《过程控制》_原创精品文档.pdfVIP

《过程控制》课程笔记

第一章概论

一、过程控制系统组成与分类

1.过程控制系统的基本组成

过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。

（1）被控对象：指生产过程中的各种设备、机器、容器等，它们是生产过

程中需要控制的主要对象。被控对象具有各种不同的特性，如线性、非线性、时

变性等。

（2）控制器：控制器是过程控制系统的核心部分，它根据给定的控制策略，

对检测仪表的信号进行处理，生成控制信号，驱动执行器动作，从而实现对被控

对象的控制。控制器的设计和选择直接影响控制效果。

（3）执行器：执行器是控制器与被控对象之间的桥梁，它接收控制器的信

号，调节阀门的开度或者调节电机转速，从而实现对被控对象的控制。执行器的

响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。

（4）检测仪表：检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数，如温度、压

力、流量等，并将这些参数转换为电信号，传输给控制器。检测仪表的准确性和

灵敏度对控制系统的性能同样重要。

2.过程控制系统的分类

根据控制系统的结构特点，过程控制系统可以分为两大类：开环控制系统和

闭环控制系统。

（1）开环控制系统：开环控制系统没有反馈环节，控制器根据给定的控制

策略，直接生成控制信号，驱动执行器动作。开环控制系统的优点是结构简单，

成本低，但缺点是控制精度较低，容易受到外部干扰。

（2）闭环控制系统：闭环控制系统具有反馈环节，控制器根据检测仪表的

信号，实时调整控制策略，生成控制信号，驱动执行器动作。闭环控制系统的优

点是控制精度高，抗干扰能力强，但缺点是结构复杂，成本较高。

二、过程控制系统性能指标

1.稳态误差：稳态误差是指系统在稳态时，输出值与设定值之间的差值。

稳态误差越小，表示系统的控制精度越高。稳态误差可以通过调整控制器的参数

来减小。

2.动态性能：动态性能是指系统在过渡过程中，输出值随时间的变化规律。

动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。动态性能的好坏直接影响到

系统的响应速度和稳定性。

3.稳定性：稳定性是指系统在受到外部干扰后，能否迅速恢复到稳定状态

的能力。稳定性越高，表示系统的抗干扰能力越强。稳定性可以通过控制器的参

数整定和系统设计来保证。

4.鲁棒性：鲁棒性是指系统在参数变化或外部干扰的情况下，仍能保持稳

定工作的能力。鲁棒性越高，表示系统的适应性越强。鲁棒性是控制系统设计的

重要指标之一。

三、过程控制的研究对象与任务

1.过程控制的研究对象

过程控制的研究对象主要是各种工业生产过程，如化工、石油、电力、食品

等行业。这些生产过程具有不同的特性和要求，需要采取相应的控制策略和方法。

2.过程控制的任务

过程控制的任务是通过控制手段，使生产过程在安全、稳定、高效的状态下

进行，达到预期的生产目标。具体任务包括：

（1）保证产品质量：通过精确控制生产过程中的各项参数，确保产品达到

规定的质量标准。例如，在化工生产中，控制反应器的温度、压力和流量，以保

证产品的纯度和产量。

（2）提高生产效率：通过优化控制策略，提高生产过程的自动化程度，降

低能耗，提高生产效率。例如，在电力系统中，通过智能控制系统实现发电过程

的优化调度，降低发电成本。

（3）保障生产安全：通过实时监控生产过程中的各项参数，及时发现异常

情况，采取措施，防止事故发生。例如，在石油化工生产中，通过控制系统监测

设备的温度和压力，及时发现并处理泄漏和爆炸风险。

（4）降低生产成本：通过合理配置生产资源，优化生产过程，降低生产成

本。例如，在钢铁生产中，通过控制系统优化炉温和炉料配比，降低能耗和原材

料消耗。

第二章过程检测仪表

一、过程检测仪表功能及组成

1.功能

过程检测仪表主要用于实时测量和监测生产过程中的各种参数，如温度、压

力、流量、物位等，将这些参数转换为电信号，传输给控制器，为控制器提供准

确的控制依据。

2.组成

过程检测仪表一般由传感器、变送器、显示器和输出接口等组成。

（1）传感器：传感器是检测仪表的核心部分，它直接与被测介质接触，感

受被测参数的变化，并将其转换为可测量的信号。

（2）变送器：变送器接收传