自动化控制与仪表第一章概述

过程控制仪表及装置2008-2009第一学期

课程目的本次课程的学习需要掌握以下内容控制策略仪表选型面向实际应用的技术性课程

课程特点课程内容涵面广自动控制原理检测技术控制仪表及装置过程计算机控制化工过程控制工程集散控制系统内容以叙述性为主，理论推导较少第一章自动控制系统概述过程控制系统的发展状况及特点生产过程自动控制

自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。生产过程自动控制（简称过程控制）是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。过程控制系统的发展状况及特点过程控制系统发展状况20世纪40年代手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程。20世纪40年代末～50年代过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统自动化仪表：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ

型和电动Ⅰ型）；控制理论：以反馈为中心的经典控制理论过程控制系统的发展状况及特点20世纪60年代：过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型）成为主流产品。60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制理论为基本特征的现代控制理论,传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出系统领域。控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。模糊控制、专家系统控制20世纪70～80年代过程控制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、模糊控制自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器(PLC)、工业PC机、和数字控制器等，已成为控制装置的主流。过程控制系统的发展状况及特点过程控制系统的发展状况及特点控制理论：人工智能、神经网络控制20世纪90年代至今：信息技术飞速发展过程控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。自动化仪表：总线控制系统的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪过程控制系统的发展状况及特点过程控制系统特点生产过程的连续性

在过程控制系统中，大多数被控过程都是以长期的或间歇形式运行，在密闭的设备中被控变量不断的受到各种扰动的影响。被控过程的复杂性过程控制涉及范围广，被控对象较复杂

控制方案的多样性

过程控制系统的控制方案非常丰富过程控制系统实例-锅炉汽包水位控制过程控制系统的组成过程控制系统检测元件（装置）控制器执行器（装置）检测被控制的物理量将设定值与测量信号进行比较，求出它们之间的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计算并将计算结果作为控制信号送给执行装置作用是接受控制器的控制信号，直接推动被控对象，使被控变量发生变化过程控制系统的两种表示形式方框图方框、信号线、比较点、引出点组成控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的图解表示带有输入输出信号的方框比较点分支点

绘制方框图注意事项过程控制系统的表示形式通过测量变送装置将被控变量的测量值送回到系统的输入端反馈负反馈正反馈过程控制系统的主要类型闭环控制系统指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的控制系统。

闭环控制系统的优点：

不管任何扰动引起被控变量偏离设定值，都会产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差。

闭环控制系统的缺点：

由于闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产生，当系统的惯性滞后和纯滞后较大时，控制作用对扰动的克服不及时，从而使其控制质量大大降低。过程控制系统的主要类型闭环控制系统分类根据设定值分为定值控制系统，随动控制系统和程序控制系统。定值控制系统特点：设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。

作用：克服扰动的影响，使被控变量保持在工艺要求的数值上过程控制系统的主要类型随动控制系统特点：设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。放大器被测电压ut可逆电机指示记录仪滑线电阻Eup

作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化自动平衡电位差计的方框图

过程控制系统的主要类型程序控制系统特点：设定值是变化的，且按一定时间程序变化的时间函数程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情况，其分析研究方法与随动控制系统相同。

作用：以一定的精度跟随设定值的变化而变化过程控制系统的过渡过程静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态动态：被控变量随时间而变化的不平衡状态在阶跃信号作用下，被控变量随时间的变化有以下几种形式ytt①yt②yt③yt④yt⑤1.发散振荡过程——曲线①所示5.非振荡发散过程——曲线⑤所示3.等幅振荡过程——曲线③所示4.衰减振荡过程——曲线④所示2.非振荡衰减过程——曲线②所示过程控制系统的过渡过程的几种形式过程控制系统的性能指标及要求常见典型信号

阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。

阶跃信号A

0t≥0

t<0数学表达式为：