第9章-过程控制系统.ppt

无自衡的非振荡过程：在阶跃作用下，被控变量不能建立新的平衡状态。 有自衡的振荡过程：在阶跃作用下，被控变量出现衰减振荡过程，最后趋于新的稳态值。 具有反向特性的过程：在阶跃作用下，被控变量起始时的变化方向与最终的变化方向相反。 描述对象特性的参数： 放大系数K：在两个稳定状态下，输出量的变化值与输入量的变化值之比。 时间常数Tc：对象在阶跃扰动作用下，被调量以最大的速度变化到新稳态值时所需要的时间。 滞后时间τ：当输入量变化时，被控量要滞后一定的时间才开始变化。 五、被控过程的数学模型 静态数学模型： 动态数学模型： 三类主要的信息源： 1、要确定明确的输入量与输出量 通常选一个可控性良好，对输出量影响最大的一个输入信号作为输入量，其余的输入信号则为干扰量。 2、要有先验知识 在建模中，被控对象内部所进行的物理、化学过程符合已经发现的许多定理、原理及模型。 在建模中必须掌握建模对象所要用到的先验知识。 3、试验数据 过程的信息能通过对对象的试验与测量而获得。 被控对象数学模型的要求: 要求它准确、可靠。 在线运用的数学模型要求实时性。 在建立数学模型时，要抓住主要因素，忽略次要因素，需要做很多近似处理，如：线性化、分布参数系统和模型降阶处理等。 用于控制的数学模型并不要求非常准确。闭环控制本身具有一定的鲁棒性，模型的误差可以视为干扰，闭环控制在某种程度上具有自动消除干扰影响的能力。 机理建模 原理：根据对象或生产过程的内部机理，写出各种有关的平衡方程从而获取对象或过程的数学模型。 特点：概念明确、适用范围宽，要求对该过程机理明确。 用机理法建模的首要条件是生产过程的机理必须为人们充分掌握，可以比较确切的加以数学描述。 模型应该尽量简单，保证达到合理的精度。 用机理法建模时，出现模型中某些参数难以确定的情况或用机理法建模太烦琐，可以用测试的方法来建模。 实验建模 原理：对过程的输入（包括控制变量与扰动变量）施加一定形式的激励信号，如阶跃、脉冲信号等，同时记录相关的输入输出数据，再对这些数据进行处理，由此获得对象的动态模型。 特点：无需深入了解过程机理，但适用范围小，模型准确性有限。 为了获得动态特性，必须使被研究的过程处于被激励的状态，施加一个阶跃扰动或脉冲扰动等。 用测试法建模一般比用机理法建模要简单和省力，如果两者都能达到同样的目的，一般都采用测试法建模。 测试法建模又可分为经典辨识法和现代辨识法两大类。 经典辨识法只需对少量的测试数据进行简单的数学处理， 现代辨识法可以消除测试数据中的偶然性误差即噪声的影响，需要处理大量的测试数据。 实验建模 响应曲线法： 矩形脉冲法： 工业过程控制对象的特点： 除液位对象外的大多数被控对象本身是稳定自衡对象； 对象动态特性存在不同程度的纯迟延； 对象的阶跃响应通常为单调曲线，除流量对象外的被调量的变化相对缓慢； 被控对象往往具有非线性、不确定性与时变等特性。 * 第九章 过程控制系统 一、组成与分类 手动控制 自动控制 液位控制系统 控制系统的组成 对象： 检测元件及变送器： 控制器： 执行器： 液位控制系统的组成与方块图 控制系统方框图 被控变量： 给定值（设定值）： 测量值： 操纵变量（控制变量）： 干扰： 偏差信号： 控制信号： 闭环系统： 开环系统： 反馈： 调节器 执行器 过程 测量变送 x (t) e (t) u (t) q (t) y (t) z (t) 过热蒸汽温度控制系统 TC TT 减 温 器 温度测量 冷水 调节器 执行器 过程 测量变送 x (t) e (t) u (t) q (t) y (t) z (t) ＋ － 液位控制器 储罐 HT HC 差压变送器 液位调节器 执行器 调节器 执行器 过程 测量变送 x (t) e (t) u (t) q (t) y (t) z (t) ＋ － 干扰 烤炉温度控制示意图 调节器 执行器 过程 测量变送 x (t) e (t) u (t) q (t) y (t) z (t) ＋ － 控制系统的分类 定值控制系统：将被控制量保持在某一定值或很小的范围中的控制系统。 程序控制系统：被控量的给定值按预定的时间程序而变化的控制系数。 随动控制系统：被控量的给定值随时间任意地变化的控制系统。 二、过程控制系统的发展概况 第一阶段（20世纪50年代）： 采用基地式仪表和部分单元组合仪表。信号标准：0.2-1.0kgf/cm2。 第二阶段（20世纪60年代）： 采用半导体分立元件制造的电动II型仪表，集中控制，计算机开始应用。信号标准：0-10mADC。 第三阶段（20世纪70年代）： 采用电动III型仪表，DCS和PLC得到应用。信号标准：4-20mADC。 第四阶段（20世纪80年代）：