化工自动化及仪表第1章研讨.ppt

1.2.4 自动控制系统的分类 按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类: 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 定值控制系统 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。 1.2.4 自动控制系统的分类 随动控制系统 设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。 程序控制系统 设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化 课堂作业： 下图为直接蒸汽加热器的工艺流程图，要求画出以热物料的出口温度为被控变量，蒸汽流量为操纵变量的带检测控制点的工艺流程图，指明该控制系统中的被控变量、操纵变量、过程以及主要扰动，画出该控制方案的方块图， 蒸汽加热器 1.3自动控制系统的过渡过程及品质指标 1.3.1静态与动态 控制系统的输入有设定作用和扰动作用。 静态（定态）：当输入恒定不变时，整个系统若能建立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称为系统的静态特性。 环节的静态特性 蒸汽 汽包 省煤器 给水 锅炉汽包自动控制系统示意图 动态：由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关系称为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经过控制直到再建立静态，在这段时间中，整个系统的各个环节和变量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 环节的动态特性 蒸汽 汽包 省煤器 给水 锅炉汽包自动控制系统示意图 1.3.2自动控制系统的过渡过程 当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过程称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态(静态)过渡到另一个平衡状态（静态）的过程。 所有正常工作的反馈系统都是稳定系统,对于一个稳定的系统,要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。 定值控制系统过渡过程的形式(阶跃扰动) 发散振荡 单调发散 等幅振荡 衰减振荡 单调衰减 稳定的过渡过程 最常用 单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程） 稳定性、准确性和快速性 1.3.3 自动控制系统的品质指标 综合控制指标 最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量，是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。 对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变量第一个振荡波的峰值与设定值之差。 在上图中，最大偏差就是第一个波的峰值。为A （1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ） 稳态特性 C t y B B’ A 0 y(∞) 最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。若偏差越大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有所限制。 　　同时考虑到干扰会不断出现，当第一个干扰还未清除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，所以要限制最大偏差的允许值。因此，在决定最大偏差的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。 在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定值的程度，一般超调量以百分数给出。 A 超调量定义：第一个波的峰值与最终稳态值之差，即B=A-C,如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于超调量。 y t B B’ C 0 衰减比是衡量过渡过程稳定性的动态指标。 定义：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。 （2）衰减比n 衰减比n 稳态特性 C t y B B’ A 0 y(∞) 衰减比n n1:衰减振荡。n越大，则控制系统的稳定度也越高，当n趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近于非振荡过程。 n=1:等幅振荡。 n1:发散振荡。n越小，意味着控制系统的振荡过程越剧烈，稳定度也越低， C t y B B’ A 0 根据实际操作经验，为保持足够的稳定裕度，一般希望过渡过程有两个波左右，与此对应的衰减比在4:1到10:1的范围内。 衰减率： 衰减比4:1——衰减率0.75 衰减比10:1——衰减率0.90 C t y B B’ A 0 稳态特性 （3）余差 定义：控制系统过渡过程终了时设定值与被控变量稳态值之差。 余差是反映控制准确性的一个重要稳态指标，一般希望其为零，或不超过预定的范围。 上图中， 在控制系统中，对余差的要求取决于生产过程的要求，并不是越小越好。例如储槽液位，余差可大一些；化学反应器的温度控制要求高，余差就要小一些。 稳态特性 C t y B B’ A 0 y(∞) （4）回复时间（过渡