厉玉鸣《化工仪表及自动化》课件第七章 自动控制系统概述.ppt

1、化学仪表和自动化，第7章自动控制系统概述，内容摘要，构成自动控制系统的块信号和变量自动控制系统块图表反馈自动控制系统的分类切换过程和质量指标控制系统的静态和动态，1，内容摘要，控制系统的切换过程控制系统的控制指标影响控制指标的主要因素，第2，第1节自动控制系统的组成，3，图7-1 表7-1测量变量和仪表功能的字符代码，5在自动控制系统中，需要工艺参数控制的生产设备、机器、管道或设备的一部分称为控制对象(对象)。为了选择控制系统中的对象，第6，2节自动控制系统中的块图表，1，包含信号和变量以及变量信息的物理变量是信号。输入变量输出变量输入大部分输出系统，第7，2节自动控制系统的块图表，图7-4简

2、单水槽，第8，2节自动控制系统的块图表，第2节自动控制系统的块图，通常用块图表示控制系统的构造，以便在研究自动控制系统时便于系统分析研究。以下页面图将液晶自动控制系统的各个部分构成系统的部分称为“环”。两个框之间用带箭头的线表示信号的相互关系，箭头指向框作为牙齿部分的输入，箭头离开框作为牙齿部分的输出显示。线旁边的字表示交互信号。9，在方块图中，x表示设定值。z表示输出信号。e表示偏差信号。p表示发出信号。q表示材料流信号。y表示受控变量。f是指扰动作用。如果x取正值，z取负值，则e=x- z，负反馈；x正、z正、e=x z、正反馈。第2节自动控制系统的块图表，图7-6自动控制系统块图表，第1

3、0，2节自动控制系统的块图表，其他控制系统可以用相同格式的区域框图表示徐璐其他控制系统。如果供应流量或温度变化等因素导致出口材料温度变化，则可以测量温度变化，然后将其发送到温度控制器TC。温度控制器的输出被传送到控制阀，改变加热蒸汽量，保持出口材料的温度。11，图7-7是蒸汽加热器温度控制系统、双节自动控制系统的框图，为了便于分析，有时将控制对象、测量元素和发射器、控制阀等控制器以外的所有部分一起处理。这称为一般化目标。这样，整个系统既可以由控制器配置，也可以由常规对象配置。12，2节自动控制系统的块图表，3，反馈，自动控制系统是闭环系统。是因为反馈的存在。13，2节自动控制系统的块图表、单位

4、反馈系统、14，2节自动控制系统的块图表、15，2节自动控制系统的块图表、4，自动控制系统的分类分类为控制变量(例如温度、压力等控制系统)。按控制器所具有的控制规律分类：比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等。根据控制系统在工艺过程中需要控制的控制变量的指定值是否更改以及如何更改，可以将自动控制系统分为值控制系统、后续控制系统和节目控制系统三个茄子类别。16，第三分类方法最常用，第二部分自动控制系统的框图，“指定值”是一定给定值的缩写。在工艺生产中，如果控制系统的作用要求控制的工艺参数，或控制变量的指定值不变，则应采用值控制系统。，17，1。值控制方法，2 .遵循控制系统(自动跟踪系统)，随

5、机更改指定值。牙齿系统的目的是确保受控的工艺参数值准确快速地跟随给定值的变化。第2节自动控制系统的块图表，3 .过程控制系统(顺序控制系统)，改变给定值，但是已知的时间函数，即生产技术规格，必须按照一定的时间程序变更。这种系统在间歇生产过程中的应用比较普通。18，第3节切换过程和质量指标，1，控制系统的静态和动态，19，自动控制目的，静态控制变量不随时间变化的平衡状态(变化率为0，不是静止)。第3节切换过程和质量指标、自动控制系统的输入(给定和干扰)和输出恒定时，整个系统处于相对稳定的平衡状态。系统中的每个组件(如发射器、控制器和控制阀)不改变原始状态，输出信号也相对静止。牙齿状态是静态的。2

6、0，第3节切换过程和质量指标，21，动态控制变量是随时间变化的不平衡状态。干扰破坏静态平衡，控制，直到系统重新建立平衡，在牙齿期间，整个系统的所有部分和信号波动的状态称为动力学。(动态、动态、动态、动态、动态、动态、动态、动态)，结论：自动化工作需要理解系统的静态，但理解系统的动态更重要。在生产过程中，干涉客观存在，不可避免，因此必须通过自动化装置持续施加控制作用，以对抗或抵消干涉作用的影响，使受控变量保持在工艺生产所需的受控技术指标上。(威廉莎士比亚，温斯顿，生产名言) (威廉莎士比亚，温斯顿，生产名言) (威廉莎士比亚，温斯顿，生产名言)，第3节切换流程和质量指标，第二，控制系统中的切换流

7、程系统从一种平衡状态转换到另一种平衡状态的过程。22，干扰作用于对象时，系统输出Y发生变化，根据系统负反馈作用，系统在一段时间后重新恢复平衡。第3节切换过程和质量指标，切换期间控制变量随时间变化。受控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干涉形式。生产中发生的干涉没有固定的形式，大部分是随机的性质。分析和设计控制系统时，为了安全和方便，选择了经常使用阶段干涉的结构化干涉形式。23，3节切换过程和质量指标，阶段干涉的优点：这种形式的干涉对突然、危险和受控变量的影响最大。如果控制系统能有效地克服这种类型的干扰，就能很好地克服比较缓和的干扰。这种干涉的形式简单，易于实现，易于分析、实验和计算。2

8、4，图7-12阶段干扰作用，三节切换过程和质量指标，自动控制系统在阶段干扰作用下切换过程的四个茄子形式，25，三节切换过程和质量指标，3，控制系统的控制指标，26，大多数情况下，希望衰减振动过程。控制指标有两个茄子主要类别。一个是时间域的单一指标，另一个是时间域的综合指标。控制系统的切换过程是质量测量的基础。第3节切换过程和质量指标，1 .时间域中的各种单个指标假定自动控制系统在步骤输入下控制变量的变化曲线如下图所示。这是属于衰减振动的切换过程。图7-14切换过程质量指标图表，27，第3节切换过程和质量指标，28，5茄子重要质量衰减振动中最大偏差是第一波的峰值。特别是化学反应器的化合物爆炸限制

9、、催化烧结温度限制等限制的某些系统，最大偏差的允许值受到限制。a过量也可以用于表示受控变量偏离给定值的程度。BC，第3节切换程序和质量指标，(2)阻尼比B:B阻尼比是前后两个峰值的比率，即阻尼度的指标。习惯用n:1表示，通常N在410之间为宜。5茄子重要质量指标中的2，29，3节切换过程和质量指标，5茄子重要质量指标中的3 (3)其余C切换过程结束时。控制变量实现的新稳定值和给定值之间的偏差称为余差。或余差是切换过程结束时的剩余偏差。充裕的控制过程称为差异调整，该系统称为差异系统。相反，这是不分青红皂白的调节和无车系统。30，3节切换过程和质量指标，5茄子主要质量指标中的4 (4)切换时间是从

10、干扰发生到系统重新平衡为止切换过程经历的时间称为切换时间。一般规定了稳态值的上、下、小范围，当控制变量进入该范围不再偏离时，控制变量已达到新的稳态值或切换过程结束。牙齿范围通常设置为正常状态值(也有一些规定)。31，3节切换过程和质量指标，5茄子重要质量指标中的5 (5)振动周期或频率切换过程和两峰(或波谷)之间的间隔称为振动周期或工作周期，其倒数称为振动频率。如果阻尼比相同，周期与切换时间成正比，一般希望振动周期缩短。图32，3节切换过程和质量指标，33，图7-15温度控制系统切换过程曲线，3节切换过程和质量指标，最大偏差A230-20030多阶C205-200。第一波峰值B230-2052

11、5振动周期是两峰之间的时间间隔，因此，周期T20-515(min)，34，第三切换过程和质量指标，分析：切换时间假定指定的控制变量限制范围大小，控制变量进入额定值2，则可以认为切换过程结束，限制范围为200。因此，如图所示，切换时间为22min。35，3节切换过程和质量指标，2。时间区域的综合指标，综合指标经常用偏差的部分函数对时间的积分值来表示。考虑最大偏差、超出量、阻尼比、切换时间等各个方面。在转换过程中，以偏差e表示控制变量和新正常状态值之间的差异。例如e(t)=y(t)-y()。36，section 3切换过程和质量指标，三个茄子综合指标，绝对值对时间积分，简称IAE，使用绝对值来避免

12、正负积分面积消失的现象。37，部分iii切换过程和质量指标，偏差绝对值和时间乘积的时间积分，总之是ITAE，对后期偏差值增加权重，因此对消除偏差所需的时间更敏感。38，3子句切换过程和质量指标，偏差平方值对时间的积分，简单地用ISE表示，利用平方值，可以避免正负偏差积分的消亡。比IAE对最大偏差值更敏感。39，第3节切换流程和质量指标，4，影响控制指标的主要因素，40，自动控制系统可以概括为两个茄子主要部分：工艺流程部分(控制对象)和自动化设备部分。前者是指与牙齿自动控制系统相关的部分。后者是自动控制所需的自动化仪表设备，通常由测量和传输设备、控制器、执行器等三部分组成。，第iii节切换过程和

13、质量指标，对于自动控制系统，切换过程质量的好坏在很大程度上取决于对象的性质。例如，在上述温度控制系统中，属于对象特性的主要因素是换热器负载大小、换热器结构、尺寸、材质等，以及换热器内的传热、冷却和缩放程度。徐璐其他自动化系统需要具体分析。41，示例分析，1 .图7-16显示了水箱的液位控制系统。请绘制表示系统的控制对象、控制变量和操作变量是什么的方框图。简述了工作过程，说明了带浮子和塞子的杠杆装置的系统功能。图7-16坦克等级控制系统，42，问题分析，解决：如图7-17所示的块图表。系统水箱中的水的水平是受控变量。流入流是操纵变量。水箱是控制对象。带有浮球和塞子的杠杆装置在系统中具有测量和调节功能。过程如下。水箱的水位受到扰动变化，浮球上下移动，通过杠杆装置移动塞子，改变流入量，克服扰动对水位的影响。例如，由于扰动，水位上升时，浮球上升，塞子向上移动，减少流入量，降低水位。43，