过程控制系统基本概念重点分析.ppt

下篇 过程控制 过程控制一般是指冶金、石油、化工、电力、轻工、建材等工业部门生产过程的自动化，即通过采用各种自动化仪表、电子计算机等自动化技术工具，对生产过程中某些物理参数进行自动检测、监督和控制，以保证现代企业安全、优质、低耗和高效益生产。 第十章 过程控制系统基本概念 第一节 过程控制系统的组成与分类 第二节 过程控制系统过渡过程和品质指标 第三节 被控对象特性 第四节 被控过程的数学模型 第一节 过程控制系统的组成与分类 一、过程控制系统 自动控制：就是在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(控制装置)，使机器、设备或生产过程(控制对象)的某个工作状态或参数(被控量)按照预定的规律自动地运行。 自动控制系统(Automatic Control Systems )：是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。 过程控制系统(Process Control Systems )：以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。 二、过程控制系统组成 对象：被控制的装置或设备，其输出即为被控量； 检测元件及变送器：检测元件的功能是感受并测出被控量的大小，变送器的作用则是检测元件测出的被控量变换成控制器所需要的信号形式； 控制器：它将检测元件或变送器送来的信号与被控变量的设定值信号进行比较得出偏差信号，根据这个偏差信号的大小按一定的运算规律计算控制信号u，然后将控制信号传送给执行器。 执行器：其作用是接受控制器发出的控制信号u，直接改变操纵量q(例如电流、重油、煤气等的量)，即调整能量或物料的平衡，使被控量回复至设定数值。 三、控制系统的工程表示 自动控制系统有两种表示方法，即方框图与工艺控制流程图(或称管道仪表流程图)【需遵循 “GB/T 2625-1981 过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号” 或其它行业标准】。 四、过程控制系统的分类 自动控制系统有多种分类方法，可以按被控量分类，例如温度控制系统、流量控制系统等；也可以按控制器的控制作用来分类，例如比例控制系统、比例积分控制系统等。 为了便于分析自动控制系统的性质，可将控制系统按设定值形式的不同分为三类，即定值控制系统、程序控制系统与随动控制系统 。 第二节过程控制系统过渡过程和品质指标 一、静态与动态 在自动控制中，把被控量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态。 在生产过程中，扰动是客观存在，且是不可避免的，因此了解系统的静态是必要的，但是了解系统的动态更为重要。 二、自动控制系统的过渡过程 系统无时无刻都受到干扰，其结果是系统一直处于变动之中，即处于动态。当然在某个时刻可看作是稳定的，即处于静态。从一个静态到另一个静态所经历的过程称为过渡过程。过渡过程具有以下几种形式： 三、控制系统的品质指标 控制系统性能指标是根据系统在零初使条件(输出量和输入量的各阶导数为0)下的单位阶跃响应曲线计算得到的。 实际控制系统的瞬态响应曲线不同，其性能指标定义也不一样。因为衰减振荡是一种比较好的响应曲线，故以下针对衰减振荡过程进行介绍【注意，有的过程不允许出现振荡】。 性能指标定义(衰减振荡) 阶跃扰动作用时过渡品质指标示意图(衰减振荡) (一)衰减比n= B∶B’ 减比表示振荡过程的衰减程度，是衡量过渡过程稳定性的动态指标，它等于被控量产生周期性振荡前后两个峰值比；在图中，衰减比就是B∶B’，习惯上表示为n∶1。 如果n = 1，则表示过渡过程曲线不衰减，呈等幅振荡；假如n只比1稍大一点。说明过渡过程的衰减程度很小，它与等幅振荡过程接近，由于振荡过于频繁不够安全，一般不采用；如果n1，则就是发散振荡；如果n1，则接近非周期衰减(或单调过程)，这都不是生产上所欢迎的。 通常以n = 4～10为宜。 (二)最大偏差A=B+C 最大偏差又称短时偏差，是指受控变量第一个波峰值与设定值之差；它表示了偏离设定值的程度（衡量）是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。 (1)偏差愈大，时间越长，离生产状态愈远。 (2)工艺不希望，甚至引起生产事故。 (三)余差C＝e(∞)＝r－y(∞) 余差C是控制系统过渡过程终了时设定值与被控变量稳态值之差，又称长时偏差。 它是反映控制精确度的一个稳态指标，值越小，精度越高。在实际控制过程中，余差的大小只要能满足生产工艺要求就可以了。 (四)稳定时间ts 从阶跃扰动开始作用起至被控量又建立新的平衡状态止，这一段时间叫做稳定时间(或称过渡时间)。 工程上规定当被控量达到稳定值的±5%(或±2%)的范围内时，就认为被控量已经达到了稳定值。按这个规定，稳定时间就