制方案的多样性。 ()控制过程多属慢过程参量控制 在流程工业中，常用一些物理量来表征生产过程是否正常，这些物理量都以温度、压力、流量、液位、成分等参量表示。 ()定值控制是过程控制的一种主要控制形式 过程控制不同于航空器的姿态控制以及机器人的动作控制系统，它的主要目的是减小或消除外界扰动对被控量的影响，使被控量能控制在给定值上，使生产稳定，从而达到优质、高产、
7、低消耗的目标。,04IH1,()系统由过程检测控制仪表组成,图- 过程控制系统的框图,04IH1,二、过程控制系统的分类,.按给定值的特点分类 .按系统克服干扰的方法分类,04IH1,.按给定值的特点分类,()定值控制系统 定值控制系统是过程控制系统中应用最多的一种控制系统。 ()随动控制系统 随动控制系统的给定值随时间任意地变化，其主要作用是克服一切扰动，使被控量迅速、准确无误地跟踪给定值的变化，因此这类系统又称为自动跟踪系统。 ()程序控制系统 程序控制系统被控量的给定值是按预定的时间程序而变化的。,04IH1,.按系统克服干扰的方法分类,()反馈控制系统 反馈控制系统是根据系统被控变量与
8、给定值的偏差进行工作的，最后达到消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。 ()前馈控制系统 前馈控制系统是直接根据扰动量的大小进行工作的，扰动成为该类系统的控制依据。 ()前馈-反馈控制系统 前馈-反馈控制系统是前馈控制系统与反馈控制系统复合在一起构成的控制系统。,04IH1,第三节 过程控制系统的性能指标,一、系统过渡过程的性能指标 二、偏差积分性能指标,04IH1,第三节 过程控制系统的性能指标,图- 阶跃干扰下的四种过渡过程的相应曲线 )发散振荡 )衰减振荡 )等幅振荡 d)单调过程,04IH1,一、系统过渡过程的性能指标,.最大偏差(或超调量) .衰减比 .回复时间 .余差() .振
9、荡周期T,04IH1,一、系统过渡过程的性能指标,图- 系统过渡过程的性能指标示意图 )定值系统 )随动系统,04IH1,.最大偏差(或超调量),对一个定值控制系统来说，最大偏差是指过渡过程中被控变量第一个波的峰值与给定值的差，它反映了调节过程中被控参数偏离给定值的程度。,04IH1,.衰减比,衰减比是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比，即，一般用表示。,04IH1,.回复时间,回复时间也称过渡时间，是指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间，如图中的。,04IH1,.余差(),余差是指过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与设定值之差。,04IH1,.振荡
10、周期T,振荡周期是过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔，或称工作周期，其倒数为振荡频率。在相同的衰减比条件下，振荡周期与过渡时间成正比。因此，振荡周期短些为好。,04IH1,二、偏差积分性能指标,假若要对几种过渡过程曲线做出谁是“最优”的评论，则必须首先规定“最优”的性能指标。这种指标与过渡过程形式代表的质量指标不同，它应是系统动态特性的一种综合性能指标，这样才能对整个过程曲线的形状作评价。,04IH1,第二章 建立过程数学模型,第一节 数学模型的形式和作用 第二节 建立数学模型的方法,04IH1,第一节 数学模型的形式和作用,一、建模的意义 二、过程建模的特点和形式,04
11、IH1,一、建模的意义,)可以更深入地了解被控过程的特性。 )便于用计算机仿真计算来分析控制过程。 )便于寻求优化操作条件。 )用于调试系统及进行调节器参数整定。 )用来建立操作人员的培训系统。,04IH1,二、过程建模的特点和形式,流程工业的生产过程，相对于机电系统来说，两者控制系统数学模型的建立虽无本质区别，但却有一些值得注意的特点：一是影响过程参数的因素相对复杂，二是系统运行过程中各数学模型中的参数随运行条件的变化会有较大的改变。因而使数学模型的不确定性增大，对取得理想的控制效果造成更多困难。,04IH1,第二节 建立数学模型的方法,一、机理分析法 三、响应曲线法,04IH1,一、机理分
12、析法,.单容液位对象的数学模型 .单容温度对象的数学模型 .双容液位对象的数学模型 .双容温度对象的数学模型 .多容对象的数学模型 .纯滞后对象的数学模型 .建立数学模型时过程变量的表示形式,04IH1,.单容液位对象的数学模型,()当槽出口流量为一常数时的情况(例如安装了计量泵) 流程如图-所示。 () 当储槽出口流量为变量时的情况 如图-所示，其中R表示阀门的液阻。,04IH1,.单容温度对象的数学模型,图- 自衡单容对象的,04IH1,.单容温度对象的数学模型,图- 自衡单容对象的 阶跃响应曲线,04IH1,.双容液位对象的数学模型,图- 双容液位储槽,04IH1,.双容液位对象的数学模
13、型,图- 双容液位对象的框图,04IH1,.双容液位对象的数学模型,图- 互相有关联的双容液位对象,04IH1,.双容液位对象的数学模型,图- 互相关联的双容储槽对象的框图,04IH1,.双容温度对象的数学模型,图- 双容对象输出响应曲线,04IH1,.双容温度对象的数学模型,2012.tif,04IH1,.多容对象的数学模型,图- 多容对象的阶跃响应曲线,04IH1,.多容对象的数学模型,图- 多容对象的阶跃响应曲线,04IH1,.纯滞后对象的数学模型,图- 纯滞后对象的,04IH1,.纯滞后对象的数学模型,图- 纯滞后对象的 阶跃响应曲线,04IH1,.纯滞后对象的数学模型,图- 用单容加
14、纯滞后近似 多容对象的输出响应曲线,04IH1,.建立数学模型时过程变量的表示形式,()绝对值形式 这是最能直观理解的形式，但在控制中不常用。 ()增量形式 ()无因次形式 是用增量与某一基准值(如额定值或最大值)的比值表示(如百分比等)。,04IH1,三、响应曲线法,.确定一阶环节的特性参数 .确定一阶加纯滞后环节的特性参数,04IH1,.确定一阶环节的特性参数,通过t=这一点作阶跃响应曲线的切线，交稳态值的渐进线于A点，则OA在时间轴上的投影即为时间常数T。,04IH1,.确定一阶加纯滞后环节的特性参数,()试画出液位h的阶跃响应曲线； ()若该对象用带纯滞后的一阶环节近似，试用作图法确定
15、纯时延时间和时间常数T； ()确定该对象的增益K和响应速度C。,04IH1,.确定一阶加纯滞后环节的特性参数,图- 响应曲线法确定一阶,04IH1,.确定一阶加纯滞后环节的特性参数,图- 响应曲线法确定一阶 加纯滞后环节参数,04IH1,.确定一阶加纯滞后环节的特性参数,图- 习题-图,04IH1,.确定一阶加纯滞后环节的特性参数,图- 习题-图,04IH1,.确定一阶加纯滞后环节的特性参数,图- 习题-图,04IH1,.确定一阶加纯滞后环节的特性参数,表格,04IH1,第三章 调节器及其调节规律,第一节 调 节 规 律 第二节 调 节 器,04IH1,第一节 调 节 规 律,一、概述 二、比例控制作用 三、比例积分调节(PI调节) 四、比例积分微分调节(PID调节) 五、调节器调节规律的选择,04IH1,一、概述,)原理简单，使用方便。 )适应性强。 )鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。,04IH1,二、比例控制作用,.比例控制规律 .比例调节的特点,04IH1,.比例控制规律,图- 比例调节器静态特性图,04IH1,.比例控制规律,图- 比例调节器静态
