1_1 引言.ppt

控制系统分类（4） 连续时间控制与离散时间控制（也称“采样控制”, “数字控制”） 举例：计算机控制系统与模拟调节器 控制系统分类（5） 线性控制与非线性控制 举例：中和反应pH值控制 控制系统分类（6） 多输入多输出控制（Multiple input multiple output，MIMO), 单输入单输出控制（Single input single output，SISO）与多回路控制 举例：精馏塔控制 精馏塔多回路控制 常用控制算法 PID类（包括：单回路PID、串级、比值、分程、选择或超驰控制等）， 特点：主要适用于SISO系统、基本上不需要对象的动态模型、结构简单、在线调整方便。 APC类（先进控制方法，包括：前馈、解耦控制、内模控制、预测控制、自适应控制等）， 特点：主要适用于MIMO或大纯滞后SISO系统、需要动态模型、结构复杂、在线计算量大。 下一讲：过程动态特性分析 过程特性分类 过程特性机理建模法 执行机构介绍 过程特性测试建模法 《过程控制工程》课程介绍 课程教学目的 使学生了解过程控制系统的设计目的与设计步骤以及具体实现 掌握控制系统方块图描述法与过程对象建模方法 面向工业过程的常规PID控制策略，掌握控制系统的分析、设计与实施技术 了解先进控制算法，掌握其设计思想、概念、特点及适用场合 课程的参考资料 教材： 戴连奎主编，过程控制工程（第三版）. 北京：化学工业出版社，2012年8月 主要参考资料： C. A. Smith，Automated Continuous Process Control. New York：John Wiley Sons，Inc., 2002 F. G. Shinskey，过程控制系统—应用、设计与整定（第3版）. 北京：清华大学出版社，2004年5月 考核说明 原则：平时成绩 50%，包括课堂提问、平时练习、综合练习；期末考试（闭卷）50% 平时提问成绩（S1）按 2~5分计（事先未请假缺课，按平时提问0分计） 平时练习成绩（S2）按 2~5分计（迟交一周减1分） 综合练习成绩（S3）按 4~10分计（迟交一周减1分，未交按0分计） 平时成绩： 本课程的基本任务 针对连续被控过程，使学生 掌握控制系统的分析、设计与实施技术 与过程控制工程相关的技术 过程控制工程概论 戴连奎 浙江大学工业控制研究所 2012/02/08 概论内容 控制系统与过程控制系统的概念 过程控制的术语与目标 过程控制系统的描述 控制系统的分类 常用控制算法 系统与控制系统的概念 系统 控制系统 举例讨论这两个概念 ? 控制系统的应用领域 军事领域，例如：飞行控制 机械工程，例如著名的离心式调速器（瓦特） 电力电子 过程工业（包括：石油、化工、冶金、制药、环保等） 经济与管理系统，例如：CPI水平的控制 其它领域… 控制系统举例 ? 过程控制系统的由来 手动操作过程： 借助玻璃管液位计与“人眼”，测量储罐的液位； 在“人脑”中比较实际液位与期望的液位； 基于比较结果， “人脑”决定如何校正两者之间偏差； “手动” 操作输出阀的开度以减少该偏差. 目标：当输入流量改变时，通过调节出口阀开度，使储罐液位保持在其期望值附近。 手动控制的局限性 劳动强度大。对于上述例子，需要操作人员频繁地观察液位的变化，并及时采用合适的措施以消除偏差。 操作的不一致性。对于出口阀如何调节，不同的操作人员会采用不同的决策。 需要大量操作人员。对于大多数工业过程，需要控制的变量很多，因此需要大量的操作人员。生产效率难以提高，而生产成本难以下降。 如何解决 ? 自动控制系统的提出 解决方案：设计一个控制系统以自动地实现上述控制任务，而不需要操作人员的干预。好处很多… 所有控制系统都包含的三个基本部件： 传感变送器：控制系统的“眼睛” 控制器：控制系统的“大脑” 执行机构：可直接受控制器的指挥，通常为调节阀。 反馈控制过程 借助于传感器，获得液位测量信号，再通过变送器将测量信号放大、并转换成控制器可接受的标准信号； 控制器（有时也称“调节器”）接受该标准测量信号，并与其期望值进行比较； 基于比较结果，控制器决定如何校正测量值与其期望值之间的偏差； 基于决策结果，控制器给执行机构发出一个控制信号，让执行机构采用具体的动作。 控制系统中的三个基本操作 测量（Measurement） 借助于传感器与变送器，获取需要控制的变量的当前值 决策（Decision） 基于需要控制的变量的测量值，控制器决定如何使该变量保持在其期望值 动作/执行（Action） 作为控制器的决策结果，控制系统必须采用具体有效的动作，通常由执行单元（如控制阀）来完成。已实施的动作或行动应反过来影响测量信号。