制造工程自动控制原理.ppt

第一章 绪论第一节 过程控制系统的组成和分类 一、过程控制系统的组成1. 锅炉过热蒸汽温度控制系统 过热蒸汽温度控制系统组成框图 几个概念1： 几个概念2： 必须指出： 2. PH控制系统 3. 液位控制系统 总结以上三个过程控制系统 二、过程控制系统的分类 （一）按系统结构特点分类 （二）按给定值信号的特点分类 第二节 过程控制系统的特点 第三节 过程控制系统的质量指标 一、系统过渡过程的质量指标 二、误差（偏差）性能指标 第四节 过程控制系统的发展概况 作业 * * 现代生产过程中，必须对生产过程的各种参数进行自动控制。应用相当广泛。 方块图：方块表示线性单元（系统或环节），方块图内部表达式为本单元的传递函数，两个有向线是信号线，分别表示信号在本单元的流进和流出。 比较点（加减点）：把两个或多个信号引入同一元件，以便综合成一新信号。 引出点（分支点）：同一信号被引向不同的分支线路。 过程：被控参数y(t)检测点至调节阀之间的管道或设备。本例中为减温器、过热器、烟囱、炉膛、汽鼓及相关管道。 扰动：作用于过程且使被控参数y(t)发生变化的作用称为扰动。 内部扰动：控制参数q(t)的作用是使被控参数y(t)稳定于给定值附近，称为内部扰动。 外部扰动：扰动作用f(t)企图使被控参数y(t)偏离给定值x(t)，称为外部扰动。 控制系统中控制作用：克服外部扰动f(t)对被控参数y(t)的影响，保证其尽快回到给定值。 1）两个框之间的一条带箭头的连线表示其相互关系和信号传递方向，并不表示框之间的物料联系。 2）各框之间的信号作用是单向的，即各框的输入输出不相互影响。 3）调节阀控制的介质流量可以是流入过程，也可以是流出过程。 过程控制系统由测量机构、变送器、调节器、调节阀和电子计算机（也可以看作一台仪表）组成，统称为过程测量控制仪表。 则一个简单的过程控制系统由被控过程和过程测量控制仪表两部分组成。 1. 反馈控制系统 根据被控参数与给定值的偏差进行控制。是闭环控制系统。 2. 前馈控制系统 根据扰动量的大小进行控制。是开环控制系统。 3. 前馈－反馈控制系统 综合以上两种系统优点，有前馈系统的迅速及时克服扰动对被控量的影响，又有反馈系统的克服其他扰动能力，能使被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制质量。 1. 定值控制系统 使被控量稳定在给定值。 2. 随动控制系统 被控量的给定值是随时间任意变化的。 3. 程序控制系统 被控量的给定值是按预定的时间程序变化的。 1. 系统由过程检测控制仪表组成 一个过程控制系统由被控过程和过程测量控制仪表两部分组成。根据过程的特性和工艺要求，选用过程控制仪表，整定调节器的PID参数，使系统运行于最佳状态，实现对生产过程的最佳控制。 2. 被控过程的多样性 对象复杂即过程复杂。有些生产过程具有大惯性、大时延（大惯性）的动态特性和非线性的特点。有些过程工作机理复杂（发酵、生化过程）。 3. 控制方案的多样性 常有单变量、多变量控制系统、常规仪表控制系统、计算机集散控制系统和现场总线控制系统。 4. 控制系统多属缓慢过程和参量控制 大惯性、大时延的过程决定了控制过程是一个缓慢的过程。参量主要有：温度、压力、流量、液位（物位）、成分、PH值等。 5. 定值控制是过程控制的一种主要形式 多数生产过程的工艺要求是保持被控参数在很小的范围内变化。 一个性能良好的过程控制系统在给定值发生变化或受到外界扰动作用时，被控量应能平稳、迅速和准确地趋近或回复到给定值上。 在衡量和比较不同控制方案时，必须定出评价控制性能优劣的质量指标。 常用的控制性能优劣的质量指标有下列两种。 通常以阶跃信号作用下控制系统输出的过渡过程曲线来描述系统的各项指标。 1. 余差（静态偏差）e 余差指系统过渡过程结束后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c之差。静态指标。 2. 衰减比和衰减率 衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标，它等于振荡过程的第一个波与第二个波的振幅之比。 n1，系统是不稳定的，是发散振荡；n=1，系统也不稳定，是等幅振荡；n1，系统是稳定的，是衰减振荡。 衡量系统的稳定性也 可用衰减率来表示： 3. 最大偏差和超调量 对于定值控制系统，最大偏差是指被控参数第一个波的最大值与给定值c之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度，就是第一个波的幅值。 由图1—5 a可见，最大偏差B=A-c。 随动控制系统常用超调量来衡量被控参数偏离给定值的程度。超调量σ可定义为： 4. 过渡过程时间ts 从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5％或±2％范围内所需的时间，称为过渡过程间ts。