6-项目一学习情境一(任务四)全解.ppt

生产过程控制的设计与运行维护 主讲人：杨润贤 电子信息工程系 项目一 生产过程控制系统 【项目学习目标】 知识目标： （1）了解过程控制系统发展过程、分类 （2）掌握生产过程控制系统的组成、分类、性能指标要求 （3）掌握过程控制系统建模方法 （4）掌握过程控制系统数学模型参数辨识方法 （5）了解过程控制系统种类及特点 （6）掌握集散控制系统体系结构 技能目标： （1）能熟练完成生产过程控制系统的组成、工作原理等分析工作 （2）能熟练完成生产过程控制系统的数学模型建立 （3）能熟练进行生产过程控制系统的数学模型参数辨识 （4）能对生产过程控制系统的调试运行结果进行控制性能指标分析 【项目学习内容】 学习生产过程控制系统基本知识，根据所给项目案例，完成工业用电加热炉温度液位控制系统、水箱液位控制系统的数学模型建立与辨识，为后续项目的进行打好基础。 【项目学习计划】 学习情境一 工业用电加热炉温度、液位控制系统 学习要求：（1）分析工业用电加热炉温度、液位控制系统的控制系统分类（2）分析工业用电加热炉温度、液位控制系统的组成及工作原理（3）建立工业用电加热炉温度、液位控制系统数学模型 电加热炉工业生产过程设计控制系统实现方案 要完成控制，现提出以下基本问题： 1、电加热炉控制系统组成是什么？ 2、电加热炉过程控制属于哪类工业生产过程？ 3、电加热炉控制系统模型是什么？ 过程控制系统的品质，是由组成系统的对象和过程检测控制仪表各环节的特性和系统的结构所决定的。 建立对象的数学模型，对于实现生产过程自动化有着非常重要的意义。 一个过程控制系统的优劣，主要取决于对生产工艺过程的了解和建立对象的数学模型。 在过程控制系统中，对象是指正在运行是多种多样的工艺生产设备。操作人员根据工艺需要，操作这些设备。 不同的生产过程，对象是千差万别的。 有的对象很稳定，操作很容易。 有的对象很复杂，只要稍不小心，就会不符合正常工艺条件，甚至造成生产事故。 因此要实现对对象的操作与控制，必须: 1、深入了解对象特性 2、了解其内在规律 3、学会建立对象数学模型的方法 一、基本概念（什么是控制系统建模） 下页图所示为最简单的过程控制系统方框图。其中： （1）过程检测控制仪表完成系统检测、数据转换功能，是用来实现对被控对象参数（工程量）。 在实际生产过程中， 需要根据对象、生产工艺要求等正确的选用过程检测控制仪表。 （2）调节器 为使控制控制系统运行在最佳状态，对测量变送的标准信号与设定值进行比较运算，针对具体对象的特性与控制要求（即工艺要求），按照某种控制规律选择合适的调节器参数。 （3）执行器 按照调节器输出的控制指令，使用操作变量，使执行机构按照指令要求动作，调整被控变量，将被控变量的测量值控制在生产工艺要求的范围内。 对象 是： 多个输入信号 …、 单个输出 信号 的物理系统。 各个输入信号 … 引起被控量变化的动态特性一般是不同的。 通常选用一个可控性良好的输入信号作为控制作用 一般以调节器的输出 作为控制作用，通常为对象的“基本扰动”或“内部扰动”。——控制信号 其他的输入信号则为扰动作用，统称为“外部扰动”。——扰动信号 对象的“基本扰动”作用在闭合回路内，对过程控制系统的性能起决定性作用。 “外部扰动”作用下对象的动态特性对控制过程也有很大影响， 通道：对象输入量与输出量之间的信号联系 调节通道：调节作用（控制作用）与被控参数之间的信号联系，称为调节通道（即控制通道） 扰动通道：扰动作用与被控参数之间的信号联系，称为“扰动通道”。 线性对象或线性化的对象 在多个输入信号的作用下，对象的输出量为： 从阶跃响应曲线来看，过程控制中大多数控制对象特性的特点是： 被控量的变化往往是不振荡的、单调的，有滞后和惯性 当扰动发生后，被控参数并不立即有显著的变化，这表明对象对扰动的响应有滞后，对被控参数变化的最后阶段可能达到新的平衡，如图（a）所示； 也可能被控量不断变化，而其变化速度趋近某一数值，不再平衡下来，如图（b）。 前者对象具有自平衡能力，统称有自衡的对象； 有自衡能力是指对象在扰动作用下，其平衡状态被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，就能依靠自身重新恢复平衡的能力。 后者对象无自衡能力，统称为无自衡对象。 无自平衡能力是指对象在扰动作用下，平衡状态被破坏后，无操作人员或仪表等预测，依靠对象自身不能回复平衡的能力。 对象的数学模型，是指对