工業(yè)過(guò)程控制精品課件

1、工業(yè)過(guò)程控制第1頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三課程名稱(chēng)：工業(yè)過(guò)程控制授課對(duì)象：電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)先修課程：電子技術(shù)基礎(chǔ) 檢測(cè)與信號(hào)處理技術(shù) 自動(dòng)控制理論主要教材及參考書(shū)：過(guò)程控制系統(tǒng)，俞金壽、孫自強(qiáng) 編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008過(guò)程控制，金以慧 主編，清華大學(xué)出版社，1998第2頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三第一章 緒論本章主要內(nèi)容1.1 過(guò)程控制的基本概念1.2 過(guò)程控制的任務(wù)1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成1.4 過(guò)程系統(tǒng)的分類(lèi)1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.6 過(guò)程控制的特點(diǎn)1.7 過(guò)程控制的發(fā)展?fàn)顩r1.8 自動(dòng)化儀表概述第3頁(yè)，共50頁(yè)

2、，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.1 過(guò)程控制的基本概念工業(yè)自動(dòng)化： 工業(yè)生產(chǎn)中的各種參數(shù)為控制目的，實(shí)現(xiàn)各種過(guò)程控制。在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中,盡量減少人力的操作,而充分利用自動(dòng)化裝置對(duì)工廠或企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)控制，自動(dòng)顯示及管理等。 工業(yè)自動(dòng)化涉及的范圍極廣，可分為：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、電氣傳動(dòng)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、生產(chǎn)管理自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等等。 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化：主要針對(duì)溫度、壓力、流量、液位（物位），成分和物性等參數(shù)的控制問(wèn)題進(jìn)行研究。第4頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三人工操作與自動(dòng)控制比較圖（液位控制）控制速度和精度不能

3、滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要第5頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.1 過(guò)程控制的基本概念2. 過(guò)程： 將原料（物質(zhì)）接收過(guò)來(lái)，利用能源進(jìn)行諸如加熱、冷卻等處理，使其發(fā)生化學(xué)或物理的變化，最終生產(chǎn)出所需要的物質(zhì)或能源的系統(tǒng)。3. 過(guò)程控制： 為了按所希望的效率，質(zhì)量和產(chǎn)量產(chǎn)出產(chǎn)品，將過(guò)程內(nèi)各部分的變量控制在所希望的值，即完成對(duì)諸如溫度，壓力，流量，液位（物位）等參數(shù)的控制，使其保持為定值或按一定規(guī)律變化，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全，并使生產(chǎn)過(guò)程按最優(yōu)化目標(biāo)自動(dòng)進(jìn)行。第6頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.2 過(guò)程控制的任務(wù)4. 過(guò)程控制的任務(wù)： 在了解

4、、掌握工藝流程和被控過(guò)程的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用控制理論分析和設(shè)計(jì)符合工藝要求的過(guò)程控制系統(tǒng)，并采用適宜的技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn)。需要指出，為適應(yīng)當(dāng)前當(dāng)前生產(chǎn)對(duì)控制的要求愈來(lái)愈高的趨勢(shì)，必須充分注意現(xiàn)代控制技術(shù)過(guò)程控制中的應(yīng)用，因此，過(guò)程控制是控制理論、工藝知識(shí)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表等知識(shí)相結(jié)合而構(gòu)成的一門(mén)應(yīng)用科學(xué)。第7頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成過(guò)程控制系統(tǒng)主要由被控過(guò)程和自動(dòng)化儀表兩部分組成，其中自動(dòng)化儀表負(fù)責(zé)對(duì)被控過(guò)程的工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)監(jiān)視和自動(dòng)控制等。例如：發(fā)電廠鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)（

5、DCS） 水塔液位控制系統(tǒng)第8頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成例1 發(fā)電廠鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)鍋爐是電力、冶金、石油化工等工業(yè)部門(mén)不可缺少的動(dòng)力設(shè)備，其產(chǎn)品是蒸汽。發(fā)電廠從鍋爐汽包中出來(lái)的飽和蒸汽經(jīng)過(guò)過(guò)熱器繼續(xù)加熱成為過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽的溫度是火力發(fā)電廠生產(chǎn)工藝的重要參數(shù)。過(guò)熱蒸汽溫度控制是保證汽輪機(jī)組（發(fā)電設(shè)備）正常運(yùn)行的重要條件。通常過(guò)熱蒸汽的溫度控制在460左右，推動(dòng)汽輪機(jī)做功。第9頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成每種鍋爐與汽輪機(jī)組都有一個(gè)規(guī)定的運(yùn)行溫度，在這個(gè)溫度下運(yùn)行，機(jī)組的效率最

6、高。如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，會(huì)使汽輪機(jī)的壽命大大縮短；如果溫度過(guò)低，當(dāng)過(guò)熱蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)做功時(shí)，會(huì)使部分過(guò)熱蒸汽變成小水滴，小水滴沖擊汽輪機(jī)葉片，會(huì)造成生產(chǎn)事故。所以必須對(duì)過(guò)熱蒸汽的溫度進(jìn)行控制。過(guò)熱器之前或中間部分串接一個(gè)減溫器，通過(guò)控制減溫水流量的大小來(lái)控制過(guò)熱蒸汽的溫度。第10頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三圖1. 電廠鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制流程圖第11頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成控制過(guò)程： 本系統(tǒng)采用DDZ-III型電動(dòng)單元組合儀表。系統(tǒng)中過(guò)熱蒸汽溫度采用熱電阻溫度計(jì)1來(lái)測(cè)量，并經(jīng)過(guò)溫度變送器2（TT）將測(cè)量信號(hào)

7、送至調(diào)節(jié)器（TC）3的輸入端，與過(guò)熱蒸汽溫度的給定值進(jìn)行比較得到其偏差，調(diào)節(jié)器按此輸入偏差以某種控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制信號(hào)，以控制調(diào)節(jié)閥4的開(kāi)度，從而改變減溫水流量大小，達(dá)到控制過(guò)熱蒸汽溫度的目的。第12頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三設(shè)定值測(cè)量值偏差，e(t) = r(t) y (t) 控制作用被控變量操縱變量圖2. 過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)框圖第13頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三過(guò)程（又稱(chēng)對(duì)象） 被控制的裝置或設(shè)備c(t)(或y(t) 被控參數(shù)（系統(tǒng)輸出）：過(guò)熱蒸汽的溫度f(wàn)(t) 擾動(dòng)作用，作用與被控過(guò)程引起被控參數(shù)變化的各種因素q(t)

8、控制參數(shù)（操縱變量）u(t) 控制作用，控制器的輸出值r(t) 給定值（設(shè)定值）測(cè)量變送器 將c(t)成比例地轉(zhuǎn)換為測(cè)量信號(hào)z(t)(反饋值)1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成Z(t)第14頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成例2 轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐是煉鋼工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一種重要設(shè)備。熔融的鐵水裝入轉(zhuǎn)爐后，通過(guò)氧槍供給轉(zhuǎn)爐一定的氧氣量，在氧氣的作用下，鐵水中的碳逐漸氧化燃燒，從而使鐵水中的含碳量不斷地降低，控制吹氧量和吹氧時(shí)間就可以控制冶煉鋼水的含碳量，于是可以獲得不同品種的鋼材料。第15頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三控制過(guò)程

9、：采用節(jié)流裝置1來(lái)測(cè)量氧氣流量，并流至變送器（FT）2，再經(jīng)開(kāi)方器3后作為流量調(diào)節(jié)器（FC）4的測(cè)量值，其測(cè)量值與供氧量的給定值進(jìn)行比較得到偏差，調(diào)節(jié)器按此偏差輸入信號(hào)以PID某種控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算并輸出控制信號(hào)去控制調(diào)節(jié)閥5的開(kāi)度，從而改變供氧量的大小，以滿足生產(chǎn)工藝要求。圖3. 轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng)控制流程圖1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成第16頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三控制系統(tǒng)均由測(cè)量元件、變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和被控過(guò)程等環(huán)節(jié)構(gòu)成。如果把測(cè)量元件、變送器、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)程檢測(cè)控制儀表，則一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程控制系統(tǒng)是由被控過(guò)程和過(guò)程檢測(cè)控制儀表兩部分組成的。1.3

10、 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成圖4. 轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng)控制框圖第17頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)圖5. 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)框圖計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器 - 計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)。在微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，只要運(yùn)用各種指令，就能編出符合某種控制規(guī)律的程序。微處理器執(zhí)行這樣的程序，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制。第18頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三圖6 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖生產(chǎn)過(guò)程：被控對(duì)象，測(cè)量變送，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，如下圖所示。接口接口DAAD多路開(kāi)關(guān)反多路開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)量輸入開(kāi)關(guān)量輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)生產(chǎn)對(duì)象打印機(jī)顯示終端磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器軟

11、件微型計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)時(shí)鐘操作臺(tái)接口接口通用外部設(shè)備主機(jī)及操作臺(tái)外部通道接口檢測(cè)及變送控制對(duì)象傳感器變送器1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成第19頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成例3 集散控制系統(tǒng)（DCS）（1）過(guò)程輸入-輸出接口（2）過(guò)程控制單元（3）數(shù)據(jù)高速通路（4）CRT操作站（5）管理計(jì)算機(jī) （-上位機(jī)）圖7. 集散控制系統(tǒng)基本組成框圖第20頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成被控對(duì)象 實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備，機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程。如加熱器，蒸餾塔，反應(yīng)器或傳輸物料的管路，儲(chǔ)存物料的槽、罐等。（1）被控量 對(duì)象內(nèi)要求進(jìn)

12、行控制的參量。即y(t)，如過(guò)熱蒸汽的溫度。是過(guò)程的輸出信號(hào)。（2）操縱量（控制參數(shù)） 一般是由工藝決定的，如加熱器溫度控制的燃油量、氧氣量等，受執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）操縱，用以使被控制量獲得有效控制的量（調(diào)節(jié)閥輸出，過(guò)程的輸入）。第21頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成（2）干擾量 除了操縱量外，作用于對(duì)象并能引起被控量變化的各種因素。2. 檢測(cè)元件與變送器（1）檢查元件：各類(lèi)傳感器（2）變送器：用于把被測(cè)參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位等物理量）變換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)的儀表。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：電壓 15V DC 電流 420mA DC 第22頁(yè)，共50頁(yè)，2022年

13、，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成3. 控制器（調(diào)節(jié)器） 將測(cè)量值與事先設(shè)定的給定值比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)。根據(jù)偏差信號(hào)自動(dòng)地進(jìn)行運(yùn)算，并將結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。（1）設(shè)定值：采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。（2）測(cè)量值：要求與被控量具有相應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。（3）偏差量：正偏差或負(fù)偏差4. 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥） 過(guò)程自動(dòng)化中用的執(zhí)行器均為調(diào)節(jié)閥 調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。第23頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)1. 按被控量分類(lèi) 溫度控制系統(tǒng) 壓力控制系統(tǒng) 流量控制系統(tǒng) 液位控制系統(tǒng)等2. 按完成的功能分類(lèi) 比值控制系統(tǒng)（

14、特殊的多變量控制） 分程控制系統(tǒng)（一個(gè)調(diào)節(jié)器帶幾個(gè)閥） 選擇性控制系統(tǒng)（非線性切換控制）第24頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)3. 按調(diào)節(jié)器控制規(guī)律分類(lèi) 比例（P）控制系統(tǒng) 比例積分（PI）控制系統(tǒng) 比例積分微分（PID）控制系統(tǒng)4. 按被控量的多少分類(lèi) 單變量控制系統(tǒng) 多變量控制系統(tǒng)第25頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)5. 按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類(lèi) 反饋控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng) 復(fù)合控制系統(tǒng) 單回路控制系統(tǒng) 串級(jí)控制系統(tǒng)第26頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)

15、的分類(lèi)（1）反饋控制系統(tǒng) 反饋控制系統(tǒng)是過(guò)程控制系統(tǒng)的一種最基本的控制結(jié)構(gòu)形式。反饋控制系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)被控量的偏差進(jìn)行工作的，偏差值是控制的依據(jù)，最后達(dá)到消除或減小偏差的目的。 如過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)就是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。 反饋信號(hào)可以有多個(gè)，從而構(gòu)成多個(gè)閉合回路，稱(chēng)其為多回路控制系統(tǒng)。第27頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)（2）前饋控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng)是直接根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。由于它沒(méi)有被控量的反饋，所以也稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。圖7. 前饋控制框圖擾動(dòng)f(t)是引起被控量y(t)變化的原因，前饋調(diào)節(jié)器FFC是根據(jù)擾動(dòng)f(

16、t)進(jìn)行工作的，可以及時(shí)克服擾動(dòng)對(duì)被控量y(t)的影響。但是，前饋控制是開(kāi)環(huán)控制，不能檢查控制精度，因此，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中不能單獨(dú)使用。第28頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)（3）前饋-反饋（復(fù)合）控制系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)的前饋控制的最主要的優(yōu)點(diǎn)是能針對(duì)主要擾動(dòng)及時(shí)迅速地克服其對(duì)被控參數(shù)的影響；對(duì)其余次要擾動(dòng)，利用反饋控制予以克服，使控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)能準(zhǔn)確地使被控量控制在給定值上。圖8. 前饋-反饋控制系統(tǒng)第29頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)6. 按給定信號(hào)的特點(diǎn)分類(lèi) 定值控制系統(tǒng) 程序（順序

17、）控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)（1）定值控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變，或在小范圍附近不變。 例如：過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐供氧量控制系統(tǒng)均為一個(gè)定值控制系統(tǒng)。 第30頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)6. 按給定信號(hào)的特點(diǎn)分類(lèi) 定值控制系統(tǒng) 程序（順序）控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)（2）程序控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)被控量的給定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化工作的?？刂颇康木褪鞘瓜到y(tǒng)被控量按工藝要求規(guī)定的程序（順序）自動(dòng)變化的。 例如：同期作業(yè)的加熱設(shè)備（機(jī)械、冶金工業(yè)中的熱處理爐），一般工藝要求加熱升溫、保溫、逐次降溫等程序，給定值就按此程序自動(dòng)地變化，

18、控制系統(tǒng)也按此程序自動(dòng)工作，達(dá)到控制的目的。 第31頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類(lèi)6. 按給定信號(hào)的特點(diǎn)分類(lèi) 定值控制系統(tǒng) 程序（順序）控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)（3）隨動(dòng)控制系統(tǒng)： 它是一種被控量的給定值隨時(shí)間任意變化的控制系統(tǒng)。主要作用是克服一切擾動(dòng)，使被控量快速跟隨給定值變化。 例如：加熱爐燃燒過(guò)程，生產(chǎn)工藝要求空氣量隨燃料量的變化而成比例的變化，而燃料量是隨生產(chǎn)負(fù)荷而變化，其變化規(guī)律是任意的。隨動(dòng)控制系統(tǒng)就是要使空氣量跟隨燃料量的變化自動(dòng)控制空氣量的大小，達(dá)到加熱爐最佳燃燒。第32頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1

19、.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.過(guò)程控制系統(tǒng)運(yùn)行的兩種狀態(tài)穩(wěn)態(tài)：此時(shí)系統(tǒng)沒(méi)有受到任何外來(lái)干擾或外來(lái)干擾恒定，同時(shí)給定值亦保持不變，因而被控參數(shù)也不會(huì)隨時(shí)間變化，整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的工況。動(dòng)態(tài)：當(dāng)系統(tǒng)受到變化的外來(lái)干擾的影響或者在改變了給定值后，原來(lái)的穩(wěn)態(tài)遭到破壞，系統(tǒng)中各組成部分的輸入輸出量都相繼發(fā)生變化，被控參數(shù)也將偏離原穩(wěn)態(tài)值而隨時(shí)間變化。 第33頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)過(guò)程：從一個(gè)穩(wěn)態(tài)到達(dá)另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的歷程稱(chēng)為過(guò) 渡過(guò)程。系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)：主要看它受到外來(lái)擾動(dòng)作用或給定值 發(fā)生變化后，能否快速地、準(zhǔn)確地、

20、 平穩(wěn)地（非劇烈振蕩）回復(fù)（趨近） 到原（新）給定值上。評(píng)價(jià)指標(biāo)：系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo) 偏差積分性能指標(biāo) 第34頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（1）系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo) a.余差（靜態(tài)偏差、殘差）- 準(zhǔn)確性 余差是過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后給定值與被控參數(shù)穩(wěn)態(tài)值之差。（靜態(tài)指標(biāo)） 第35頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（1）系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo) b.衰減比n（衰減率）- 穩(wěn)定性 兩個(gè)相鄰的同向波峰值之比:n=B1/B2(注意都是相 對(duì)于穩(wěn)態(tài)值的大小) n

21、大振蕩劇烈 n小穩(wěn)定性高 第36頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（1）系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo) c.衰減率- 快速性 衰減率定義為一個(gè)周期后波動(dòng)幅度衰減的程度。 衰減比與衰減率的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，如衰減比為4：1 或10：1時(shí)，則衰減率為0.75或0.9。 =(B1-B2)/B2第37頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（1）系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo) d.最大動(dòng)態(tài)偏差及超調(diào)量被控參數(shù)偏離給定值程度 系統(tǒng)第一個(gè)峰值超出穩(wěn)態(tài)值的幅度。 超調(diào)量 第38頁(yè)，共50頁(yè)，

22、2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（1）系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能指標(biāo) e.過(guò)渡過(guò)程時(shí)間ts 衡量快速性 擾動(dòng)后，被控量進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值的5%的范圍內(nèi)所 經(jīng)歷的時(shí)間 注：性能指標(biāo)之間的矛盾精度高，不穩(wěn)定；穩(wěn)定性好，快速性差；分清主次，對(duì)主要的控制指標(biāo)優(yōu)先保證。第39頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（2）偏差積分性能指標(biāo) 過(guò)渡過(guò)程中，被控量偏離其新穩(wěn)態(tài)值的誤差沿時(shí)間軸的積分。可見(jiàn)，無(wú)論誤差幅度大，還是時(shí)間長(zhǎng)，都會(huì)使積分增大，所以它是綜合指標(biāo)。 a.偏差絕對(duì)值積分（IAE）

23、第40頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（2）偏差積分性能指標(biāo) b.偏差絕對(duì)值與時(shí)間乘積積分（ITAE） 抑制過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，突出快速性 c.偏差平方值積分（ISE） 抑制過(guò)渡過(guò)程中大的偏差 第41頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.過(guò)程控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)（2）偏差積分性能指標(biāo) d.時(shí)間乘偏差積分（ITSE） 抑制過(guò)渡過(guò)程中大的偏差和過(guò)渡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。不同積分指標(biāo)對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程的要求側(cè)重點(diǎn)不同。 第42頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.6 過(guò)程控制的特

24、點(diǎn)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制 -被控量需要定量控制且連續(xù)可調(diào) 過(guò)程控制一般是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，其被控量需定量地控制，而且應(yīng)是連續(xù)可調(diào)的。2.系統(tǒng)由被控過(guò)程和自動(dòng)化儀表組成 過(guò)程控制是通過(guò)各種檢測(cè)儀表、控制儀表（電動(dòng)儀表、氣動(dòng)儀表、模擬儀表、智能儀表等）和電子計(jì)算機(jī)（看作一臺(tái)儀表)等自動(dòng)化技術(shù)工具，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制。過(guò)程檢測(cè)控制儀表包括檢測(cè)元件、變送器、調(diào)節(jié)器（包括計(jì)算機(jī)）、調(diào)節(jié)閥等。第43頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.6 過(guò)程控制的特點(diǎn)3. 被控過(guò)程（對(duì)象）是非電量的 被控過(guò)程復(fù)雜多樣，如石油化工過(guò)程中的精餾塔、化學(xué)反應(yīng)器、流體傳輸設(shè)備；熱

25、工過(guò)程中的鍋爐、熱交換器；冶金過(guò)程中的轉(zhuǎn)爐、平爐；機(jī)械工業(yè)中的熱處理爐等。涉及石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、制藥等行業(yè)。這些生產(chǎn)過(guò)程，往往采用物理量和化學(xué)量（如溫度、壓力、流量、液位、成分、PH值等）來(lái)表征生產(chǎn)過(guò)程是否正常，因此需要對(duì)上述過(guò)程參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制，故過(guò)程控制多為非電量控制。第44頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.6 過(guò)程控制的特點(diǎn)4. 控制過(guò)程多為慢過(guò)程的參量控制 由于被控過(guò)程具有大慣性、大滯后（大延遲）等特性，因此決定了過(guò)程控制的控制過(guò)程多為慢過(guò)程。它的動(dòng)態(tài)特性多數(shù)具有大慣性、大滯后、非線性特性。有些機(jī)理復(fù)雜（如發(fā)酵、生化過(guò)程等）的過(guò)程至今尚未被人們所認(rèn)識(shí)，所以很難用目前機(jī)理建模方法建立起精確的數(shù)學(xué)模型，因此設(shè)計(jì)能適應(yīng)各種過(guò)程的控制系統(tǒng)并非易事。第45頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)31分，星期三1.6 過(guò)程控制的特點(diǎn)5. 控制方案豐富 過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以被控過(guò)程的特性為依據(jù)的。由于工業(yè)過(guò)程的復(fù)雜、多變，因此其特性多半屬多變量、分布參數(shù)、大慣性、大滯后和非線性等。為了滿足上述特點(diǎn)與工藝要求，過(guò)程控制中