冶金过程控制基础及应用课件.pptx

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1、冶金过程控制基础及应用冶金过程控制基础及应用授课教师：授课教师：吕国志吕国志 授课班级：授课班级：冶冶1305-13081305-1308 授课时间：授课时间：1-101-10周周本科生课程本科生课程第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念|概念1成套过程装置 是组成过程工业的工作母机群，它通常是一系列的过程机器和过程设备，按一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的密闭连续系统，再配以必要的控制仪表和设备，既能平稳连续地把以流体为主的各种流程性材料，让其在装置内部经历必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性材料产品。第第一一节节 概概 述述 概念2过程装备 单元过程设备

2、（如塔、换热器、反应器与储罐等）与单元过程机器（如压缩机、泵与分离机等）二者统称。第第一一节节 概概 述述 第第一一节节 概概 述述 概念概念概念概念3 3 3 3：过过程程装装备备控控制制：是是指指在在过过程程设设备备上上，配配上上一一些些自自动动化化装装置置以以及及合合适适的的自自动动控控制制系系统统来来代代替替操操作作人人员员的的部部分分或或全全部部直直接接劳劳动动，使使设设计计、制制造造、装装备备、安安装装等等在在不不同同程程度度上自动地进行。上自动地进行。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 概念概

3、念4 4：生生产产过过程程自自动动化化：利利用用自自动动化化装装置来管理生产过程的方法。置来管理生产过程的方法。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念问问题题一一：生生产产过过程程自自动动化化系系统统包包含的内容？含的内容？四个部分的内容：四个部分的内容：z自动检测系统自动检测系统z信号联锁系统信号联锁系统z自动操纵系统自动操纵系统z自动控制系统自动控制系统第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 1.1.自动检测系统自动检测系统 采采用用各各种种检检测

4、测仪仪表表(如如热热电电偶偶、热热电电阻阻、压压力力传传感感器器等等)自自动动连连续续地地对对各各种种工工艺艺变变量量(如如温温度度、压压力力、流流量量、液液位位等等)进进行行测测量量，并并将将测测量量结结果果用用仪仪表表(如如动动圈圈仪仪表表、电电子子电电位位差差计计等等)指指示示记记录录下下来来供供操操作作人人员员观观察察、分分析析或或将将测测量量到到的的“信信息息”传传送送给给控控制制系系统统，作作为为自自动动控控制制的的依据。依据。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 作作用用：通通过过随随时时了了解

5、解生生产产过过程程中中各各工工艺艺参参数数的的变变化化情情况况，来来控控制制不不断断进进行行着着各各种种物物理理化化学学变变化化的的生生产过程。产过程。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 8220系列压力变送器是瑞士trafag公司新推出的溅射薄膜通用产品之一，具有较高的精度，耐高温，小巧紧凑。精度高，耐腐蚀，耐高温，您最好的选择8891瑞士Trafag公司为世界知名的压力传感器生产商。其液压系统专用的8891（8251）系列是欧洲著名品牌，有着很大的市场份额。在中国很多直接从欧洲进口的机械设备中都能见到该

6、款产品的身影。好产品能经的起时间的考验。MST系列温度传感器变送器广泛应用于电力、石油、化工、建材、科研等行业的温度测量。磁致伸缩位移传感器是采用磁致伸缩原理开发而成的高精度超长行程绝对位置测量传感器，它不但可以测量运动物体的直线位移，同时给出运动物体的位移速度模拟信号，极为方便的多种输出方式可满足各种测量、控制、检测的要求；由于采用非接触测量方式，不致由于摩擦、磨损等原因造成传感器的使用寿命降低电流传感器，安装于印刷线路板上。其优点在于：出色的精度，良好的线性度，低温漂，最佳的反应时间，宽频带，无插入损坏，抗干扰能力强。主要应用于：交流变频调速、伺服电极，直流电机牵引的静电转化，电池电源，不

7、间断电源开关电源和电焊机电源。采用外壳和膜片为一体的圆膜片结构尺寸小，安装方便频响高，精度高，输出mV信号，性能稳定可靠适用于各种动、静态，气、液体介质的压力测量LUGB-A型系列智能涡街流量计是以涡街流量传感器为主体,以微功耗单片微处理器为核心的现场显示型仪表。该仪表采用的微机技术与微功耗技术，功能强、结构紧凑、操作简单，是石油、化工、电力、冶金等行业流体计量的理想仪表。该仪表可用来测量液体、气体和蒸汽的流量第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 2.2.信号联锁系统信号联锁系统 信信号号联联锁锁系系统统是是

8、一一种种安安全全装装置置。在在生生产产过过程程中中，有有时时由由于于一一些些偶偶然然因因素素的的影影响响会会导导致致某某些些工工艺艺变变量量超超出出允允许许的的变变化化范范围围，使使生生产产不不能能正正常常运运行行。严严重重时时甚甚至至会会引引起起燃燃烧烧、爆爆炸炸等等事事故故。为为了了确确保保安安全全生生产产，常常对对这这些些关关键键性性变变量量设设置置信号报警或联锁保护装置。信号报警或联锁保护装置。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 作作用用：是是在在事事故故发发生生前前，自自动动地地发发出出声声光光报

9、报警警信信号号，引引起起操操作作员员的的注注意意以以便便及及早早采采取取措措施施。若若工工况况已已接接近近危危险险状状态态，信信号号联联锁锁系系统统将将启启动动：打打开开安安全全阀阀，切切断断某某些些通通路路或或紧紧急急停停车车，从从而而防止事故的发生或扩大。防止事故的发生或扩大。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 3.3.自动操纵系统自动操纵系统 这这是是一一种种根根据据预预先先规规定定的的程程序序，自自动动地地对对生生产产设设备备进进行行某某种种周周期期性性操操作作，极极大大地地减减轻轻操操作作人人员员

10、的的繁繁重重或或重重复复性性体体力力劳劳动动的的装装置置。例例如如，合合成成氨氨造造气气车车间间煤煤气气发发生生炉炉的的操操作作就就是是按按照照程程序序自自动动地地进进行行的的，如如自自动动进进行行吹吹风风、上上吹吹、下下吹吹制制气气、吹吹净净等等步步骤骤，周周期期性性地地接接通通空空气气与水蒸气，实现自动操纵。与水蒸气，实现自动操纵。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 4.4.自动控制系统自动控制系统 利利用用一一些些自自动动控控制制仪仪表表及及装装置置，对对生生产产过过程程中中某某些些重重要要的的工工艺

11、艺变变量量进进行行自自动动调调节节，使使它它们们在在受受到到外外界界干干扰扰影影响响偏偏离离正正常常状状态态后后，能能够够自自动动地地重重新新回回复复到到规规定定的的范范围围之之内内，从而保证生产的正常进行。从而保证生产的正常进行。问题二：问题二：过程装备控制的内容？过程装备控制的内容？过过程程装装备备控控制制是是工工业业生生产产过过程程自自动动化化的的重重要要组组成成部部分分，它它主主要要是是针针对对过过程程装备的主要参数进行控制。装备的主要参数进行控制。主要参数：主要参数：第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概

12、述述 z温度温度z压力压力z流量流量z液位（物位）液位（物位）z成分成分z物性物性问问题题三三：工工业业生生产产过过程程对对过过程程装装备控制的要求？备控制的要求？很多，主要有三项要求：很多，主要有三项要求：z安全性安全性z经济性经济性z稳定性稳定性第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 1.1.安全性安全性 是是指指在在整整个个生生产产过过程程中中，确确保保人人身身和和设设备备的的安安全

13、全，这这是是最最重重要要也也是是最最基基本本的要求。的要求。方方法法：通通常常是是采采用用越越限限报报警警、事事故故报报警警和和连连锁锁保保护护等等措措施施加加以以保保证证。随随着着控控制制技技术术和和计计算算机机技技术术的的不不断断发发展展，在在线线故故障障预预测测和和诊诊断断、容容错错控控制制等等技技术术可可以以进进一步提高系统的安全性。一步提高系统的安全性。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 2.2.经济性经济性 是是指指在在生生产产同同样样质质量量和和数数量量产产品品所所消消耗耗的的能能量量和和原原

14、材材料料最最少少。也也就就是是要要求求生产成本低而效率高。生产成本低而效率高。随随着着市市场场竞竞争争加加剧剧和和能能源源的的匮匮乏乏，经济性已越来越受到各方面的重视。经济性已越来越受到各方面的重视。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 3.3.稳定性稳定性 是是指指系系统统应应具具有有抵抵抗抗外外部部干干扰扰，保保持持生生产产过过程程长长期期稳稳定定运运行行的的能能力力。在在生生产产过过程程中中，原原材材料料成成分分变变化化、反反应应器器内内催催化化剂剂老老化化、换换热热器器表表面面结结垢垢等等都都会会或或

15、多多或或少少地地影影响响生生产产过过程稳定性。程稳定性。问题四：问题四：过程装备控制的任务？过程装备控制的任务？在在了了解解、掌掌握握工工艺艺流流程程和和生生产产过过程程的的静静态态和和动动态态特特性性的的基基础础上上，根根据据上上述述三三项项要要求求，应应用用理理论论对对控控制制系系统统进进行行分分析析和和综综合合，最最后后采采用用合合适适的的技技术术手手段段加加以以实实现现。因因此此可可以以说说，过过程程装装备备控控制制是是控控制制理理论论、工工艺艺知知识识、计计算算机机技技术术和和仪仪器器仪仪表表等等相相结结合合而而构构成成的的一一门门综综合合性性应应用科学。用科学。第一章第一章第一章第

16、一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第一一节节 概概 述述 第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 一、过程装备的控制一、过程装备的控制一、过程装备的控制一、过程装备的控制 工工工工业业业业生生生生产产产产过过过过程程程程都都都都是是是是在在在在一一一一定定定定的的的的温温温温度度度度、压压压压力力力力、浓浓浓浓度度度度、物物物物位位位位等等等等工工工工艺艺艺艺条条条条件件件件下下下下进进进进行行行行的的的的。为为为为此此此此，必必必必须须须须对对对对这这这这些些些些工工工工艺艺艺艺变变变变量量量量进进进进行行行行控控控控制制制制，使使使使其其其

17、其稳稳稳稳定定定定在在在在保保保保证证证证生生生生产产产产正正正正常常常常运运运运行行行行的的的的范范范范围围围围之之之之内内内内。为为为为了了了了实实实实现现现现控控控控制制制制要要要要求求求求，通通通通常常常常有有有有两两两两种种种种方方方方式式式式可可可可以以以以选选选选择择择择：人人人人工工工工控控控控制制制制和和和和自自自自动动动动控控控控制制制制。下下下下面面面面以以以以锅锅锅锅炉炉炉炉汽汽汽汽包包包包水水水水位位位位控控控控制制制制为为为为例例例例，说说说说明明明明人人人人工工工工控控控控制制制制与自动控制的执行过秤。与自动控制的执行过秤。与自动控制的执行过秤。与自动控制的执行过

18、秤。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念（a）人工控制）人工控制 （b）自动控制）自动控制图图1-1 锅炉水位控制示意图锅炉水位控制示意图第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 自动控制与人工控制比较：自动控制与人工控制比较：在在自自动动控控制制系系统统中中，测测量量仪仪表表、控控制制仪仪表表、自自动动调调节节阀阀分分别别代代替替人人工工控控制制中中人人的的观观察察、思思考考和和手手动动操操作作，因因而而大大大大降降低低了了人人的的

19、劳劳动动强强度度；同同时时由由于于仪仪表表的的信信号号测测量量、运运算算、传传输输、动动作作速速度度远远远远高高于于人人的的观观察察、思思考考和和操操作作过过程程，因因此此自自动动控控制制可可以以满满足足信信号变化速度快、控制要求高的场合。号变化速度快、控制要求高的场合。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念二、控制系统的组成二、控制系统的组成由两大部分组成：由两大部分组成：|起起控控制制作作用

20、用的的全全套套自自动动控控制制装装置置，包包括括测测量量仪仪表表、变变送送器器、控制仪表以及执行器等；控制仪表以及执行器等；|自自动动控控制制装装置置控控制制下下的的生生产产设设备备，即即被被控控对对象象如如锅锅炉炉、反反应应器、换热器等。器、换热器等。第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念 图图1-1(b)1-1(b)中中，锅锅炉炉、差差压压变变送送器器、调调节节器器、执执行行器器等等构构成成了了一一个个完整的自动控制系统。完整的自动控制系统。系统各部分的作用如下。系统各部分的作用如下。第

21、第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念1.1.被控对象被控对象 在在自自动动控控制制系系统统中中，工工艺艺变变量量需需要要控控制制的的生生产产设设备备或或机机器器称称为被控对象，简称对象。为被控对象，简称对象。第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念 在在化化工工生生产产中中，各各种种塔塔器器、反反应应器器、泵泵、压压缩缩机机以以及及各各种种容容器器、贮贮罐罐、贮贮槽槽，甚甚至至一一段段输输送

22、送流流体体的的管管道道或或者者复复杂杂塔塔器器(如如精精馏馏塔塔)的的某某一一部部分分都都可可以以是是被被控控对对象象。图图1-11-1中中的的锅锅炉炉即即为为锅锅炉炉汽汽包包水水位位控制系统中的被控对象。控制系统中的被控对象。第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念2.2.测量元件和变送器测量元件和变送器 测测量量需需控控制制的的工工艺艺参参数数并并将将其其转转化化为为一一种种特特定定信信号号(电电流流信信号号或或气气压压信信号号)的的仪仪器器，在在自自动动控控制制系系统统中中起起着着“眼眼

23、睛睛”的作用，因此要求准确、及时、灵敏。的作用，因此要求准确、及时、灵敏。第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念3.3.调节器调节器 又又称称控控制制器器，它它将将检检测测元元件件或或变变送送器器送送来来的的信信号号与与其其内内部部的的工工艺艺参参数数给给定定值值信信号号进进行行比比较较，得得到到偏偏差差信信号号：根根据据这这个个偏偏差差的的大大小小按按一一定定的的运运算算规规律律计计算算出出控控制制信信号号，并并将将控控制制信信号号传传送送给给执执行行器。器。第第二二节节 控控制制系系统统

24、的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念4.4.执行器执行器 接接受受调调节节器器送送来来的的信信号号，自自动动地地改改变变阀阀门门的的开开度度，从从而而改改变变输输送送给给被被控控对对象象的的能能量量或或物物料料量量。最最常常用用的的执执行行器器是是气气动动薄薄膜膜调调节节阀阀。当当采采用用电电动动调调节节器器时时，调节阀上还需增加一个电气转换器。调节阀上还需增加一个电气转换器。第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念5

25、.5.辅助装置辅助装置 例例如如给给定定装装置置、转转换换装装置置、显显示示仪仪表表等等。其其中中显显示示仪仪表表可可以以是是单单独独的的仪仪表表，也也可可以以是是测测量量仪仪表表、变变送送器器和和调调节节器器里里附附有有的的显显示部分。示部分。第第二二节节 控控制制系系统统的的组组成成 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图 定定义义：在在研研究究控控制制系系统统时时，为为了了能能够够更更清清楚楚地地表表示示出出控控制制系系统统中中各各个个组组成成部部分分之之间间的的相相互互影影响响和和

26、信信息息联联系系，一一般般用用方方框框图图来来表表示示控控制系统的组成和作用。制系统的组成和作用。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图 图图1-2 1-2 简单控制系统方框图简单控制系统方框图2211第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念环环节节：图图中中的的每每一一个个方方框框代代表表控控制制系系统统的的一一个个组组成成部部分分，称称为为“环环节节”。环环节节具具有有单单向向性性，即即任任何何环环节节只只能能由由输输入入得得到

27、到输输出出，不能逆行。不能逆行。加加法法器器：方方框框图图中中的的圆圆圈圈称称为为“加加法法器器”，用用于于信信号号相相加加或或相相减减，当当两两个个信信号号相相减减 即即e e=y ys s y ym m，又称为比较元件。，又称为比较元件。第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念箭箭头头：连连接接两两个个环环节节的的带带箭箭头头的的线线条条表表示示控控制制系系统统中中传传递递的的信信息息，也也就就是是系系统统中中各各环环节节输输入入输输出出的的变变量量。箭箭头头指指出出了了信信息息的的作

28、作用用方方向向：箭箭头头送送入入的的信信息息为为该该环环节节的的输输入入信信号号，箭箭头头送送出出的的信信息息为为该该环环节节的的输输出出信信号号。每每一一个个环环节节输输出出信信号号与与输输入入信信号号之之间间的的关关系系仅仅取取决决于于该该环环节节自自身身的的特特性性。从从整整个个系系统统来来看看，给给定定值值信信号号和和干干扰扰信信号号是是输输入入信信号号，被被控控变变量量或或其其测测量量值值是是系系统统的输出信号。的输出信号。第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念方框图中一些控制

29、系统常用术语：方框图中一些控制系统常用术语：被被控控变变量量y y：需需要要控控制制的的工工艺艺参参数数，如如锅锅炉炉汽汽包包的的水水位位、反反应应器器温温度度、燃燃料料流流量量等等。它它是是被被控控对对象象的的输输出出信信号号。在在控控制制系系统统方方框框图图中中，它它也也是是自自动动控控制制系系统统的的输输出出信信号号。但但它它是是理理论论上上的的真真实实值值，由由测测量量变变送送器器输输出的信号是被控变量的测量值出的信号是被控变量的测量值y ym m。第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的

30、基本概念给给定定值值(或或设设定定值值)y)ys s：对对应应于于生生产产过过程程中中被被控控变变量量的的期期望望值值。当当其其值值由由工工业业调调节节器器内内部部给给出出时时称称为为内内给给定定值值。最最常常见见的的内内给给定定值值是是一一个个常常数数，它它对对应应于于被被控控变变量量所所需需保保持持的的工工艺艺参参数数值值；当当其其值值产产生生于于外外界界某某一一装装置置，并并输输入入至至调调节节器器时时称称为为外外给给定定值。值。第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念测测量量值值y

31、 ym m：由由检检测测元元件件得得到到的的被被控控变变量量的实际值。的实际值。操操纵纵变变量量（或或控控制制变变量量）m m：受受控控于于调调节节阀阀，用用以以克克服服干干扰扰影影响响，具具体体实实现现控控制制作作用用的的变变量量称称为为操操纵纵变变量量，它它是是调调节节阀阀的的输输出出信信号号。在在图图l-1l-1所所示示的的例例子子中中，就就是是锅锅炉炉的的给给水水流流量量。化化工工、炼炼油油等等上上厂厂中中流流过过调调节节阀阀的的各各种种物物料料或或能能量量，或或者者由由触触发发器器控控制制的的电电压压或或电流都可以作为操纵变量。电流都可以作为操纵变量。第第三三节节 控控制制系系统统的

32、的方方框框图图 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念干干扰扰（或或外外界界扰扰动动）f f：引引起起被被控控变变量量偏偏离离给给定定值值的的，除除操操纵纵变变量量以以外外的的各各种种因因素素。最最常常见见的的干干扰扰因因素素是是负负荷荷改改变变，电电压压、电电流流的的波波动动，气气候候变变化化等等。锅锅炉炉水水位位控控制制中中，蒸蒸汽汽用用量的变化就是一种干扰。量的变化就是一种干扰。第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图 第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念偏偏差

33、差信信号号e e：在在理理论论上上应应该该是是被被控控变变量量的的实实际际值值与与给给定定值值之之差差，而而能能够够直直接接获获取取的的信信息息是是被被控控变变量量的的测测量量值值，因因此此，通通常常把把给给定定值值与与测测量量值值的的差差作作为为偏偏差差，即即e e=y ys s -y ym m。在在反反馈馈控控制制系系统统中中，调调节节器器根根据据偏偏差差信信号的大小去控制操纵变量。号的大小去控制操纵变量。控控制制信信号号u u：控控制制器器将将偏偏差差按按一一定定规规律律计算得到的量。计算得到的量。第第三三节节 控控制制系系统统的的方方框框图图|按被控变量的不同按被控变量的不同|按调节器

34、的控制规律按调节器的控制规律|按给定值的特点按给定值的特点|按系统输出信号对操纵按系统输出信号对操纵变量影响变量影响|按系统的复杂程度按系统的复杂程度|按系统克服干扰的方法按系统克服干扰的方法第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类分析分析自动自动控制控制系统系统的特的特性时性时常用常用分类方法很多：分类方法很多：分类一：分类一：按被控变量的不同按被控变量的不同z温度控制系统温度控制系统z流量控制系统流量控制系统z压力控制系统压力控制系统z液位控制系统液位控制系统z成分控制系统成分控制系统z其它

35、等其它等第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类分类二：分类二：按调节器的控制规律按调节器的控制规律z比例控制系统比例控制系统z比例积分控制系统比例积分控制系统z比例微分控制系统比例微分控制系统z比例微分积分控制系统比例微分积分控制系统z其它等其它等第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类分类三：分类三：按给定值的特点按给定值的特点z定值控制系统定值控制系统z随动控制系统随动控制系统z程序控制系统

36、程序控制系统第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念定值控制系统定值控制系统 该该系系统统的的给给定定值值是是恒恒定定不不变变的的，因因此此称称为为“定定值值”。控控制制系系统统的的输输出出(即即被被控控变变量量)应应稳稳定定在在与与给给定定值值相相对对应应的的工工艺艺指指标标上上，或或在在规规定定工工艺艺指指标标的的上上下下一一定定范范围围内内变变化化。在在生生产产过过程程中中，大大多多数数场场合

37、合要要求求被被控控变变量量保保持持恒恒定定或或在在给给定定值值附附近近。因因此此，定定值值控控制制系统是生产过程控制中最常见的。系统是生产过程控制中最常见的。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念随动控制系统随动控制系统 该该系系统统的的给给定定值值是是一一个个不不断断变变化化的的信信号号，而而且且这这种种变变化化不不是是预预先先规规定定好好的的，也也就就是是说说给给定定值值的的变变化化是是随随机机的的。这这类类系系统统的的主主要要任任务务是是使使被被控控变变量量能能够够迅迅速速地地、准准确确

38、无无误误地地跟跟踪踪给给定定值值的的变变化化，因因此此这这类类系系统统又又称称为为自自动动跟跟踪踪系系统统。在在生生产产过过程程中中，多多见见于于复复杂控制系统杂控制系统中。中。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念程序控制系统程序控制系统 该该系系统统的的给给定定值值也也是是一一个个小小断断变变化化的的信信号号，但但这这种种变变化化是是一一个个已已知知的的时时间间函函数数，即即给给定定值值按按一一定定的的时时间间程程序序变变化化。这这类类系系统统在在间间歇歇生生产产过过程程中中的的应应用用比

39、比较较广广泛泛，如如食食品品工工业业中中的的罐罐头头杀杀菌菌温温度度控控制制、造造纸纸工工业业中中制制浆浆蒸蒸煮煮温温度度控控制制等等，它它们们要要求求的的温温度度指指标标不不是是一一个个恒恒定定的的数数值值，而而是是一一个个按按工工艺艺规规程程规规定定好好的的时时间间函函数数，具具有有一一定定的的升升温温时时间间、保保温温时时间间、降温时间等。降温时间等。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类分分类类四四：按按系系统统输输出出信信号号对对操操纵纵变量影响变量影响z闭环控制闭环控制z开环控制开环控制第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基

40、本概念第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念闭环控制闭环控制 在在该该系系统统中中，系系统统输输出出信信号号的的改改变变会会返返回回影影响响操操纵纵变变量量，所所以以操操纵纵变变量量不不是是独独立立的的变变量量，它它依依赖赖于于输输出出变变量量。闭闭环环控控制制系系统统的的最最常常见见形形式式是是负负反反馈馈控控制制系系统统。当当操操纵纵变变量量使使系系统统的的输输出出信信号号增增大大时时，反反馈馈影影响响操操纵纵变变量量的结果使输出信号减小。的结果使输出信号减小。第第四四节节 控控制制系系统

41、统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念 负反馈是使系统稳定工作的基本负反馈是使系统稳定工作的基本条件。一个工业控制系统，当调节器条件。一个工业控制系统，当调节器进入进入“自动自动”运行时，就是一个闭环运行时，就是一个闭环控制系统。控制系统。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念 如如前前所所述述，图图1-21-2所所示示的的自自动动控控制制系系统统元元需需操操作作者者干干预预其其运运行行即即可可自自动动克克服服干干扰扰作

42、作用用的的影影响响，使使被被控控变变量量保保持持在在给给定定值值的的附附近近。其其控控制制作作用用依依赖赖于于对对被被控控变变量量的的测测量量。自自动动控控制制通通过过调调节节器器输输出出的的控控制制信信号号实实现现；调调节节器器根根据据被被控控变变量量偏偏差差信信号号的的大大小小产产生生相相应应的的控控制制作作用用，改改变变操操纵纵变变量量，克克服服干扰作用的影响。干扰作用的影响。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念开环控制开环控制 该该系系统统的的操操纵纵变变量量不不受受系系统统输输出出

43、信信号号的的影影响响。为为了了使使系系统统的的输输出出满满足足事事先先规规定定的的要要求求，必必须须周周密密而而精精确确地地计计算算操操纵纵本本来来的的变变化化规规律律。一一个个工工业业控控制制系系统统，当当反反馈馈回回路路断断开开或或调调节节器器置置于于“手手操操”位位置置时时，就就成成为为开开环环控控制制系系统统。图图l-l(a)l-l(a)中中所所示示的的人人工工控控制制即为开环控制系统。即为开环控制系统。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类分类五：分类五：按系统的复杂程度按系统的复杂程度z简单控制系统简单控制系统z复杂控制系统复杂控制系统第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概

44、念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念简单控制系统简单控制系统 如如图图1-21-2所所示示控控制制系系统统。这这类类控控制制系系统统只只有有一一个个简简单单的的反反馈馈回回路路，所所以以也也可可称称为为单单回回路路控控制制系系统统。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念复杂控制系统复杂控制系统 在在系系统统中中包包含含多多个个调调节节器

45、器、检检测测变变送送器器或或执执行行器器，从从而而形形成成系系统统中中存存在在有有多多个个回回路路或或者者在在系系统统中中存存在在有有多多个个输输入入信信号号和和多多个个输山信号。输山信号。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念TCTC温度调节器温度调节器 TTTT温度测量变送器温度测量变送器 该该系系统统有有两两个个回回路路，反反应应器器的的温温度度T T1 1通通过过进进入夹套的蒸汽量加以控制。入夹套的蒸汽量加以控制。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类 图图1-3 1-3 夹夹套套

46、式式反反应应器器温温度度控控制制系系统统第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念图图l-4 l-4 夹套反应器温度控制系统方框图夹套反应器温度控制系统方框图 由由图图可可见见，该该系系统统具具有有两两个个反反馈馈回回路路，工工程程上上又又称称串串级级控控制制系系统统。此此外外，还可以有更多的回路或更为复杂的形式。还可以有更多的回路或更为复杂的形式。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类分类六：分类六：按系统克服干扰的方法按系统克服干扰的方法z反馈控制系统反馈控制系统z前馈控制系统前馈控制系统z前馈前馈-反馈控制系统反馈控制系统第一章

47、第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念反馈控制系统反馈控制系统第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类图图1-5 1-5 反馈控制系统反馈控制系统第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念 当当干干扰扰f f使使系系统统的的被被控控变变量量发发生生改改变变时时，被被控控变变量量反反馈馈至至系系统统输输入入端端与与给给定定值值相相比比较较并并得得到

48、到偏偏差差信信号号，经经调调节节器器及及调调节节阀阀影影响响操操纵纵变变量以减弱或消除被控变量的变化。量以减弱或消除被控变量的变化。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念前馈控制系统前馈控制系统第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类图图1-6 1-6 前馈控制系统前馈控制系统第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念 当当干干扰扰f f引引起起被被控控对对象象的的输输出出y y2 2改改变变时时，控控制制系系统统测测得得干干扰扰信信号

49、号的的大大小小，并并输输入入前前馈馈补补偿偿器器(或或称称前前馈馈控控制制器器)，由由前前馈馈补补偿偿器器的的输输出出去去控控制制操操纵纵变变量量m m，引引起起被被控控对对象象输输出出y y1 1的的改改变变并并且且y y1 1与与y y2 2的的方方向向相相反反，由由此此减减弱弱或或消消除除被被控控变变量量y y受受干干扰扰影影响响而而产产生生的的变变化化。当当前前馈馈完完全全补补偿偿时时，有有y y=y=y1 1+y+y2 2=0=0。第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念前馈反馈控制系

50、统前馈反馈控制系统第第四四节节 控控制制系系统统的的分分类类图图1-7 1-7 前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统由前馈和反馈控制系统复合在一起构成。由前馈和反馈控制系统复合在一起构成。第一章第一章第一章第一章 控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念控制系统的基本概念 当当受受到到干干扰扰f f的的影影响响时时，可可以以通通过过前前馈馈控控制制器器使使被被控控变变量量不不变变，若若前前馈馈补补偿偿不不完完全全，还还可可以以通通过过反反馈馈控控制制系系统统加加以以修修正正。控控制制系系统统受受其其他他因因素素影影响响，或或系系统统的的给给定定值值发发生生改改变变时时，则则由由反反馈