过程控制技术教学课件作者侯慧姝第1章.pptVIP

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2019-10-14 发布于广东
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第１章　过程控制系统的基本概念１.１　过程控制系统的组成及其分类１.２　过程控制系统的过渡过程和品质指标返回１.１　过程控制系统的组成及其分类 1.1.1 过程控制系统的组成过程控制是自动控制的一个分支，而自动控制是在人工控制的基础上发展起来的。人工控制是指在人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制对象和过程按预定规律变化的过程。下面先通过一个示例，如图１-１所示，将人工控制与自动控制进行对比分析，从而说明过程控制系统的由来、组成与工作原理。从维持生产平稳考虑，工艺上希望储罐内的液位ｈ能保持在所希望的高度上。则液位ｈ是需要控制的工艺变量，称为被控变量；ＳＰ为被控变量的控制目标，称为给定值或设定值。显然，当进水量或出水量波动时，都会使罐内的液位ｈ发生变化。下一页返回１.１　过程控制系统的组成及其分类现假定通过控制出水量能够维持液位的恒定，则出水量称为操纵变量。而进水量是造成被控变量产生不期望波动的原因，称为扰动或干扰。 1.1.2 过程控制系统的方块图及其术语为了清楚地说明过程控制系统的结构及各环节之间的相互关系和信号联系，常用方块图来表示，如图１－２所示。方块图中每个方块代表控制系统中一个环节，方块之间用一条带有箭头的直线表示它们之间的联系，箭头表示信号传递的方向，进入方块的信号为环节输入，离开方块的为环节输出，线上字母说明传递信号的名称；另外，箭头还具有单向性，即方块的输入只能影响输出，而输出不能直接影响输入；还需要强调的是方块图中各线段表示的是信号关系，而不是真实的物料或能量的关系。上一页下一页返回１.１　过程控制系统的组成及其分类例如，上述储罐液位控制系统中，操作变量是出水量，它直接影响液位ｈ的高低，信号的方向是指向被控变量ｈ的，但真实的物料却是离开被控对象的，千万不可混淆。方块图是过程控制系统中一个重要的概念和常用工具。 1.1.3 过程控制系统的分类过程控制系统有多种分类方法，每一种分类方法都是反映了控制系统某一方面的特点。基本的分类方法主要有以下几种。１按过程控制系统的结构特点分类（１）前馈控制系统前馈控制系统又称开环控制系统，即系统的输出量未被引回以对系统的控制部分产生影响，不形成信号传递的闭合环路。如图１-３所示。上一页下一页返回１.１　过程控制系统的组成及其分类（２）反馈控制系统反馈控制系统又称闭环控制系统，即把系统输出信号通过反馈环节又引回到系统输入端作用于控制部分，形成闭合回路，这样的系统就是闭环控制系统，它是过程控制系统中一种最基本的控制结构形式。反馈分为正反馈和负反馈，当反馈信号与设定值相减，即取负值与设定值相加，这属于负反馈；当反馈信号取正值与设定值相加，这属于正反馈。过程控制系统一般采用负反馈。（３）复合控制系统在工业生产过程中，引起被控变量变化的扰动是多种多样的。开环（前馈）控制最主要的优点是能针对主要扰动及时迅速地克服其对被控变量的影响；而对于其余次要扰动，利用反馈控制予以克服，使控制系统在稳态时能准确地使被控变量稳定在给定值上。上一页下一页返回１.１　过程控制系统的组成及其分类在实际生产过程中，将两者结合起来使用，充分利用开环前馈与反馈控制两者的优点，在反馈控制系统中引入前馈控制，从而构成前馈－反馈控制系统，它可以大大提高控制质量。２按设定值的变化规律分类（１）定值控制系统所谓定值控制系统，是指过程控制系统的设定值恒定不变。（２）随动控制系统随动控制系统也称为跟踪控制系统。这类系统的设定值随时间变化，是未知的时间函数。（３）程序控制系统程序控制系统的设定值有规律地变化，是已知的时间函数。上一页下一页返回１.１　过程控制系统的组成及其分类３按输出变量和输入变量间的关系分类（１）线性控制系统（２）非线性控制系统４按系统传输信号对时间的关系的规律分类（１）连续控制系统（２）离散控制系统５按系统中的参数对时间的变化情况分类（１）定常系统（２）时变系统上一页返回１.２　过程控制系统的过渡过程和品质指标 1，2，1 过程控制系统的过渡过程在图１－１所示的储罐液位控制系统中，当储罐液位与设定值相等时，储罐液位将保持不变，系统处于平衡状态。当储罐液位与设定值不相等时，储罐出口控制阀将开大或关小，出水量将发生变化，储罐液位不断变化直至重新回到设定值。在对液位的调节过程中，系统处于不平衡状态，系统中的各个变量都在变化。把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为静态或稳态；而把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为动态或瞬态。当过程控制系统在动态变化的过程中时，被控变量是不断变化的，这一随时间变化的过程称为过程控制系统的过渡过程，也就是过程控制系统在外作用下从一