过程控制复习 - 图文

1、过程控制复习 - 图文 第一章 过程控制是生产过程自动化的简称 热工参数（过程参数）：存在于生产过程中的温度、压力、流量、液位、成份和物性等工艺参数。 过程控制系统：对生产过程中的热工参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量和生产安全，并使生产过程按最优化目标自动进行。 过程控制主要是指连续型工业过程的自动控制 集散型控制系统(dcs系统)是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特点是分散控制、集中管理。 现场总线控制系统(fcs系统)是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点是现场控制和双向数字通讯 1.2 过程控制的任务及要求 工业生产对过程控制的要求主

2、要有三个方面：安全性、稳定性、经济性 过程控制的任务：在了解、掌握工艺流程和被控过程的静态与动态特性的基础上，应用控制理论分析和设计符合上述三项要求的过程控制系统，并采用适宜的技术手段（如自动化仪表和计算机）加以实现。因此，过程控制是集控制理论、工艺知识、自动化仪表与计算机等为一体的综合性应用技术。 1.3 过程控制系统的组成、特点及分类 广义对象：检测元件、变送器、执行器和被控对象 控制系统中常用的名词术语 （1）被控对象（对象）：需要实现控制的设备、机器或生产过程，称为被控对象，例如锅炉 （2）被控变量（被调量、被调参数）y：指需要控制的工艺参数，如加热器的温度、锅炉汽包水位等。它是被控对

3、象的输出信号。在控制系统方块图中，它也是自动控制系统的输出信号。但它是理论上的真实值，由测量变送器输出的信号是被控变量的测量值x。 （3）设定值（给定值）：被控变量的目标值（预定值），称为设定值。当它由工业调节器内部给出时称为内给定值，最常见的内给定值是一个常数，它对应于被控变量所需保持的工艺参数值。当它产生于外界某一装置，并输入至调节器时称为外给定值。 （4）操纵变量（控制变量、调节参数）：受调节器操纵，用以使被控变量保持设定值（给定 值）的物料量或能量，称为操纵变量。它是调节阀的输出信号，如锅炉给水。调节阀的输入信号是调节器的输出信号，它不同于操纵变量。 （5）干扰（扰动）：除操纵变量以外

4、，作用于对象并能引起被控变量变化的因素，称为干扰或扰动。负荷变化就是一种典型的扰动，如蒸汽用量的变化对锅炉水位控制是一种典型干扰。 （6）基本扰动：可以通过执行机构控制的扰动。如锅炉给水流量的变化。 （7）外部扰动：系统本身无法控制的扰动。如蒸汽负荷变化。 （8）偏差：偏差理论上应该是被控变量的设定值与实际值之差。但是能够直接获取的是被控变量的测量值信号而不是实际值，因此，通常把给定值与测量值之差称作为偏差。 （9）调节作用：克服干扰作用影响，使系统重新稳定的作用。 （10）干扰作用：破坏系统平衡，引起被调参数偏离给定值的作用。 （11）测量信号：变送器输出代表被调参数大小的信号。 （12）定

5、值信号：代表给定值大小的信号。 （13）控制信号：调节器输出，控制执行机构的信号。 被控变量/受控变量/过程变量 （controlled variable - cv, process variable - pv） 设定值/给定值 (setpoint - sp, setpoint value - sv ) 操纵变量/操作变量 (manipulated variable, mv) 扰动/扰动变量 (disturbance variable, dv) 测量/测量信号 (measurement ) ， 控制/控制信号/控制变量（control variable ） 1.3.3 .过程控制系统的分类 按

6、系统的结构特点分： （1）反馈控制系统（feedback control system） （2）前馈控制系统（feedforward control system） （3）前馈-反馈复合控制系统 按设定值的特点分： （1）定值控制系统 设定值固定不变或在规定的小范围内变化。 （2）随动控制系统 设定值随时间任意变化。 （3）程序控制系统 设定值按预定的时间程序变化，也称为顺序控制系统。 1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标 1.过程控制系统的静态与动态 在自动控制领域，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态， 而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。 2.过程控制系统的

7、过渡过程 控制系统从一个平衡状态到达另一个平衡状态的过程称为系统的过渡过程。 衡量过程控制系统工作质量的依据是系统的过渡过程。 3.过程控制系统的性能指标 过渡过程是衡量控制系统品质的重要依据，一个优良的控制系统，其过渡过程应属于衰减振荡过程，被控变量应能平稳、快速、准确的趋近或回到设定值。 通常在稳定性（最重要最基本）、准确性和快速性三个方面给出性能指标. 单项性能指标 (1)最大偏差和超调量（准确性指标） 最大偏差是指在过渡过程中被控变量偏离给定值的最大数值，它是控制系统的动态指标。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，它表示被控变量瞬间偏离给定值的最大限度。如图中的a 。 超调量

8、是第一个峰值与新稳定值之差，即图中的b。 (2)衰减比和衰减率（稳定性指标） 衰减比表示振荡过程的衰减程度，它等于被控变量产生周期性振荡前后相邻两个峰值之比，它是控制系统的动态指标。 衰减比 bn?b b?b?b 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即 衰减率 为了保证控制系统有一定的稳定裕度，在过程控制中一般要求衰减比为4:1 到10:1 ，这相当于衰减率为75%到 90%。 (3)余差 （准确性指标） 余差也称静差或稳态误差，是指当过渡过程结束后，被控变量新的稳态值与给定值之间的偏差，它是控制系统的稳态指标，在图中以c表示。 余差为零的过

9、程控制系统称为无差调节系统，余差不为零的过程控制系统称为有差调节系统。 (4)过渡时间（调节时间）（快速性指标） 过渡时间是指从干扰发生时刻起到系统建立新的平衡状态止所经历的时间。即从扰动开始到被调量进入新稳态值的5%（或2%）范围内所需时间。 (5) 振荡周期或频率（快速性指标） 过渡过程的振荡周期或频率也可以作为衡量控制系统快速性的一个指标。 过渡过程中同向两个波峰之间的时间间隔叫振荡周期，其倒数称为振荡频率。一般希望振荡周期短一些为好。 这些性能指标在不同的控制系统中各有侧重，在实际应种种应该根据情况进行选择、设计。 1.5 过程控制系统设计概述 过程控制系统设计的主要任务是在认真熟悉工

10、艺过程的基础上，确定合理可行的控制方案，正确选择参数检测方法及测控仪表与装置，最后完成调节器参数的整定工作。 第二章 2.1 过程建模的基本概念 定义：是描述被控过程在输入（控制输入，扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 2.1.2 被控过程的动态特性 依据过程特性的不同分为 （1）有自衡过程和无自衡过程 当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或无控制装置的干预下，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。 （2）单容过程与多容过程 工业生产过程一般都具有储存物料或能量的能力，其储存能力的大小称为容量。 单容过

11、程只有一个储存容积的过程。 多容过程被控过程由多个容积组成。 2. 工业过程动态特性的特点 系统相对较为复杂;时间常数及时延大;具有非线性、分布参数;具有时变特性;被控对象大多属慢变过程 流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控对象内部的物质或能量 流出量：从对象内部流出的物质或能量。与之相关的基本关系是能量与物质的平衡关系。 2.1.3 被控过程数学模型的建立方法 建立被控过程数学模型的方法主要有三种，分别是机理法、实验法、机理法与实验法相结合的混合法。 2.2 机理法建模 机理法建模的基本步骤： (1)根据建模过程和模型使用目的进行合理假设; (2)明确过程的输出变量、输入变量和其他中间变量； (3)依据过程的内在机理和有关定理、定律以及公式列写静态方程或动态方程； (4)消去中间变量，求取输入、输出变量的微分方程或传递函数； (5)在满足控制工程要求的前提下，对数学模型进行必要的简化。 2.3 实验法建模 响应曲线法： 通过操作调节阀，使被控过程的控制输入产生一阶跃变化或方波变化，得