过程装备控制技术及应用第一章控制系统基本介绍.ppt

1.1生产过程自动化的主要内容： 1、自动检测系统（起眼睛作用） 2、自动信号联锁与保护系统（保护） 3、自动操纵与开停车系统（开环的程序控制系统） 4、自动调节系统（主要系统，能克服干扰作用） 上述四个系统在工业生产中可以独立存在，各起的作用不相同，其中自动调节（控制）系统能力最强，所起的作用最大，是化工自动化的主要内容。 所谓“自动控制”是指应用自动化仪器仪表或自动控制装置代替人自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之有目的地修正被控对象的动力学行为，以达到预期的状态或满足预期的性能要求。 随着现代科学技术的蓬勃发展，炼油、化工、冶金、电力、生物、制药等工业过程的生产规模越来越大型化、复杂化，各种类型的自动控制技术已经成了现代工业生产实现安全、高效、优质、低耗的基本条件和重要保证。 因此，再复杂的控制系统都缘于人工控制。 人工控制与自动控制比较： 自动控制系统的方块图又称为信号流程图，注意与工艺流程图是不一样的。 在画方块图的时间请注意： 1、箭头； 2、方块； 3、布局； 4、负反馈的信号。 按系统输出信号对操纵变量影响划分 闭环控制（输出信号会返回并影响控制信号）与开环控制（输出信号不影响控制信号）。 按系统克服干扰的方法划分 反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统。 按系统的复杂程度划分 简单控制系统（单回路）与复杂控制系统（串级、比值、前馈、分程等） 按被测参数的类型分 压力、温度、流量、物位、成分等。 注意每种分类方法不是绝对的，几种分类方法可以交叉进行 1.2.5 管道、仪表流程图（PID） 控制流程图符号意义 控制流程图字母意义 等幅振荡的品质指标： 等幅振荡为有条件的情况下可以采用的一种过渡过程。其品质指标只有振幅与周期。一般情况下，在工艺允许的前提下尽可能增大振幅，这样周期也就会大一点，可以延缓设备开停的周期。 f q y(一对矛盾) 统一（系统稳定），静态 不统一（系统不稳定），动态 系统的静态与动态 静态是相对的，动态是绝对的。研究动态的目的是为了达到我们所希望的静态。 f t 阶跃式 f t 矩形波 f t 正弦波 f t 斜坡式 f t 脉冲式 1.3.2干扰的形式 一般选择阶跃干扰，主要原因有：突发性强，有代表性；时间长，对被控变量的影响大；工程上容易实现且容易计算。 1.3.3自动控制系统的过渡过程 当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过程称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。 对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。 定值控制系统过渡过程的几种形式(阶跃扰动) 发散振荡 单调发散 等幅振荡 衰减振荡 单调衰减 单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程） 稳定性、准确性和快速性 1.3.3 自动控制系统的品质指标 综合控制指标 最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量，是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。 对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，最大偏差就是第一个波的峰值。为A （1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ） C t y B B’ A 0 稳态特性 最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。若偏差越大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有所限制。 　　同时考虑到干扰会不断出现，当第一个干扰还未清除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，所以要限制最大偏差的允许值。因此，在决定最大偏差的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。 在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定值的程度，一般超调量以百分数给出。 A 超调量定义：第一个波的峰值与最终稳态值之差，即B=A-C,如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于超调量。 y t B B’ C 0 衰减比是衡量过渡过程稳定性的动态指标。 定义：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。 （2）衰减比n 衰减比n C t y B B’ A 0 稳态特性 衰减比n n1:衰减振荡。n越大，则控制系统的稳定度也越高，当n趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近于非振荡过程。 n=1:等幅振荡。 n1:发散振荡。n越小，意味着控制系统的振荡过程越剧烈，