仪表自动化第一章精选PPT.ppt

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1、仪表自动化第一章第1页，此课件共34页哦.化工自动化的主要内容自动检测自动保护与报警自动操纵与启停自动调节第2页，此课件共34页哦QiQ0要要求求.2 自动控制系统的组成观观察察思考思考调节调节(1)检测检测(2)运算运算(3)执行执行自动控制系统自动控制系统 设备设备 +自动化装置来代体人工操作自动化装置来代体人工操作人工操作人工操作人工操作人工操作第3页，此课件共34页哦.2 自动控制系统的组成及方框图四部分四部分(环节)：测量仪表测量仪表（测量测量并转化统一信号）并转化统一信号）控制器控制器（比较得比较得偏差、运算输出控偏差、运算输出控制信号）制信号）执行机构执行机构（根据根据控制器信号

2、改变操控制器信号改变操作量）作量）被控对象被控对象（设备（设备）1 1、组成、组成第4页，此课件共34页哦2、方块图 每一个方块称一个“环节”，带箭头线条表示“信号”联系控制器 执行器被控对象测量元件与变送器测量值给定值 偏差输出变量被控变量控制器操纵干扰作用xzepqyf说明了组成和工作原理QiQo第5页，此课件共34页哦2、概念 环节、偏差、反馈、正反馈、负反馈控制器 执行器被控对象测量元件与变送器测量值给定值 偏差输出变量被控变量控制器操纵干扰作用xzepqyf开环、闭环开环、闭环第6页，此课件共34页哦1.3 自动控制系统的分类按被调控变量分类：流量调节、温度调节、压力调节、物位调节等

3、、速度调节等按控制规律分类：位式调节、比例调节、比例微分调节、比例积分调节、比例微分积分调节按被控参数的变化规律分类：定值控制系统：给定值为常数；随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化；程序控制系统：按预定时间顺序控制参数。按信号种类分类：气动调节系统，电动调节系统第7页，此课件共34页哦1.4 自动控制系统的过渡过程和品质指标一、控制系统静态与动态静态：被控变量不随时间变化的 平衡状态动态：被控 变量随时间变化的 不平衡状态 控制过程：动态 静态 动态 新的静态控制干扰控制QiACS中,输入=输出 时,各环节都不改变原先的状态Q0输入变化(干扰)被控变量变化ACS产生控制作用克服干扰-建立

4、新的平衡动态动态动动-绝对的绝对的静静-相对的、短暂的相对的、短暂的研究ACS的重点是系统的动态LTLC给定静态静态第8页，此课件共34页哦 二、控制系统的过渡过程 阶跃干扰：阶跃干扰：突然、剧烈突然、剧烈 易实现易实现 好分析好分析干扰定义：由一个平衡状态（静态）过渡到另一个平衡状态（新的定义：由一个平衡状态（静态）过渡到另一个平衡状态（新的静态）的过程。静态）的过程。设系统原处于设系统原处于平衡状态平衡状态y变化负反馈作用恢复平衡衡量：衡量：衡量：衡量：在阶跃干扰作用下的在阶跃干扰作用下的在阶跃干扰作用下的在阶跃干扰作用下的过渡过程。过渡过程。过渡过程。过渡过程。过渡过程过渡过程干扰f 研

5、究Y-t的变化规律负反馈作用给定值变化给定值变化第9页，此课件共34页哦 四种基本形式：在阶跃干扰作用下的过渡过程。在阶跃干扰作用下的过渡过程。第10页，此课件共34页哦 三、控制系统的品质指标 最大偏差A或超调量B 衰减比B/B=n:1 4:110:1 余差C 过渡时间t 振荡周期T 振荡次数 上升时间给定值CT第11页，此课件共34页哦第12页，此课件共34页哦四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素控制效果取决于控制对象（内因）和控制系统（外因）两个方面。外因只有通过内因起作用，内因是最终效果的决定因素。控制器 执行器被控对象测量元件与变送器给定值 偏差变量被控变量操纵干扰作用xzepqy

6、f第13页，此课件共34页哦.5 工艺管道及控制流程图 工艺流程控制方案工艺管道及控制流程图（PID）控制方案确定：测量点选择、控制系统确定、保护系统设计 工艺管道及控制流程图：带测量点、控制点、控制系统、保护系统的流程图。图1-4第14页，此课件共34页哦控制流程图第15页，此课件共34页哦工艺管道及控制流程图：1、图形符号 测量点：起点 连接线：仪表：圆圈 2、字母代号 3、仪表位号第16页，此课件共34页哦控制流程图符号意义序号安装位置图形符号备注序号安装位置图形符号备注1就地安装仪表4集中仪表盘后安装仪表嵌在管道中2集中仪表盘面安装仪表5就地仪表盘后安装仪表3就地仪表盘面安装仪表第17

7、页，此课件共34页哦控制流程图字母意义字母第一位字母后继字母字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能被测变量修饰词功能A分析报警P压力C电导率控制Q数量积分累积D密度差R放射性记录E电压S速度安全开关F流量比T温度传送I电流指示V粘度阀K时间W力L物位YM水分Z位置执行机构第18页，此课件共34页哦(1)仪表测量点的位置(2)控制点(3)被测变量(4)仪表功能(5)工段号(6)仪表序号(7)安装位置从控制流程图可以看到从控制流程图可以看到第19页，此课件共34页哦2 被控对象的特性及数学模型被控对象的特性及数学模型一、有关对象的基本概念二、对象特性的分类与研究方法三、描述对象特性的参数控制器

8、执行器被控对象测量元件与变送器给定值 偏差变量被控变量操纵干扰作用xzepqyf第20页，此课件共34页哦一、有关对象的基本概念一、有关对象的基本概念对象对象干扰控制作用被控变量输入变量与输出变量之间的信号联系-通道 控制通道 干扰通道第21页，此课件共34页哦二、对象特性的分类与研究方法二、对象特性的分类与研究方法所谓研究对象的特性，就是用数学的方法来描述出对象输入量与输出量之间的关系数学模型。对象的数学模型可以分为静态数学模型和动态数学模型。静态数学模型描述的是对象在稳定时（静态）的输入与输出关系；如 h=K Q1动态数学模型描述的是在输入量改变以后输出量跟随变化的规律；K Q1=h+T(

9、dh/dt)静态数学模型是动态数学模型在对象达到平衡时的特例。第22页，此课件共34页哦对象的动态特性对象受到干扰作用或控制作用后，其输出跟随变化的规律。研究的核心是：寻找对象输入与输出之间的（函数）规律。对象输入量：干扰作用、控制作用对象输出量：被控变量控制通道特性 干扰通道特性数学模型的表示方法：非参量模型：用曲线、图表表示的系统输入与输出量之间的关系；参量模型：用数学方程式表示的系统输入与输出量之间的关系。对象对象干扰控制作用被控变量第23页，此课件共34页哦对象动态特性的研究方法（1）机理建模）机理建模（数学建模）根据对象实际过程的内部机理写出的数、质量平衡关系，分析计算而获得对象的输

10、入量与输出量之间的关系。（2）实验建模）实验建模要在实际系统或实验系统中，通过加上一组(人为的）输入来考察输出的跟随变化规律获得反映输入与输出关系的经验曲线和经验函数关系。第24页，此课件共34页哦机理建模示例：一阶对象由体积守恒可得：(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/RsRS出水阀的阻力系数由此可得：RS Q1=h+A Rs(dh/dt)或:K Q1=h+T(dh/dt)hQ1Q2输入Qi输出h第25页，此课件共34页哦实验建模“科学”和“技术”具有不同的范畴许多复杂的过程不能通过理论分析得出显性表达式；表达式常是高阶微分方程式或偏微分方程式;理论推导通常忽略一些影响因素，而这些因素对

11、实际结果具有相当的影响；通过实验获得经验方程有时比理论推算更方便。第26页，此课件共34页哦实测建模定义定义 通过实验来测取对象的输入输出数据;依据这些输入输出数据来建立对象的数学模型。几个概念几个概念 系统辨识 参数估计 测试信号在确定模型之后,依据输入输出数据来确定模型中的某些参数.在所研究的对象上,人为地加上一个输入信号,测输出,这个输入信号称测试信号.第27页，此课件共34页哦实验测取法实验测取法按所加按所加输入形式的不同来区分输入形式的不同来区分1.阶跃反应曲线法通过输入量的一个阶跃变化寻找对象的动态特性。优点：简单易行。缺点：精度低。2.矩型脉冲法优点：精度高,对生产影响小。3.周

12、期脉冲法通过输入量的周期变化（矩形波或正弦变化),获取对象的动态特性。优点：能反应条件波动时的结果。缺点：不能用于大滞后系统。第28页，此课件共34页哦三、描述对象特性的参数 三个物理量K、T、图2-12 液位变化曲线1 1、放大系数、放大系数K K K=K=h/h/Q Q1 1 h=K Q1K K 越大，被控变量对输入量越灵敏越大，被控变量对输入量越灵敏一阶对象：一阶对象：2 2、时间常数、时间常数T T被控变量达到新的稳定值的63.2%所需的时间.K Q1=h+T(dh/dt)T T的求法：的求法：a a、0.6320.632法法b b、切线法切线法在一定的输入作用下，被调参数完成其变化所

13、需时间的参数。T T反映达到稳定值的快慢，反映达到稳定值的快慢，T T大反应慢，惯性大大反应慢，惯性大第29页，此课件共34页哦图8-11 不同时间常数对象的反应曲线第30页，此课件共34页哦3、滞后时间在输入参数变化后，有的输出参数不能立即发生变在输入参数变化后，有的输出参数不能立即发生变化，而需要等待一段时间才开始产生明显变化，这个时间间隔称为滞化，而需要等待一段时间才开始产生明显变化，这个时间间隔称为滞后时间。后时间。滞后时间按其产生原因可以分为：传递滞后：滞后期内无变化滞后期内无变化新参数的作用结果还没有传递到输出新参数的作用结果还没有传递到输出点；点；容量滞后：滞后期内逐步产生微弱变化滞后期内逐步产生微弱变化新参数的作用结果受到容积新参数的作用结果受到容积量的缓冲量的缓冲。a、传递滞后0（纯滞后）第31页，此课件共34页哦 b、容量滞后 二阶对象 S曲线处理：找拐点 做切线 求参数h1Q1Q12Q2h2第32页，此课件共34页哦c、混合滞后=0+h第33页，此课件共34页哦 4、对象特性参数对控制系统的影响 a、控制通道：要求K大、T小、小 b、干扰通道：要求K小、T大、影响不大第34页，此课件共34页哦