过程控制的发展概述 自动化仪表与过程控制 教学课件.pptVIP

自动化仪表与过程控制 山东建筑工程学院信电系 主要内容 检测仪表 DDZ-III型调节器 执行器、节器及防爆栅 数字式控制仪表 调节对象的特性及试验测定 单回路控制系统设计及调节的参数整定方法 复杂调节系统的设计 生产过程中实际的控制系统 推荐的参考书 《自动化仪表过程控制》 施仁 主编 电子工业出版社 绪论 过程控制的发展概述 过程控制的特点　任务和要求 过程控制系统的分类及其性能指标 １－１　过程控制的发展概述 过程控制的定义： 石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程的自动控制 过程控制的发展阶段 仪表与局部自动化（50-60年代） 综合自动化（ 60-70年代） 全盘自动化（70年代中期） 现在已进入CIPS（Computer Integrated Process System）过程控制时代。 除过程工艺控制以外，还对市场营销、生产计划调度、原材料选择、产品分配、成本管理、优化和管理工艺过程等。 依赖分布式控制系统、先进过程控制策略、网络技术、数据技术。 仪表与局部自动化阶段 特点： 1. 采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2.主要为气动仪表 3.单输入单输出系统（SISO） 4.被控参数主要为温度、压力、流量和液位四种 5.定值调节 6.所依赖的理论为频率法和根轨迹法 综合自动化阶段 全盘自动化阶段 １－2　过程控制的特点 任务和要求 过程控制的特点 1. 系统由系列化生产的过程检测仪表组成 2. 被控过程复杂多样：多惯性环节、大惯性、大时延、非线性（水流在雷诺数以上阻力增大）、分布参数系统（温度场的控制）、时变系统（飞船的质量在不断减少） 3. 控制方案十分丰富 4.控制过程多属慢参量控制 5.定值控制是主要形式 图 1－2 锅炉过热蒸汽温度控制框图 过程控制的任务和要求 基本要求：安全性、经济性、稳定性。 控制任务的实现: 1. 确定控制目标 2. 选择被控参数 3. 选择操作量（控制介质） 4. 确定控制方案 5. 选择控制策略－即算法 6. 选择执行器 7. 设计报警、联锁保护系统 8. 控制系统的调试、投运和参数整定 图1-3 氧量调节器 氧量变送器 油温度变送器 油温度调节器 压力变送器 压力调节器 1. 确定控制目标 （1）热油温度稳定 （2）热油温度稳定，烟气含氧量稳定 （3）热油温度稳定，烟气含氧量稳定，热效率最高 选定一个目标，不同的目标对应不同的方案 2. 选择被控参数：如出口油温，烟气含氧量等。 3. 选择操作量（控制介质）：如燃油流量，挡板开度 4. 确定控制方案 （1）采用SISO单回路调节系统 （2）采用温度、含氧量多输入多输出系统（MIMO） （3）要进行热效率分析，其方案更复杂 5. 选择控制策略－即算法 根据方案可选：PID、推理控制、预测控制、解藕控制、自适应控制、模糊控制等。 6. 选择执行器 气动执行器 电动执行器 气动执行器 1－3 过程控制系统的分类及其性能指标 控制系统的分类 1. 按系统的结构特点分类 反馈控制系统、前馈控制系统、前馈－反馈复合控制系统 2. 按给定值信号的特点分类 定值控制系统、随动控制系统、顺序控制系统 图1-4 图1-5 过程控制系统的性能指标 对每一个控制系统来说，在设定值发生变化或系统受到扰动作用时，被控量应该平稳、迅速和准确的趋近或回复到设定值。通常从稳定性、快速性和准确性三个方面提出单项指标，并把他们组合起来；也可以提出综合指标。 性能指标分为时域和频域；下面主要以时域为例说明性能指标。 图1-6 衰减比：n=y1/y3, 常用n= 4 : 1 衰减率： ψ=(y1-y3)/y1, 常用ψ=0.75=75% n和ψ表征系统的稳定性 最大动态偏差和超调量 设定值阶跃：超调量 σ＝y1/y(∞) × 100% 对二阶系统： 扰动值阶跃：动态误差|emax|=|y1+ y(∞) | σ |emax| ：动态误差 残余偏差 e(∞)＝r－ y(∞) r 为设定值给定的输出量 当为定值调节时，r＝0，则e(∞)＝－ y(∞) e(∞)为静态偏差 调节时间和振荡频率 ts ：当y(t)进入y(∞) 的5％或2％时所用的时间。 当n不变时，振荡频率越高，调节时间越短，故振荡频率也可表示调节的快速性。 上面的ts，ωc表明快速性 误差积分指标 误差积分： IE=∫e(t)dt 只表示误差 绝对积分: IAE=∫|e (t)|dt 全部误差 平方误差积分ISE=∫e2(t)dt 强调动差 时间与绝对误差积分ITAE=∫t|e(t)|d