过程控制-第一章探索.ppt

过程控制与自动化仪表 1.1 引言 所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加设备或控制装置使生产过程或被控对象中的某一物理量或多个物理量自动地按照期望的规律去运行或变化。 所谓过程控制，是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程的自动化。 1.1 引言 自动化技术的发展阶段 1）20世纪50年代，单输入单输出的单回路定值控制系统，多采用基地式仪表、气动组合仪表和气动仪表控制器来完成简单控制。 2）20世纪60年代，集中控制及直接数字控制。电动仪表开始使用，并逐步取代气动仪表，单元组合式仪表和组装式仪表。 3）20世纪70年代，集散控制系统（DCS）。先进控制技术、数字化仪表、计算机，特别是网络通信技术的进一步发展，体现“分散控制，集中管理”的理念。 4）近30多年来，计算机控制技术、各种集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）不断涌现，人工智能技术如专家系统、人工神经网络、模糊控制、遗传算法等也有了长足进步。 1.2 开环与闭环的概念 开环控制：不设反馈环节 闭环控制：设有反馈环节 1.2 开环与闭环的概念 1.2.1 开环控制系统 开环控制是最简单的一种控制方式。它的特点是，仅有从输入到输出的前向通路，而没有从输出到输入的反馈通路。 缺点：控制精度取决于组成系统的元件的精度，因此对元器件的要求比较高。由于输出量不能反馈回来影响控制部分，所以输出量受扰动信号的影响比较大，系统抗干扰能力差。 直流电动机转速开环控制 当调节电位器的滑臂位置时，可以改变功率放大器的输入电压，从而改变电动机的电枢电压，最终改变电动机的转速。 1.2 开环与闭环的概念 1.2.2 闭环控制系统 不仅有一条从输入端到输出端的前向通路，还有一条从输出端到输入端的反馈通路。 输出量通过一个测量变送元件反馈到输入端，与输入量比较后得到偏差信号来作为控制器的输入，反馈的作用是减小偏差，以达到满意的控制效果。 闭环控制又称为反馈控制。 如果输入量和反馈量相减则称为负反馈；反之，若二者相加，则称为正反馈。控制系统中一般采用负反馈方式。输入量与反馈量之差称为偏差信号。 系统的输出量能够自动地跟踪输入量，减小跟踪误差，提高控制精度，抑制扰动信号的影响。 直流电动机转速闭环控制 在原来开环控制的基础上，增加了一个由测速发电机构成的反馈回路，该回路检测输出转速的变化并作反馈。 1.3 过程控制系统的组成 贮槽液位控制 1.3 过程控制系统的组成 过程控制系统一般由自动化装置及生产装置两部分组成。 1）被控对象——又称被控过程，是需要控制其工艺变量的生产设备或机器。 2）变送器——将被控制的物理量检测出来并转换成工业仪表间的标准统—信号。 1.3 过程控制系统的组成 过程控制系统一般由自动化装置及生产装置两部分组成。 3）控制器——又称为调节器。其作用是根据反馈量与输入量比较得出的偏差，按一定的规律运算后对执行器发出相应的控制信号或指令的装置。 4）执行器——其作用是依据控制器发出的控制信号或指令，改变操纵变量，从而对被控对象产生直接的控制作用。 1.3 过程控制系统的组成 系统的各种作用量 1）被控变量——是表征生产设备或过程运行状况，需要加以控制的变量，也是过程控制系统的输出量。 2）设定值——又称给定值，是工艺要求被控变量需要达到的目标值，也是过程控制系统的输入量。 3）测量值——是检测元件与变送器的输出信号值，也称反馈量。 4）扰动量——又称干扰或“噪声”，通常是指引起被控变量发生变化的各种因素。 5）操纵变量——受执行器操纵，具体实现控制作用的变量称为操纵变量。 6）偏差——通常把设定值与测量值之差称作偏差。 1.4 过程控制系统的分类和品质指标 1.4.1 过程控制系统的分类 1．定值控制系统 在生产过程中，如果要求控制系统使被控变量保持在一个生产指标上不变，或者说要求工艺参数的设定值不变，这类控制系统称为定值控制系统。 2．随动控制系统 设定值是一个未知变化量的控制系统称为随动控制系统，随动控制系统的目的是使被控变量准确快速地跟随着设定值的变化而变化。这类控制系统又称为自动跟踪系统。 3．程序控制系统 也称顺序控制系统。这类控制系统的设定值是时间的已知函数，即设定值按一定的时间顺序变化。 1.4 过程控制系统的分类和品质指标 1.4.2 过程控制系统的过渡过程 稳态：各个信号保持不变，被控变量不随时间变化而变化的平衡状态。 动态：生产过程受到扰动时，被控变量随时间变化而变化的不平衡状态。 1.4 过程控制系统的分类和品质指标 1.4.2 过程控制系统的过渡过程 1.4 过程控