[工学]过程控制课件.ppt

第一节 过程控制系统的发展状况 过程控制：指在生产过程中，运用合适的控制策略，采用自动化仪表及系统来代替操作人员的部分或全部劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。 人工调节 自动调节 第一节 过程控制系统的发展状况 过程控制系统发展历史 第一节 过程控制系统的发展状况 过程控制系统的分类 随动控制系统 程序控制系统 3）前馈-反馈控制系统 第三节 过程控制系统的性能指标 常见典型信号 一、控制过程的基本形式 衡量控制系统调节品质的优劣可以归纳为三个方面即稳定性，准确性、快速性。  稳定性：稳定的控制系统才可以采用（根据最大偏差、衰减比）  准确性：用动态偏差和静态偏差衡量  快速性：用调节时间衡量 第二章 建立过程数学模型 (1). 参量模型 当数学模型是采用数学方程式来描述时，称为参量模型。参量模型可分为微分方程、传递函数等。 1 单容液位对象的数学模型 根据动态物料平衡关系： 讨论：(1)、静态时，q1=q2，dh/dt=0 ； (2)、当q1变化时?h变化? q2变化。 经线性化处理，有： （2）无自平衡过程的动态特性 根据动态能量平衡关系： 二、 用响应曲线法辨识过程的数学模型 阶跃扰动法测定对象的响应曲线 由过程阶跃响应曲线确定其数学模型 一般过程的模型结构： 1、无滞后一阶惯性环节的参数确定 2、一阶纯滞后惯性环节的参数确定 PID控制的优点： 比例度δ 定义：控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数，表达式为 其中：e为控制器输入信号的变化量，即偏差信号； (Zmax-Zmin)为控制器输入信号的变化范围 比例度的定义式可改写为： 2、特点：有差调节 δ越小，系统越不稳定，但静态偏差会越小。 选择比例度δ的原则： 一般地，若对象的滞后较小、时间常数较大以及放大倍数较小时，控制器的比例度δ要小，以提高系统的灵敏度，使反应快些，从而过渡过程的曲线较好。反之，比例度δ就要大，以保证系统稳定。 三、 比例积分控制(PI) 1、积分控制规律 输出△u(t)与输入e(t)的关系为： 其中KI表示积分速度。 阶跃偏差下的开环输出特性： 在幅度为A的阶跃偏差作用下，积分控制器的开环输出特性为 ： Δu(t)=KI∫e(t)dt=KIAt 2、积分控制规律的特点 积分作用能够消除余差，这是积分控制规律最显著的特点，也是它的突出优点； 不能及时克服干扰，控制过程缓慢，而且波动加大，不易稳定。 积分控制规律一般不单独使用。 3、比例积分控制规律 —PI 4、比例微分调节（PI）特点： 偏差存在时，调节器的输出将随时间不断变化，直到偏差消除。 ＴI对系统过渡过程的影响： 四、比例积分微分控制——PID 1 微分控制规律及其特点： 调节器的输出变化量与输入偏差变化的速度成正比。 数学表达式为： 优点： 1）有超前作用，使偏差消失于萌芽中，提高系统稳定性的作用。 2）减小被调量的偏差，缩短调节时间。 第二节 调节器 调节器组成 正作用：输入偏差与输出变化的趋势相同。 反作用：输入偏差与输出变化的趋势相反。 调节器按能源分： 电动调节器 气动调节器 液动调节器 §第五章 执行器 第一节 气动调节阀 一、结构、类型和工作原理 气动调节阀结构：执行机构、阀体组件、辅助装置 执行机构类型： 气动薄膜式——中小口径 气动活塞式 ——大口径 气动薄膜调节阀的组成 气动薄膜调节阀是由上部的薄膜执行机构和下部的阀体组件两部分组成 工作原理：阀杆的受力平衡 二、阀体组件 阀体组件是由阀体、阀杆、阀芯、阀座等部件所组成 气动薄膜调节阀的类型 直通单座调节阀 直通双座调节阀 角形调节阀 蝶阀 三通调节阀 隔膜调节阀 直通双座调节阀 直通双座调节阀的结构如图所示。阀体内有两个阀芯和阀座。 角形调节阀 铸造成型的角形结构，如图所示。 蝶阀 蝶阀又称为翻板阀。其结构如图。它利用挡板的旋转改变流通面积来控制流量 三通调节阀 三通阀可以把一路流体分成两路，或是把两路流体合为一路。 隔膜调节阀 隔膜调节阀采用耐腐蚀衬里的阀体和耐腐蚀的隔膜代替阀芯组件，由隔膜起控制作用。 阀的气开、气关方式 第二节调节阀的流量系数 第三节 调节阀的流量特性 ⑴ 理想流量特性 ② 对数（等百分比）流量特性 ④ 快开流量特性 ⑵ 工作流量特性 调节阀的流量特性 系统的总压差 ② 并联管道时的工作流量特性 第四节 电动执行器