1工业过程控制工程方案.ppt

《工业过程控制》 郑州科技学院 王晓冬 TEL电气学院二楼 电气教研室 期末成绩=期末考试*0.7+平时成绩*0.3 平时成绩：出勤+作业 第一章：生产过程自动化的发展 生产过程自动化，狭义的可以定义为控制理论在生产过程中的应用。 广义上讲还应包括自动化工具，如参数检测、控制执行及调节器(计算机系统)等。 更完善地定义还应包括保证生产安全的越限报警、联锁保护以及故障诊断、容错控制等等。 更广的意义上讲还包括操作优化、最优调度与生产管理等内容，也就是常讲的管理控制综合系统。 生产过程自动化所包含的内容十分丰富。 本课程的内容 本课程只讨论生产过程自动化技术 课程基础：模拟电路?传感器与检测技术； 数字电路?微机原理与接口技术； 自动控制原理； 编程语言（汇编、C）； 一座以煤作燃料的发电厂，如图1.1-2所示。在这一工业生产过程中，原料是煤和水，产品是电能，整个生产过程由储仓、锅炉、汽轮机、发电机、水冷凝器和循环水泵、相应的管道以及控制系统等组成。煤通过在炉膛中燃烧产生热能从而加热水使之变成高压蒸汽用以推动汽轮机。汽轮机通过连接轴带动发电机发出电能。所产生的电能送给电网再供给各种各样的用户，如有的用于照明，有的用于驱动马达，有的用作家电产品的电源等。 对发电厂来说，它的工作目标是： 安全生产 锅炉、汽轮机等必须绝对安全运作； 单位电能的煤耗 要求煤耗小，能量转换效率高； 排出烟气对环境污染 烟气中灰尘及硫化物含量要低。 上述目标，只有通过良好的自动控制系统才能实现。 生产过程自动化的发展历史 工业革命时发明的瓦特节速器开创了自动调节的先例。 19世纪中(1868年)，物理学家J．C．Maxwell作出关于蒸汽机调速器稳定性分析的著名论文，人类历史上第一篇有关控制理论的论文。 20世纪30年代以来，自动化技术首先在电子通讯工程中获得了惊人的成就，对自动控制理论产生了极大的推动作用。 40年代以Nyquist的工作所开创的基于反馈回路的经典控制理论，以传递函数为基础，适用于单输入单输出 (SISO)线性定常系统的分析与综合问题。 生产过程自动化的发展历史 系统分析方法有时间域方法、频率响应法和根轨迹法等，这些方法中尤以频率响应法最主要。 自动控制理论作为一门独立的学科则是从20世纪40年代末(1948年)开始，由N．Wiener发表的著名著作“控制论”为标志，迅速发展起来。 20世纪60年代开始的现代控制理论作为更科学的理论获得很大的发展。 现代控制理论 以状态空间为基础的现代控制理论： Bellman的动态规划理论（1957年） Kalman等的最优滤波理论（1961年） Pontryagin等的极大值原理（1962年） 建立在以现代控制理论为基础的控制器设计方法规范，理论清晰，能够有效地处理很多复杂的系统控制问题。 航空、航天领域、机械控制领域。 生产过程自动化的发展历史 由于流程工业生产过程的复杂性，和人类目前的知识水平，建模过程（包括机理建模与辨识）中必要的假设与简化不可避免。在这样的基础上建立的工业过程被控对象模型中总包含有被称为“未建模”动态部分。由于它的存在，使基于现代控制理论设计的控制系统的品质大大恶化，甚至无法稳定。 除了被控对象模型的不确定性以外，工业生产过程中的干扰十分复杂，它们的统计特性往往未知，有时甚至干扰本身就是不确定的。 因此，现代控制理论在生产过程自动化中还很难见到成功应用的实例。致命的不足是系统的状态空间模型不知。 生产过程自动化的发展历史 大多数工业过程运行工况都不会偏离额定工况太远，许多工业过程参数可以简化为用一阶或二阶带纯滞后的、具有自平衡能力的集中参数特性来描述。 20世纪40~60年代，经典控制理论为生产过程控制系统的设计提供了强有力的理论支持。以此为基础的单变量控制系统得到了广泛的应用，并达到了相当完善的程度。 在这个时期，自动化的技术工具是气动或电动模拟仪表（称为调节器）。 生产过程自动化的发展历史 经典控制理论的系统设计方法建立在试探方法基础之上，通常得不到最优控制目标。 20世纪60年代，航天航空事业的发展，促进了现代控制理论的发展。 系统的复杂性在理论上体现为对象是多输入多输出(MIMO)、时变、非线性。 这就对控制理论和工程提出了新的要求——能否将在空间技术中获得应用的现代控制理论应用到工业过程控制中去。 实践证明，直到现在进展不大。 工业过程自动化 目标：使生产过程达到安全、平稳、优质、高效(高产出、低消耗)、绿色环保。 自