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1、，过程控制系统，第1章引言，第2章单回路控制系统，第3章串级控制系统，过程控制的目的：使过程中的相关参数保持在一定的值或按照一定的规律变化。过程控制的特点如下：1 .空对象的多样性；2.滞后的普遍存在；3.这些特征通常是非线性的；4.控制系统很复杂。通过数字或模拟控制对生产过程的一个或一些物理参数的自动控制称为过程控制。1.过程控制的概念，第1章引言，第2节。过程控制的特点，1-1典型单回路控制系统，3。系统组成，1。控制原理(如下图所示)，以储液罐的水位控制为例。液位变送器、液位控制器和执行器；2.系统框图；3.主要组成部分；(1)受控对象：生产过程中受控的工艺设备或装置。(2)检测和传输单

2、元；(3)控制器：被控系统的实时控制。(4)执行器：放大控制信号，驱动控制阀。有两种常见类型：气动和电动。(5)控制阀：控制进料速度。空气开启和空气关闭是有区别的。1.受控对象(简称对象或过程):2。受控参数：根据生产过程的要求，一些变量应该保持在一个稳定的变化范围内，如果它们是受控的，就称为受控参数。例如温度、压力、流量、液位、成分等。常用术语：影响受控量的各种效应称为干扰或干扰。将内部干扰和外部干扰分开。(内部干扰，如原材料成分的变化等。)4。控制参数：即调节介质。如储水罐水位控制系统的供水。5.测量值：被控变量是检测和传输后的测量值。6.设定值：受控变量的设定值。7.偏差值：准确地说，应

3、该是控制量的给定值和实际值之间的差值。但可以直接获得的信号是被控量的测量值，所以给定值和测量值之间的差值通常称为偏差。8.调节器输出：根据偏差值通过某种算法获得的输出值。调节器输出也称为控制功能。3。干扰：与常规控制系统和计算机控制系统。1.一般分类；1.按工艺参数分类：温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、成分控制系统、料位控制系统等。2.根据系统任务，有比例控制、均匀控制、前馈控制等。3.根据不同的自动化设备进行分类：5。过程控制系统的分类；5.根据是否形成闭环进行分类，这是工业生产过程中应用最广泛的过程控制系统。运行时，系统控制量的给定值不变。有时，根据生产工艺要求，控制量的给定值在

4、规定的小范围内波动。2。按设定值形式分类，4。根据控制器动作分类：是，1。定值控制系统、P、PI、PID、位型、开环、闭环、2、伺服控制系统，其给定值根据预定的时间程序而变化。例如，在机械工业退火炉的温度控制系统中，给定值根据加热、保温和连续冷却的过程而改变。有许多家用电器使用固定价值控制系统，如电脑控制的洗衣机和电饭煲。是一种控制系统，其中受控变量的给定值随时间任意变化。它的主要功能是克服所有干扰，使被控变量随时跟踪给定值。3。程序控制系统。衰减比n:衰减比是控制系统的稳定性指标。它是同一方向上两个相邻峰值的振幅之比。也就是说，n=B1/B2 n=1、恒定振幅振荡、n1、衰减振荡和n的无穷大

5、是非周期性过程。一般认为n=4:1时稳定性较好，但温度的缓慢变化过程约为1033601，应根据情况灵活处理它是每个周期后波动幅度衰减的百分比，即：6控制系统质量指标，2过冲和最大动态偏差：在伺服控制系统中，过冲定义为：最大动态偏差A用于表示定值控制系统中的过冲程度。即：3残差：它是控制系统的最终稳态偏差e()。在阶跃输入的作用下，稳态误差为：在常值控制系统中，r=0，因此存在e()=-C.剩余误差是控制系统稳态精度的一个指标。4、恢复时间和振荡频率：从过渡过程开始到被控变量稳态值的5%或2%的时间被视为过渡过程的恢复时间Ts(稳定时间)。响应时间是控制系统快速性的一个指标。振荡频率与振荡周期t

6、的关系是：在相同的衰减比n下，振荡频率越高，恢复时间越短；在相同的振荡频率下，衰减比越大，恢复时间越短。偏差程度：控制系统的偏差程度是对受控变量统计特性的描述。在相同的干扰下，定值控制系统输出的最大偏差越大，系统的偏差越大；在相同的衰减比下，系统的输出周期越大，系统的偏差程度越大。第二章：单回路控制系统。1.典型示例：参见下图。1.系统的基本结构。单回路控制系统也称为简单控制系统。虽然简单，但它被广泛使用；过程控制的基本概念主要建立在本章。因此，这一章的内容无疑是重点之一。2-1概述，液位变送器，液位控制器，致动器，2。系统框图、3。最简单和最基本的特征；应用最为广泛和成熟。它是各种复杂控制系

7、统设计和参数整定的基础。它适用于滞后时间少、负载和干扰小、控制质量要求低的被控对象。1.受控参数(即受控量)的选择，1。选择的意义，2。受控参数和控制参数的选择。选择方法，(1)选择直接参数可以直接反映生产过程中产品的产量和质量以及安全运行的参数。(例如锅炉汽包的水位控制。)，(2)。当难以选择间接参数作为直接参数时。(例如，利用反应釜的温度控制间接实现化学反应的质量控制。)、3。选择间接参数的原则必须考虑工艺生产的合理性和仪器的现状。间接参数应该与直接参数有某种单值函数关系。间接参数应具有足够的灵敏度。2.控制参数(即控制量)的选择。当生产过程中有许多因素会影响受控参数(量)的变化时，应分析

8、过程扰动通道特性和控制通道特性对控制质量的影响，并正确选择可控性好的变量作为控制量。一般来说，如果期望控制通道克服扰动，它应该有很强的能力使扰动作用点远离被控量，并且它的动态响应应该比扰动通道快。为了突出干扰作用，干扰作用点应远离控制量。示例讨论示例1喷雾奶粉干燥设备的控制。1.控制要求：干燥产品的含水量波动应小。2.受控参数的选择：干燥器3中的温度。控制参数的选择(图中显示了三种方案)。分析表明，风量是最佳选择。在自动控制系统中，接受调节器的指令；它被致动器转换成相应的角位移或线性位移；要操作调节机构，请改变受控对象的能量或材料。0，概述，1。函数，2。作文，2-3行执行者的选择，3。类型，

9、由两部分组成，如右图所示。1.气动薄膜控制阀的工作原理；1.气动隔膜致动器；1.组成：由隔膜、推杆、弹簧等组成。22、调节原理，2、控制阀的流量特性，1、概念，理想(固有)流量特性假设阀前后的压差是恒定的。工作(实际)流量特性。2。类型。(1)。理想的流动特性取决于阀芯曲面的形状。1.线性流量特性(1)定义：控制阀的相对流量与相对开度成线性关系，即(2)特性方程，(2)其他流量特性，(3)特性：适用于开度较大的场合。(注：国产阀门，可控比R=30)，对数特性：当流量小时，控制效果平缓；当流量较大时，控制功能灵敏有效，克服了DC特性的不足。快速开启特性：适用于要求快速开启和关闭的控制系统。抛物线

10、特性：介于线性特性和对数特性之间，弥补了线性特性开度小时控制性能差的缺点。3.控制阀动作模式的选择，无论是打开还是关闭，都取决于生产过程的要求。1.从安全生产出发。考虑确保产品质量。考虑减少原材料和电力的损失。检查介质的特性。(1)选择空气的开闭方式，首先选择空气的开闭方式，然后选择执行机构。(2)执行器正负反应模式的选择、2-4个控制器的选择和积分控制可以消除残余误差，但会降低系统的稳定性。TI越小，稳定性越差。控制参数和控制参数确定后，信号通道建立。根据对象特性和控制质量要求，选择控制器的控制功能来确定控制器的类型。随着控制器放大系数Kc的增加，控制系统的稳定性降低。随着Kc的增加，剩余误

11、差将减小，但不能消除。二是整体控制对控制质量的影响；第一，比例控制对控制质量的影响；第三，差异控制对控制质量的影响；(1)特点：抗干扰能力强，过渡时间短，但有一定差异。(2)适用性：控制信道滞后小，负载变化小，允许控制量在一定范围内变化的系统。引入微分控制后，控制质量将全面提高。差动作用太强，有时会导致控制阀打开和关闭。4.控制器的选择应由对象的特性和技术要求决定。1.压力控制器的选择；2.比例积分控制器的选择；(1)特点：对克服对象的能力滞后有显著效果。(2)适用：负载变化大、容量滞后大、控制质量要求高的系统。(1)特点：过渡过程结束时无残留误差，但系统稳定性降低。(2)适用性：控制系统滞后

12、小，负荷变化小，对控制量无容差。负荷变化大，纯滞后大，不能满足要求时，采用PID控制。4.复杂控制系统；3.PID控制器的选择；5.控制器正负反应的选择。原则：使整个单一回路构成一个负反馈系统产品是负的。1.控制阀：“”用于打开空气，“-”用于关闭空气。2.控制者：积极行动是“”，反应是“-”;3.受控对象：当材料或能量增加时，受控参数先增加到 后减少到-；4.变送器：一般为 ；控制器正反反应选择的判别式是：(控制器)(控制阀)(对象)=-，控制系统运行的重要判据，控制系统框图的几种解释，还有几点：简单控制系统有两个通道：控制通道和扰动通道。框图中的每个信号都是递增的。图中的箭头表示信号的流向

13、，而不是物质流或能量流的方向。每个环节的收益都是积极的和消极的。当链路的输入增加而输出增加时，链路的增益为正，否则，如果输出减少，增益为负。物体的增益是正的和负的，例如，加热的增益如果控制方案已经确定，则过程中每个通道的静态和动态特性已经确定，并且系统的控制质量取决于控制器的每个参数值的设置。控制器的参数整定是为了确定最优过渡过程中控制器的比例带、积分时间t1和微分时间TD的具体值。所谓最优过渡过程是指系统在一定的质量指标下达到最优调节状态。4: 1递减率是最佳参数设置的共同基础。4:1参数调整方法：1。概述，2-5控制器参数整定：对数频率特性法、根轨迹法等。(2)工程设置方法：经验测试法、衰

14、减曲线法、边界比例带法、响应曲线法等。(1)理论设定法，对于单元组合仪表，比例带的概念：工业控制器通常表示比例动作的大小，这意味着：(1)现场经验测试法，(2)稳定边界法(临界比例带法)，这是目前工程中广泛使用的控制器参数设定方法。3.在总结稳定边界法的基础上，经过反复实验，提出了阻尼振荡法(衰减曲线法)。4.响应曲线法(动态特性参数法)，根据物体飞行特性的响应曲线设定参数，具有较高的精度。第三章，串级控制系统，3-1概述，单回路控制系统：它结构简单，但难以适应过程参数之间关系复杂的控制，特别是在现代大规模工业生产中。复杂控制系统：它有两个以上的检测和传输单元，或控制器或执行器，并能完成一些复

15、杂或特殊的任务。串级控制系统在提高控制质量方面具有独特性，因此被广泛应用于过程控制系统中。串级控制系统的组成，以炼油厂管式加热炉出口温度控制为例。(1)采用直接控制方案：如图4-1所示。优点：所有对温度的干扰都包含在控制回路中。缺点：燃油流量变化的干扰控制不及时，总滞后大。(2)采用间接控制方案：如图4-2所示。优点：能及时有效地克服燃油压力的干扰。缺点：燃油控制仅起辅助作用；放弃炉膛出口温度控制无法克服原料流量和温度、炉膛压力变化等的干扰。1。提出问题：加热、测温、回路、加热、流量测量、回路，(1)结构图：结合图4-1和图4-2的方案，得到如图4-4所示的串级控制系统。2.系统组成、加热、流

16、量测量、温度测量、框图：如图4-3所示。(3)特点：两个控制器串联控制一个调节阀。(4)，另一个例子，(5)，通用术语：主要和辅助变量，主要和辅助控制器，主要和辅助对象，主要和辅助发射器，主要和辅助电路等。如图4-5所示。二次干扰和二次干扰，作用在主客体和辅助客体上的干扰分别是一次干扰和二次干扰。图4-5是串级控制系统的总体框图。第三，串级控制系统的工作过程，以管式加热炉出口温度控制为例，分析了克服干扰的过程。1.干扰来自燃油流量。在初始阶段，出口温度不变，温度控制器的输出不变。当出口温度变化时，温度控制器不断改变流量控制器的设定值。干扰来自原油，(1)主变量和辅助变量的变化方向相同，(2)主变量和辅助变量的变化方向相反。从分析可以看出，辅助控制器具有“粗调”功能，主控制器具有“精调”功能；在两者的配合下，控制质量将高于单回路控制系统。出口温度控制器输出流量控制器的设定值。初级和次级扰动