过程控制系统工程设计PPT课件

2020 4 19 北京科技大学自动化学院 过程控制系统工程设计 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 目录 控制系统对象的机理分析控制目标与性能指标控制系统的信息反馈与执行机构控制系统的结构设计与功能分配控制系统的综合指标大型控制系统的设计步骤 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 1 控制系统对象的机理分析 1 1被控对象的物理化学运动过程分析例如 炼钢过程是去杂质 定碳的过程 炼铁过程是熔化过程 轧钢过程是压力作用下的朔性变形的过程 加热炉是温度场的升稳降温的过程等 对于某些非工业过程系统 被控对象的运动过程并不一定符合物理化学特性 甚至是非物质性的 例如社会学系统 本课程面向工业过程系统 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 1 控制系统对象的机理分析 1 2被控对象输出机理分析 输出量是过程参数 但是不一定是系统的目标参数 二者关系需要分析 例如 空调的输出是制冷 热 量 并非是目标参数 而空调的目标参数是室内温度 加热炉的输出与目标参数是同一个变量 即温度 炼钢的输出参数是终点碳值 终点温度 炼铁的输出是铁水与炉渣 电动机的输出是速度与电流等 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 1 控制系统对象的机理分析 1 3被控对象输入机理分析 输入量是过程参数 是控制系统行为的手段 但是不一定是系统的执行机构 例如 加热炉的输入是重油 煤气 电力 而执行机构是各类阀门 炼钢输入参数是氧气 废钢 云石 炼铁的输入参数是焦碳 烧结矿石 热风量 直流电动机的输入量是电枢电压 电流 磁场电流等 输入参数往往也是一个子系统 例如 炼钢中的氧枪 炼铁中的热风炉 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 2 控制目标与性能指标 2 1控制目标控制目标一般比较明确 就是控制的主要目的 例如 空调的控制目的就是稳定室内温度 调速电机的控制目的是速度稳定 轧钢质量控制目的是厚度 板形 表面公差小 加热炉的目标是温度稳定等 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 2 控制目标与性能指标 2 2控制系统性能指标单目标性能指标 调速电机的超调 静差 稳态误差 调节时间 动态速降等 多目标性能指标 加热炉温度稳定精度 温度动态精度 节能性 最佳燃烧 极值连续型性能指标函数 变分 泛函 极值离散型性能指标函数 规划 排队 统计概率型性能指标函数 方差 概率 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 3 控制系统的信息反馈与执行机构 3 1控制系统的信息反馈完备的控制系统 对象模型 检测仪表 控制器对于控制系统设计来说 反馈信息十分重要 因为大多数系统控制是反馈控制系统 也只有反馈控制系统才具有较高的精确性和鲁棒性 设计控制系统时要特别关注本项设计 反馈信息与过程检测仪表相关 很多工业现场的反馈信息是间接测量的 或者是软测量获得的 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 3 控制系统的信息反馈与执行机构 3 2控制系统执行机构执行机构是指单驱动器和执行子系统 单执行机构不外乎电动 电磁 气动 液压控制装置 而子系统也是由若干控制装置组成 例如 电动的有直流 交流 步进 特种电机 液压的有开关 比例 伺服系统 液压马达等 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 4 控制系统的结构设计与功能分配 系统硬件拓扑结构 集中 分布式 几层 工作站数量 CPU数量 过程I O接口 特种模块 现代系统的通讯结构 网络结构 通讯协议选取 速度 兼容性 系统软件结构 系统 工具 功能函数 应用软件 功能分配 系统操作结构 人机接口设置 画面设计 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 系统硬件拓扑结构 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 5 控制系统的综合指标 系统性能价格比系统安全性指标系统运行率指标系统可维护性系统可扩展性系统生命周期 2020 4 19 北京科技大学自动化学院 6 大型控制系统的设计步骤 初步设计书 论述控制方法的可行性 可实现性 预计达到到性能指标 系统的先进性等 基本设计书 系统结构 软件结构 通讯结构 操作结构 功能分配及基本描述 详细设计书 信息表格 编程框图 硬件接