过程控制讲义1资料.ppt

2、控制系统的框图控制系统由被控对象、检测变送、控制器和执行器等组成 传递函数 被控对象 变送器 计算机 检测元件 控制器 执行器 3、时域控制性能指标 1）.衰减比n：衰减比（Subsidence ratio）是控制系统的稳定性指标。它是相邻同方向两个波峰的幅值之比。即： n1扩散振荡即不稳定 n=1等幅振荡 n.1衰减振荡 n无穷大为非周期过程 衰减率ψ也用于表示控制系统的稳定性。它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即： 2）超调量和最大动态偏差： 控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为： 定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即： 3）余差：它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作用下，余差（Steady-state error）为： 定值控制系统中，r=0，因此有：e(∞)= -C。余差是控制系统稳态准确性指标。 4）回复时间和振荡频率： 被控变量从过渡过程开始到进入稳态值±5%或±2%范围内的时间作为过渡过程的回复时间Ts（Settling time）。回复时间是控制系统的快速性指标。 振荡频率ω与振荡周期T的关系是 在相同衰减比n下，振荡频率越高，回复时间越短；在相同振荡频率下，衰减比越大，回复时间越短。 5）偏离度：控制系统偏离度是被控变量统计特性的描述。 在相同干扰作用下，定值控制系统输出的最大偏差越大，系统的偏离度越大；在相同的衰减比下，系统输出的周期越大，系统的偏离度越大。 4、控制系统运行的重要准则 针对连续或半连续（间歇）过程中的温度、压力、流量、液（物）位、化学成分（如含氧量）、物性参数（如粘度、融溶指数）等变量而实现的自动控制系统，称为过程控制。 大延迟、大时间常数、非线性 采样周期1—30秒 各种控制方法应用 四、过程控制系统的任务与设计 目标任务：保证生产过程的 安全性：使操作压力、温度等在规定的许可范围 保障人身、设备、过程安全 稳定性：保证连续生产过程的平稳操作， 各参数维持在允许的波动范围 经济性：提高产品的产量、质量 降低原、材料与能源消耗，降低成本 要求： 抑制外部干扰对过程参数的影响 确保连续过程的稳定 生产工况达到最优（次优） 自控系统设计初步 控制系统设计的基本出发点 物料平衡；能量平衡；质量指标；经济指标 控制系统设计步骤 1) 确定控制目标：满足平衡关系或某项指标 2) 选择被控参数：直接可测，间接可测 3) 选择调节量：用以控制被控参数的介质 4) 确定控制系统结构：单回路 串级 前馈 反馈 5) 确定控制算法：PID，模糊，自适应，优化，预测 6) 选择控制系统的组成硬件：传感测量控制仪表， 调节阀，计算机及其接口 五、过程控制面临的问题及解决方法 1 过程建模 2 软测量技术 3 控制方法 4 过程的优化 5 生产管理与调度 6 动态系统故障诊断 7 实用软件的开发 过 程 建 模 1、过程建模的难点： 对过程控制越来越高的要求与过程 内在机理的复杂性的矛盾 2、建模方法： 机理法：根据能量、物质守恒 系统辨识法：时域法、频域法，最小二乘法， 极大似然法等 先进辨识方法： 人工神经元网络建模，模糊建模，小波建 模，混沌建模等 软测量技术 在过程控制中，一些需要控制的过程变量在现在的 技术条件下难于直接测量或不易快速在线测量，为实现 直接质量控制要求而产生了采用离线或在线实验数据建 立模型的软测量方法，其实质为建立被测量参数与影响 该参数的其他操作参数之间的数学模型。（实时测速） 控制方法 1、PID控制器：结构简单，易调整，最常用 2、预测控制:对过程不确定系统进行控制的有效方法 3、容错控制与鲁棒（Robust）控制： 解决系统回路失效及模型的不确定性等问题 4、基于人工智能技术的控制：