过程动态特性的数学描述及其经典测试法控制科学与工程学系浙江.ppt

《过程控制工程》课程介绍 戴连奎 浙江大学控制系 2015/03/11 课程教学目的 使学生了解过程控制系统的设计目的与设计步骤以及具体实现 掌握控制系统方块图描述法与过程对象建模方法 面向工业过程的常规PID控制策略，掌握控制系统的分析、设计与实施技术 了解先进控制算法，掌握其设计思想、概念、特点及适用场合 本课程的基本任务 针对连续被控过程，使学生 掌握控制系统的分析、设计与实施技术 课程资料 “过程控制工程”课程网站/eclass/control_engineering/ 课件下载 课程资料—电子课件 作业 课程互动—作业 更新信息发布 课程互动—论坛 过程控制工程概论 戴连奎 浙江大学控制系 2015/03/11 概论内容 控制系统与过程控制系统的概念 过程控制的术语与目标 过程控制系统的方块图描述 反馈控制系统的分类 过程控制工程的任务与具体要求 过程控制涉及的最基本概念 系统 控制系统 包括：手动与自动控制系统 自动控制系统 包括：前馈与反馈控制系统 过程控制系统 系统与控制系统的概念 系统分析举例 人的消化系统与“减肥” 我国的经济系统与“新常态” 控制系统中的三个基本操作 测量（Measurement） 借助于传感器与变送器，获取需要控制的变量的当前值 决策（Decision） 基于需要控制的变量的测量值，控制器决定如何使该变量保持在其期望值 动作/执行（Action） 作为控制器的决策结果，控制系统必须采用具体有效的动作，通常由执行单元（如控制阀）来完成。 “自动控制”与“自动化技术” “自动控制”的概念 指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。 自动控制系统组成与自动化技术 自动化技术是指探索和研究实现自动控制的方法和技术 自动控制系统的应用领域 军事领域，例如：飞行控制 机械工程，例如著名的离心式调速器（瓦特） 电力电子 交通等公用工程 过程工业（包括：石油、化工、冶金、制药、环保等） 其它领域… 控制系统的应用领域 控制系统的应用领域 控制系统的应用领域 控制系统的应用领域 自动控制的专业方向 电气自动化（即针对强弱电电气设备的自动控制） 流体传动与控制（指针对机械设备的自动控制） 交通自动化（指针对地面交通工具与交通系统的自动控制） 工业自动化（指针对流程工业生产过程的自动控制，简称“过程控制”） 飞行器制导与控制（即针对导弹、飞机等空中飞行器的自动控制） 过程控制系统的由来 手动控制的局限性 劳动强度大。对于上述例子，需要操作人员频繁地观察液位的变化，并及时采用合适的措施以消除偏差。 操作的不一致性。对于出口阀如何调节，不同的操作人员会采用不同的决策。 需要大量操作人员。对于大多数工业过程，需要控制的变量很多，因此需要大量的操作人员。生产效率难以提高，而生产成本难以下降。 自动控制系统的提出 反馈控制过程 过程控制工程中的重要术语 被控变量/受控变量 (Controlled Variable，CV) 指：工艺过程希望稳定在某一期望值的变量或工艺参数。 CV完整描述：“工艺介质”+“工艺部位”+“工艺参数” 设定值/给定值 (Setpoint，SP) 指：被控变量的期望值。SP的内外表示： SP在控制器内部实际上是控制器输入比较器的比较基准，通常为电量或%；为避免用户理解，通常将SP按测量仪器量程，转换成对应的工程量。 过程控制重要术语（Cont.） 操纵变量/操作变量 (Manipulated Variable，MV) 指：控制系统直接可操作、并用于使被控变量保持在其设定值的其它工艺变量。具体特点： （1）MV为某一工程量，通常为某一工艺介质的流量；（2）MV为工艺操作人员对CV的主要操作手段； （3）受控制器输出直接影响. 扰动/扰动变量 (Disturbance，DV) 任意可能导致被控变量偏离其设定值的、而该控制系统本身又无法干预的各种因素。 特点：“自主性”、“可变性”、“与CV的相关性”。 过程控制的重要术语比较 被控变量CV与“测量Measurement” 被控变量CV与“被控过程”（也称“被控对象”） 操作变量MV与“控制变量” 过程控制系统的设计目标 过程控制系统的设计目标是：对于任意的外部干扰（DV），通过调节操作变量（MV）以使被控变量（CV）维持在其设定值（SP）。 过程控制系统为何如此重要？ 1) 安全性. 防止各种可能对操作人员或生产装置造成的伤害或损坏，并尽可能减少废水废气的排放以保护环境 2) 产品质量. 3) 生产成本的最小化. 控制系统举例1.1 对于上述储气罐压力控制系统，请指出其 CV、SP、MV、DVs