浙大工业过程控制绪论

2023/2/111教学要求了解控制系统的设计目的，掌握控制系统方块图描述法掌握过程对象的建模方法掌握PID类常规控制策略，能够结合具体的工业过程设计合理的控制方案掌握控制系统的分析方法了解先进控制算法，掌握其设计思想、概念、特点及适用场合第1页/共20页第一页，共21页。2023/2/112课程考核与参考资料考核：平时成绩50%，包括出勤、平时练习、综合练习等；期末考试（闭卷）50%主要参考资料：

1、王树青等编著，工业过程控制工程.北京：化学工业出版社，2002.12

2、金以慧主编，过程控制.北京：清华大学出版社，1993.04答疑：周一下午2:30-5:00;地点：工控所老楼403（助教：覃旭松）第2页/共20页第二页，共21页。2023/2/113本章要求了解控制系统的设计目的结合具体对象，掌握单回路控制系统的方块图描述法，并掌握方块图中线与方框图的物理意义掌握过程控制中的常用术语（中英文）了解控制系统的主要分类与设计过程能够结合具体对象，了解控制系统的组成第3页/共20页第三页，共21页。2023/2/114控制系统的由来传感测量器：液位计+人眼控制器：大脑执行机构：手+手动阀差压传感变送器电动调节器自动调节阀第4页/共20页第四页，共21页。2023/2/115液位控制系统的组成与方块图问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理意义与单位，以及每一个方块所表示的意义？第5页/共20页第五页，共21页。2023/2/116热交换器的温度控制系统第6页/共20页第六页，共21页。2023/2/117热交换器温度控制系统方块图第7页/共20页第七页，共21页。2023/2/118一般的单回路控制系统被控变量：温度、压力、流量、液位或料位、成分与物性等六大参数；第8页/共20页第八页，共21页。2023/2/119过程控制系统的重要术语被控变量/受控变量/过程变量

（ControlledVariable-CV,ProcessVariable-PV）设定值/给定值

(Setpoint-SP,SetpointValue-SV)操纵变量/操作变量(ManipulatedVariable,MV)扰动/扰动变量

(DisturbanceVariable,DV)对控制器而言，测量/测量信号(Measurement)，控制/控制信号/控制变量（ControlVariable）第9页/共20页第九页，共21页。2023/2/1110控制系统的目标过程控制系统的目标： 在扰动存在的情况下，通过调节操纵变量使被控变量保持在其设定值。应用过程控制系统的主要原因：

（1）安全性：确保生产过程中人身与设备的安全，保护或减少生产过程对环境的影响； （2）稳定性：确保产品质量与产量的长期稳定，以抑制各种外部干扰； （3）经济性：实现效益最大化或成本最小化。第10页/共20页第十页，共21页。2023/2/1111控制系统的分类定值控制（RegulatoryControl,“调节控制”）与伺服控制（ServoControl,“跟踪控制”） 对照举例：连续过程与间歇过程（BatchProcesses）或飞行控制。前馈控制（FeedforwardControl）与反馈控制（FeedbackControl）

对照举例：热交换器的出口温度控制。第11页/共20页第十一页，共21页。2023/2/1112前馈与反馈控制系统举例第12页/共20页第十二页，共21页。2023/2/1113控制系统的分类（续）开关量控制（SwitchControl）与连续量控制（ContinuousControl） 举例：空调器的控制连续时间控制（Continuous-TimeControl）与离散时间控制（Discrete-TimeControl,也称“采样控制”/“数字控制”）

举例：计算机控制系统多变量控制与单变量多回路控制线性控制与非线性控制等第13页/共20页第十三页，共21页。2023/2/1114控制系统的设计与实施确定控制目标：依据生产过程安全性、经济性与稳定性的要求，针对具体工业对象确定控制目标；选择被控变量：选择与控制目标直接或间接相关的可测量参数作为控制系统的被控变量；选择操作变量：从所有可操作变量中选择合适的操作变量，要求对被控变量的调节作用尽可能大而快；确定控制方案：当被控变量与操作变量多于1个时，既可以直接用MIMO（多输入多输出）控制方案；也可以将系统分解成几个SISO（单输入单输出）子系统再进行设计（当然这里存在最佳分解问题）。第14页/共20页第十四页，共21页。2023/2/1115控制系统的设计与实施（续）调节阀的选择：根据被控变量与操作变量的工艺条件及对象特性，选择合适大小与流量特性的调节阀；控制算法的选择：依据控制方案选择合适的控制算法。通常对于SISO系统，PID控制算法能满足大部分情况；而对于MIMO系统，可采用的控制算法很多，但一般都需要对象模型，仅适用于计算机控制系统。控制系统的调试和投用：控制系统安装完毕后，按控制要求检查和调整各控制仪表和设备的工作状况(包括控制器参数的在线整定)，依次将其投入运行。第15页/共20页第十五页，共21页。2023/2/1116举例：精馏塔控制系统控制目标CV、MV选择控制系统调试与投用控制方案控制算法第16页/共20页第十六页，共21页。2023/2/1117常用控制算法PID类（包括：单回路PID、串级、前馈、均匀、比值、分程、选择或超驰控制等）， 特点：主要适用于SISO系统、基本上不需要对象的动态模型、结构简单、在线调整方便。APC类（先进控制方法，包括：解耦控制、内模控制、预测控制、自适应控制等）， 特点：主要适用于MIMO或大纯滞后SISO系统、需要动态模型、结构复杂、在线计算量大。第17页/共20页第十七页，共21页。2023/2/1118过程控制与其它相关学科第18页/共20页第十八页，共21页。2023/2/1119习题p.18,习题2-4第19页/共20页第十九页，共21页。2023/2/11课件20感谢您的观看！第20页/共20页第二十页，共21页。内容总结2021/12/27。掌握PID类常规控制策略，能够结合具体的工业过程设计合理的控制方案。了解先进控制算法，掌握其设计思