化工自动化及仪表第一章.pptx

化工自动化及仪表;学习这门课的必要性：;早期使用模拟仪表的中央控制室;早期的DCS控制系统;现在的DCS控制系统;该课程的内容;1 自动控制系统概述;1.1 自动化及仪表发展概述;适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。;现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展;大系统理论:20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合;控制系统结构及仪表的发展; 自动化仪表的发展;当前自动控制系统发展的一些主要特点;1.2 自动控制系统 1.2.1自动控制系统 自动控制的必要性;汽包水位是锅炉运行的主??指标，维持水位在一定范围内是锅炉安全运行的首要条件。;;手动控制的步骤：;蒸汽;加热炉温度自动控制系统;蒸汽;操纵变量： 受控制器操纵的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量 扰动： 除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量变化的因素;设定值： 工艺参数所要求保持的数值 偏差： 被控变量实际值与设定值之差 负反馈： 将被控变量送回输入端并与输入变量相减;加热炉温度控制系统;闭环控制： 在反馈控制系统中，被控变量的值被送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差去控制被控变量，这样，整个系统构成了一个闭环。;闭环控制的特点（优点）： 按偏差进行控制，使偏差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。 闭环控制的缺点： 控制不够及时；如果系统内部各环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统失去控制。;开环控制的特点（优点）： 不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时。; 由于不测量被控变量，也不与设定值相比较，所以系统受到其他扰动作用后，被控变量偏离设定值，无法消除偏差，这是开环控制的缺点。 ;开环控制与闭环控制实例比较;1.2.3自动控制系统的组成及方框图 在研究自动控制系统时，为了更清楚地表示控制系统各环节之间的关系，也可采用方框图（方块图）。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。;检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测量值y(t)。;控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构和控制装置通常组合在一起，称为控制器。; 通常将过程、执行器、检测元件与变送器的组合称为广义对象。 ;闭环控制系统组成;从整个系统来看，输入信号： 设定值和扰动 输出信号： 被控变量（或测量值）;（2）闭环：按信息的流向来说 （3）动态：物理量是时间的函数、是不断变化的。扰动作用使被控变量偏离设定值，控制作用又使它回到设定值。 ;1.2.4 自动控制系统的分类 按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类: 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 定值控制系统 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。 ;1.2.4 自动控制系统的分类 随动控制系统 设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。 程序控制系统 设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化。 ;例题：;解：;;1.3自动控制系统的过渡过程及品质指标;动态：由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关系称为系统的动态特性。也就是说，从输入变化开始，经过控制直到再建立静态，在这段时间中，整个系统的各个环节和变量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。;1.3.2自动控制系统的过渡过程;1.3.2自动控制系统的过渡过程;定值控制系统过渡过程的形式(阶跃扰动) ;单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程） 稳定性、准确性和快速性;最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量，是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。 对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变量第一个振荡波的峰值与设定值之差。 在上图中，最大偏差就是第一个波的峰值。为A; 最大偏差表示系统的被控变量瞬间偏离给定值的最大程度。若偏差越大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有所限制。;　　同时考虑到干扰的连续出现，即当第一个干扰还未清除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，所以在决定最大偏差的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。;在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，通常采用超调量这个指标来表示被控变量