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仪表与自动化控制 教材和主要参考书目 成绩评定与学习要求 绪 论 绪 论 本课程主要内容 生产过程自动化技术的发展历程简介 第一章 自动控制系统基本概念 §1.1 工业自动化的主要内容 生产过程自动化的主要内容－2-3-4 §1.2 自动控制系统的组成 水槽液位控制 自动控制系统的组成部分 第三节 工艺管道及控制流程图 脱乙烷塔工艺管道及控制流程图 2、图形符号 字母代号、 仪表位号 控制流程图仪表安装位置符号意义 控制流程图字母意义 符号意义－－例子 第四节 自动控制系统方块图 蒸汽加热器自动控制系统方块图 反馈与负反馈 第五节 自动控制系统的分类 自动控制系统按被控变量的设定值分类 随动控制系统－－举例 第六节 系统过渡过程、品质指标 控制系统的静态与动态 阶跃干扰 二、控制系统的品质指标 1.最大偏差或超调量 2.衰减比 3.余差 4.过渡时间;5.振荡周期 或频率 例: 换热器温度控制系统品质指标 本章小结 涡街流量计就地显示仪 就地式玻璃管液位计 最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大数值。在衰减振荡过程中，最大偏差为第一个波的峰值，图中以A表示。超调量是第一峰值A与新稳态值C之差，图中以B表示，即B=A-C。 最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。一般最大偏差小一些为好，若偏离越大，偏离的时间越长，表明被控变量离开正常的工艺指标就越远，不利于生产的正常进行。若干扰比较频繁，第一个干扰还未清除时，第二个干扰可能又出现了，引起偏差产生叠加，因此需要根据工艺来限制最大偏差的允许值。 0 t y A B B’ C 衰减比：前后相邻两个峰值之比，图中以B:B’表示，习惯上表示为 n:1的形式。 衰减比表明过渡过程的衰减程度。若衰减比较小(n?1)，则过渡过程接近于等幅振荡过程，不稳定；若 n 很大，则又太接近于非振荡过程，过渡过程过于缓慢。 n 一般取4 ~ 10之间，是操作人员多年的操作经验总结。衰减比在4:1到10:1之间时，过渡过程开始阶段的变化速度较快，被控变量较快达到第一个峰值，然后马上下降，又较快达到一个低峰值，且第二个峰值远远低于第一个峰值。这种现象表明被控变量再振荡数次后很快会稳定下来，防止操作人员误操作使系统处于难以控制的状态。 0 t y A B B’ C 余差：过渡过程终了时，被控变量所达到的新稳态值与设定值之间的偏差，又叫残余偏差，图中以C表示，偏差的数值可正可负。 一般控制系统被控变量越接近设定值越好，所以余差越小越好。但在实际生产中，也不是要求任何系统的余差都很小，一般余差越小控制系统就越复杂。对余差大小的要求须结合具体系统分析，如贮液槽液位控制系统往往允许液位有较大的变化范围，余差可以大一些；而化学反应器的温度控制要求较高，应尽量消除余差。 根据有无余差可将系统分为有差系统和无差系统。 0 t y A B B’ C 过渡时间：从干扰作用发生时刻起，到系统重新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的时间。一般认为被控变量进入新稳态值的±5 %或(±2 %)时，过渡过程已经结束。过渡时间短，表示过渡过程比较迅速，即使干扰频繁出现，系统也能适应，控制质量高；反之，过渡时间太长，第一个干扰引起的过渡过程尚未结束，第二个干扰就已经出现，几个干扰的影响叠加，可能使系统不能满足生产要求。 振荡周期：过渡过程同相两波峰(或波谷)间的时间间隔，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同的情况下，振荡周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短一些为好。 0 t y A B B’ C 某换热器温度控 制系统在单位阶跃干 扰作用下过渡过程曲 线如右图所示。试分 别求出最大偏差、余 差、衰减比、振荡周 期和过渡时间。 0 5 20 22 t/min y 温度/℃ 230 210 205