过程控制系统与其应用(第一章).pptVIP

一、生产对过程控制的要求 1.安全性 安全性指的是在生产的整个过程中，确保人身安全和设备的安全。这是最重要的要求。 2.经济性 经济性指在使系统在生产相同质量和产量的条件下，所消耗的能源和材料最少，做到生产成本低，生产效率高。 3.稳定性 稳定性即要求系统具有抑止外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。 二、过程控制系统的品质指标 过程控制系统在运行时有两种状态，一种称为稳态，系统的设定值保持不变，也没有受到整个外来的任何干扰，被调量保持不变，整个系统处于平衡稳定状态。另一种为动态，系统的设定值发生了变化，或者是系统受到了外来的干扰，原来的稳定遭到了破坏，系统的各部分将作出相应的调整，改变操纵量的大小，使被控量重新回复到设定值，使系统稳定。 过渡过程:从前一个稳定状态到另一个稳定状态的过程。 大多数系统经常处于动态过程中，评价一个系统的品质，不能单评价其稳态，更重要的是应该考虑它在动态过程中被调量随时间变化的情况。 在阶跃信号输入的情况下，整个过渡过程可能有不同的状态，见图1-3所示，图1-3 a为发散振荡过程，图1-3b为等幅振荡过程，图1-3 c为衰减振荡过程，图1-3 d为非周期过程。一般希望过渡过程为衰减振荡过程。 图1-3 几种不同的过渡过程 显然，控制过程就是克服和消除干扰的过程。系统受到一个扰动以后能否在控制器的控制作用下再稳定下来，克服扰动回到设定值的准确性和快慢程度是评价系统的重要标志。 通常可以用以下几个指标来衡量。 一、衰减比 二、动态偏差 三、调整时间,过渡时间TC 四、静态偏差 A1 B1 A2 B2 C 0.02或0.05 Td 1.0 0.9 T0 Tp Tr 0 图1-4 过渡过程的品质指标 一、衰减比 衰减比n，即n=B1/B2。由图1-4可以看出，第一、二两个周期的振幅B1与B2的比值充分反映了振荡衰减的程度。 衰减比n表示曲线变化一个周期后的衰减快慢，一般用n：1表示。在实际控制中，衰减比习惯采用4：1。但对于象温度控制这样变化缓慢的过程，4：1的衰减比显得振荡过甚，是不适宜的，而采用10：1衰减比，效果可能会更好一些，因此衰减比需根据不同的对象来选取。衰减比也有用面积比表示的，如图1-4中阴影面积A1与A2之比，指标仍为4:1。 二、动态偏差 扰动发生后，被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差称为动态偏差，也称为最大过调量（超调量），见图1-4中第一波峰B1。过渡过程到达此峰值的时刻称为峰值时间TP。如果动态偏差比较大，峰值时间又较长，这样的系统是不允许的。 三、调整时间TC 系统受到扰动后平衡状态被破坏，经控制器作用后，被控量返回到允许的范围之内。通常在稳定值的5%（或2%）以内，达到新的平衡状态所经历的时间，称为调整时间TC，也称为过渡过程时间或稳定时间。 过阻尼系统：一般以响应曲线由稳定值的a%上升到稳定值b%所经历的时间称为上升时间Tr。其中a一般为10或5，b一般取90或95。 欠阻尼的系统：一般从0算起，上升到100%所经历的时间为上升时间。 延迟时间：响应曲线第1次达到稳定值的50%的时间称为延迟时间Td。 峰值时间：响应曲线达到第一个峰值的时间成为峰值时间Tp 四、静态偏差 经控制器控制以后，系统被控量将在规定的小范围内波动，被控量的稳态值与设定值之差称为静态偏差或残余偏差，简称余差。图1-4中的C，它是系统的一个静态指标，它的大小根据生产工艺过程的实际需要制订。从控制质量而言，自然是余差越小越好，但余差订得过小，对系统要求就提高了，系统投资将增加。 本章小结（考核要点）： 过程控制的发展概况：三个阶段 过程控制系统的组成及各部分的作用。 过程控制系统的分类:定值控制系统，随运控制系统 生产对过程控制的要求和指标：安全性、经济性、稳定性；衰减比、动态偏差、调整时间、静态偏差（重点，理解并掌握） EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOgy EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOgy EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOgy EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOgy 东华理工大学自动化专业课程 过程控制系统及其应用 机电学院自动化系 罗先喜 （副教授） xxluo@ecit.edu.cn 内 容 简介 　一、地位和作用 自动化专业的一门专业选修课。 培养学生以自动控制为基础，用自动化仪表或以工业控制计算机构成过程控制系统分析与设计思想与能力。 内 容 简介 　二、知识体系（理论40