过程控制第七节.ppt

上海大学硕士学位论文答辩 过程控制 主讲：孙鑫 Email:xsun@mail.shu.edu.cn 第五章 概述 过程控制的概念 过程控制的任务 过程控制的特点 过程控制的内容 1 过程控制的概念 工业过程分类 连续过程工业 离散过程工业 间隙过程工业 其中连续过程工业约占80% 如石化、电力、冶金、造纸、医药等 工业控制分类 连续过程工业 ? 过程控制 离散过程工业 ? 运动控制 间隙过程工业 ? 混合控制 过程控制的任务，简单的说：就是解决连续过程工业的控制问题。 过程控制 控制对象 非刚体、流体形态 控制参数 温度、压力、流量、液位、成份 控制设备 可控硅、泵、阀 调节器、DCS、FCS、CIPS 运动控制 控制对象 刚体、固体形态 控制参数 位置、速度、加速度等 控制设备 继电器、变频器、PLC、CIMS 2 过程控制的任务 主要三大指标 安全性、经济性、稳定性 安全性：故障诊断、预测 经济性：节能高效 稳定性：消除干扰、保证质量 2 过程控制的任务 基础：了解、掌握生产过程的动静态特性 目标：根据三大指标 应用适宜的理论进行分析和综合 采用适宜的技术手段加以实现 3 过程控制的特点 复杂——难以建模 干扰——难以精确建模 整体——融合，且 局部最优?全局最优 4 过程控制的内容 4 过程控制的内容 过程控制算法 经典控制算法 先进控制算法 现代控制 智能控制 经典控制算法 PID、比值、前馈、串级、smith补偿控制 PID控制 美国N. Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法(1922) 自整定PID控制 先进控制算法：现代控制 自适应、解耦、预测、鲁棒控制 自适应控制 瑞典Karl J. Astrom提出最小二乘辨识，解决了线性定常系统参数估计问题和定阶方法(1967)，六年后，提出了自校正调节器 先进控制算法：智能控制 专家控制、模糊控制、神经控制 模糊控制 1965年，美国学者L.A. Zadeh提出模糊集合和模糊控制概念。 4 过程控制的内容 自动化仪表/系统 模拟调节器 集中计算机控制系统 混合计算机控制系统 分散计算机控制系统 现场（总线）控制系统 集中计算机控制系统 混合计算机控制系统 分散计算机控制系统 现场控制系统 4 过程控制的内容 过程控制软件 控制软件 人机界面软件 管理软件 自动化软件（组态软件） §5－1 对象动特性及其实验测定 一般研究调节对象特性（即建模）的方法有两种： 1. 机理分析法 通过分析过程的机理，根据物料平衡或能量平衡关系求得数学模型，即对象动态特性的微分方程。 2. 实验测定法 通过实验测定，对取得的数据进行加工整理而求得对象的微分方程式或传递函数。 一、机理分析建模法 静态平衡条件 在静态调节下，单位时间流入对象的物料或能量等于从系统中流出的物料或能量； 动态平衡条件 在动态条件下，单位时间内流入系统的物料（或能量）与单位时间内流出的物料（或能量）之差等于系统内物料（或能量）储存量的变化率。 过程对象 单容对象动特性及其数学描述 双容对象动特性及其数学描述 一般工业对象的传递函数表达 过程对象数学模型分类与表达 （1）水槽水位的动特性 如图是一个简单的水位调节对象 流入水槽的水流量Q1是由管路上的阀门1来调节的 流出的水流量Q2决定于管路上阀门2的开度,它是随用户需要而改变的. （1）水槽水位的动特性 （1）水槽水位的动特性 （1）水槽水位的动特性 （1）水槽水位的动特性 写成拉氏变换式 （一个典型的一阶惯性环节） （1）水槽水位的动特性 典型受控过程 ：单容过程 对象原始模型： 典型受控过程 ：单容过程 线性化模型：（ ） 水槽水位的动特性 考虑稳态条件下： 水槽水位的动特性 液阻 及液容C(=A)： （1）水槽水位的动特性 对象的自衡特性 对象在扰动作用破坏其平衡工况后，在没有操作人员或调节器的干预下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。 （2）对象的自衡特性 例如： ? ?1?? ? Q1 ?? h ? ? ? Q2 ?（直到? Q2 =? Q1 ） 对象的自衡特性 自衡对象： 典型受控过程 ：非自衡过程 典型受控过程 ：非自衡过程 2.双容对象动特性及其数学描述 调节对象具有两个水槽,也就是说它有两个可以储水的容器，称为双容对象 由两个一阶惯性环节串联起来，即 （1）双容对象的容量滞后 典型受控过程：多容过程 (2) 多容对象、容量滞后 （3）对象的纯滞后 滞后是指被调量的变化落后于扰动的发生和变化