08化工本教案1.ppt

工业仪表及自动化 孟庆建 1 自动控制系统概述 自动化及仪表发展状况 自动控制系统 自动控制系统的过渡过程及品质指标 1.1 自动化及仪表发展状况 所谓生产过程自动化是指在工业生产过程中配置一些由仪表和机械装置所构成的自动化装置来代替部分人的直接劳动，使生产不同程度地自动地进行。 自动化发展的两个特点： 1、任务的需要、理论的开拓、 技术手段的进展 2、一门综合性的技术 控制理论 20世纪40年代开始形成控制理论 经典控制，PID控制规律，80-90% Nyquist(1932)频率域分析技术和稳定性判据 Bode(1945)Bod图 Evans(1948)根轨迹分析方法 现代控制 状态空间技术: 极小值原理（Pontryagin,1962）、 动态规划（Belman,1963） 大系统理论（1970） 大系统理论是在控制论、信息论、运筹学、经济学的基础上形成的综合性理论。所要研究的问题，主要是大系统的最优化，就是按照整个系统的最优化指标和整个系统与各子系统之间的关系以及各子系统之间的关系，最优地分配各子系统的指标，并以此控制各子系统，使整个系统最优。另外，还有大系统建模、仿真、分析，大系统的信息传递、处理以及系统状态的估计的研究等。 智能控制理论（80年代后） 模糊控制、神经网络控制、专家控制 遗传算法、灰色理论 自动化的主要内容 实现生产过程自动化，一般要包括 自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容 。 自动检测系统 利用各种检测仪器对主要工艺参数进行指示或记录，“了解”生产的任务 。 自动信号和连锁保护系统 对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。当工艺参数超过了允许范围，系统自动地发出声光报警信号，以提示及时采取措施。 自动操纵及自动开停车系统 根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。 自动调节系统 对生产中某些关键性参数进行自动调节，使它们在受到干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地调回到规定的的数值范围内。 控制系统与控制工程 四个阶段： 50年代—基地式仪表（控制系统） 主要是单回路控制系统 60年代—单元组合仪表，电动、气动 PID控制和复杂控制 （串级、比值、前馈、均匀、选择等） 70年代—计算机控制 DDC（Direct Digital Control) DCS(Distributed Control System) PID控制及高级算法 80年代—多级优化控制 CIMS (Computer Integrated Manufacturing System) CIPS (Computer Integrated Process System) FCS (Fieldbus Control System) 1.2　自动控制系统 自动控制系统的组成 自动控制系统的方框图 自动控制系统的分类 1.2.1 自动控制系统的组成 1.2.1 自动控制系统的组成 手 动 调 节 过 程 1.2.1 自动控制系统的组成 手 动 调 节 过 程 1.2.1 自动控制系统的组成 自 动 调 节 过 程 1.2.1 自动控制系统的组成 测量元件及变送器：将某一物理量（如：液位、流量、压力、压差或温度等）转变成可利用信号。（变送器）将该信号转变成标准信号。 调节器：根据变送器信号和工艺需求，算出偏差，经过某种运算发出控制信息。 执行器：根据调节器的控制信息，改变阀门开度。 调节对象 几个术语 1、被控变量：工艺上所要求控制的参数，如　　　　　　　液位。 2、设定值：工艺上所要求的被控变量的规定　　　　　　值或所对应的信号。 3、操纵变量：为使被控变量保持在设定值范　　　　　　围内所要调节的参数，如出液量。 4、扰动：影响被控变量使之偏离设定值的因　　　　　素，如进液量。 　5、偏差：设定值与测量值之差。 1.2.2自动控制系统的方框图 1.2.3自动控制系统的分类 按设定值的变化分类(最常见) ： 　定值调节系统、随动调节系统、程序控制调节系统 1.3　过渡过程及品质指标 静态：被控变量不随时间发生变化的平衡状态。 动态：被控变量随时间发生变化的不平衡状态。 过渡过程的形式 发散振荡过程、单调发散过程、等幅振荡过程、衰减振荡过程、单调衰减过程 过渡过程的品质指标 衰减比 最大偏差 余差 回复时间 振荡周期和振荡频率 衰减比