化工仪表及自动化-厉玉鸣1[1]控制系统的基本概念汇总.ppt

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1、1控制系统的基本概念控制系统的基本概念n概概 述述n控制系统的组成控制系统的组成n控制系统的方框图控制系统的方框图n控制系统的分类控制系统的分类n控制系统的过渡过程及其性能指标控制系统的过渡过程及其性能指标1 11 1 概概 述述n1.1.1 1.1.1 生产过程自动化系统所包含的内容生产过程自动化系统所包含的内容n1.1.21.1.2过程装备控制的任务和要求过程装备控制的任务和要求一些概念一些概念过程装备控制过程装备控制生产过程自动化生产过程自动化1.1.11.1.1生产过程自动化系统包含的内容生产过程自动化系统包含的内容利用自动化装置来管理生产过程的方法利用自动化装置来管理生产过程的方法就

2、是生产过程自动化。就是生产过程自动化。指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使设计、制造、装配、安装等在不同程度上自动地进行n自动检测系统自动检测系统n信号联锁系统信号联锁系统n自动操纵系统自动操纵系统 n自动控制系统自动控制系统1.1.11.1.1生产过程自动化系统包含的内容生产过程自动化系统包含的内容在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.汽车尾气分析汽车尾气分析交通监测交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包括轴数、轴距、轮距、

3、单双轮胎）、车速监测、收费站地（包括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机场滑行道等。控）及机场滑行道等。压电式脚踏报警器压电式脚踏报警器火灾感知传感器及玻火灾感知传感器及玻璃球洒水喷头璃球洒水喷头 烟雾传感器烟雾传感器 当发生火灾时，温度升高使玻璃球当发生火灾时，温度升高使玻璃球爆裂，高压自来水自动喷出。爆裂，高压自来水自动喷出。过锡炉过锡炉洗衣机液位控制 1.1.2 1.1.2 过程装备控制的任务和要求过程装备控制的任务和要求n安全性安全性n经济性经济性n稳定性稳定

4、性2.要求要求:1.任务任务:主要针对过程装备的一些重要参数进主要针对过程装备的一些重要参数进行控制使其稳定在保证生产运行的范行控制使其稳定在保证生产运行的范围内围内1.2 1.2 控制系统的组成控制系统的组成n 1.2.11.2.1过程装备的控制过程装备的控制n1.2.21.2.2控制系统的组成控制系统的组成1.2.11.2.1过程装备的控制过程装备的控制n工业生产过程都是在一定的工业生产过程都是在一定的温度、压力、浓度、温度、压力、浓度、物位物位等工艺条件下进行的。为此，必须对这些等工艺条件下进行的。为此，必须对这些工艺变量进行控制，使其稳定在保证生产正常工艺变量进行控制，使其稳定在保证生

5、产正常运行的运行的n实现控制要求，通常有两种方式选择：人工控实现控制要求，通常有两种方式选择：人工控制和自动控制。制和自动控制。锅炉汽包水位控制锅炉汽包水位控制人工控制人工控制自动控制自动控制自动控制与人工控制的区别自动控制与人工控制的区别?自动控制满足信号自动控制满足信号变化速度快、控制变化速度快、控制要求高的场合。要求高的场合。测量仪表测量仪表控制仪表控制仪表自动调节阀自动调节阀大大降低了人大大降低了人的劳动强度的劳动强度人的观察人的观察人工控制、思考人工控制、思考手动操作手动操作对应仪表的速度仪表的速度远远高于人远远高于人的速度的速度1.2.21.2.2控制系统的组成控制系统的组成一个自

6、动控制系统主要由两大部分组成：一个自动控制系统主要由两大部分组成：n起控制作用的全套自动控制装置起控制作用的全套自动控制装置(测量仪表、变送器、测量仪表、变送器、控制仪表以及执行器控制仪表以及执行器)n自动控制装置控制下的生产设备自动控制装置控制下的生产设备(锅炉、反应器、锅炉、反应器、换热器换热器)自动控制系自动控制系统主要由那统主要由那几部分组成几部分组成？n被控对象被控对象n测量元件和变送器测量元件和变送器n调节器调节器n执行执行器器1.2.21.2.2控制系统的组成控制系统的组成1.31.3控制系统的方框图控制系统的方框图一些控制系统常用术语：一些控制系统常用术语：n被控变量被控变量

7、y 测量值测量值y ym mn给定值给定值(或设定值或设定值)y ys s 偏差信号偏差信号e e n控制信号控制信号u u 操纵变量操纵变量(控制变量控制变量)m)m n干扰或外界扰动干扰或外界扰动f f 1 14 4 控制系统的分类控制系统的分类n1 14 41 1 按给定值的特点划分按给定值的特点划分n1 14 42 2 按系统输出信号对操纵变量影响划分按系统输出信号对操纵变量影响划分n1 14 43 3 按系统的复杂程度划分按系统的复杂程度划分n1 14 44 4 按系统克服干扰的方法划分按系统克服干扰的方法划分1 14 41 1 按给定值的特点划分按给定值的特点划分n定值控制系统n随

8、动控制系统n程序控制系统1.4.2 1.4.2 按系统输出信号对操纵变量影响划分按系统输出信号对操纵变量影响划分n闭环控制闭环控制 n开环控制开环控制143 按系统的复杂程度划分按系统的复杂程度划分n简单控制系统简单控制系统 n复杂控制系统复杂控制系统复杂控制系统复杂控制系统1 14 44 4 按系统克服干扰的方法划分按系统克服干扰的方法划分反馈控制系统反馈控制系统前馈控制系统前馈控制系统前馈前馈反馈控制系统反馈控制系统1 14 44 4 按系统克服干扰的方法划分按系统克服干扰的方法划分n反馈控制系统反馈控制系统1 14 44 4 按系统克服干扰的方法划分按系统克服干扰的方法划分n 前馈控制系

9、统前馈控制系统1 14 44 4 按系统克服干扰的方法划分按系统克服干扰的方法划分n前馈前馈反馈控制系统反馈控制系统l.5 l.5 控制系统的过渡过程及其性能指标控制系统的过渡过程及其性能指标n1 15 51 1 控制系统的过渡过程控制系统的过渡过程n1 15 52 2 控制系统的性能指标控制系统的性能指标15.1 控制系统的过渡过程控制系统的过渡过程1 15 52 2 控制系统的性能指标控制系统的性能指标两大类标准两大类标准:n过渡过程的质量指标过渡过程的质量指标:n偏差积分性能指标偏差积分性能指标:(1)(1)过渡过程的质量指标过渡过程的质量指标定值定值控制系统控制系统随动随动控制系统控制

10、系统以阶跃响应曲线形式表示的质量指标以阶跃响应曲线形式表示的质量指标n最大偏差最大偏差A A 对一个对一个定值定值控制系统来说，最大偏差是指控制系统来说，最大偏差是指过渡过程中被控变量第一个波的峰值与给定值的差，过渡过程中被控变量第一个波的峰值与给定值的差，如图的如图的A A；n在在随动随动控制系统中，通常采用另一个指标控制系统中，通常采用另一个指标超调量超调量过渡过程的质量指标过渡过程的质量指标是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰与余是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰与余差之差之比，即差之差之比，即B B1 1:B:B2 2，一般用一般用n:1表示。表示。n回复时间回复时间t ts sn振

11、荡周期振荡周期T Tn余差余差衰减比衰减比n n是指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态是指被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间的时间间隔，即整个过渡过程所经历的时间是指过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与是指过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与设定值之差设定值之差过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰过渡过程的第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔称为振荡周期之间的时间间隔称为振荡周期(或称工作周期或称工作周期)T T 假定控制系统希望输出与实际输出分别为假定控制系统希望输出与实际输出分别为r(t)r(t)和和y(t)y(t)，则定义误差则定

12、义误差(又称偏差又称偏差)e(t)e(t)为为当系统有余差时，可定义当系统有余差时，可定义(2)(2)偏差积分性能指标偏差积分性能指标(2)(2)偏差积分性能指标偏差积分性能指标n作业作业1 1：思考题与习题：思考题与习题 (p1516(p1516)2 2，3,153,15，1616过程装备控制技术及应用过程装备控制技术及应用某某化化学学反反应应器器工工艺艺规规定定操操作作温温度度为为40015400150 0C C，考考虑虑安安全全因因素素，调调节节过过程程中中温温度度偏偏离离给给定定值值不不得得超超过过60600 0C C。现现设设计计运运行行的的温温度度定定值值调调节节系系统统，在在最最大大阶阶跃跃干干扰扰下下的的过过渡渡过过程程曲曲线线如如图图所所示示。试试求求该该过过渡渡过过程程的的最最大大偏偏差差、余余差差、衰衰减减比比、过过渡渡时时间间(按按被被控控变变量量进进入入新新稳稳态态值值的的22为为准准)和和振振荡荡周周期期，并并说说明明该该调调节节系系统统能能否否满满足足工工艺艺要求。要求。作业作业2