自动控制系统基本概念化工工艺课件

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1、自动控制系统基本概念化工工艺课件热工仪表热工仪表课时：课时：18教材：厉玉鸣主编，教材：厉玉鸣主编，化工仪表及自动化化工仪表及自动化 （第三版），化学工业出版社（第三版），化学工业出版社自动控制系统基本概念化工工艺课件绪论绪论主要内容：主要内容： 生产过程自动化的含义生产过程自动化的含义 实现生产过程自动化的意义实现生产过程自动化的意义 生产过程自动化的发展状况生产过程自动化的发展状况 现代自动化技术特点现代自动化技术特点 学习本课程的重要性学习本课程的重要性自动控制系统基本概念化工工艺课件一、生产过程自动化的含义一、生产过程自动化的含义在生产设备上配备一些自动化的装置在生产设备上配备一些自动

2、化的装置,代替操作代替操作人员的部分直接劳动人员的部分直接劳动,使生产在不同程度上自动使生产在不同程度上自动地进行的过程称生产过程自动化。地进行的过程称生产过程自动化。二、实现生产过程自动化的意义二、实现生产过程自动化的意义加快生产速度加快生产速度,降低生产成本降低生产成本,提高产品产量和质量；提高产品产量和质量；减轻劳动强度减轻劳动强度,改善劳动条件；改善劳动条件；能够保证生产安全能够保证生产安全,防止事故发生或扩大防止事故发生或扩大,延长设延长设备使用寿命备使用寿命,提高设备利用率；提高设备利用率；能根本改变劳动方式能根本改变劳动方式,提高工人文化水平提高工人文化水平,逐步消逐步消除脑力劳

3、动和体力劳动之间的差别。除脑力劳动和体力劳动之间的差别。自动控制系统基本概念化工工艺课件三、生产过程自动化的发展状况三、生产过程自动化的发展状况 20世纪世纪40年代以前年代以前,主要是主要是人工调节人工调节,凭经验指凭经验指导生产导生产,生产效率低。生产效率低。 20世纪世纪5060年代年代,应用应用简单自动化技术简单自动化技术,如基如基地式仪表。地式仪表。 20世纪世纪70年代开始年代开始,控制理论和控制技术及计控制理论和控制技术及计算机技术的应用推动了生产过程自动化算机技术的应用推动了生产过程自动化,出现出现了各种新型控制系统了各种新型控制系统,如如集散控制系统、二级集散控制系统、二级优

4、化控制等。优化控制等。 近年来近年来,现代自动化技术现代自动化技术已不只局限于对生产已不只局限于对生产过程中重要参数的自动控制过程中重要参数的自动控制,已发展为综合自已发展为综合自动化。动化。自动控制系统基本概念化工工艺课件四、现代自动化技术特点四、现代自动化技术特点 已发展为综合自动化已发展为综合自动化,其应用的领域和规模越来其应用的领域和规模越来越大越大,控制与管理一体化的系统已提到日程控制与管理一体化的系统已提到日程,因因此此,其社会、经济效益也越来越大。其社会、经济效益也越来越大。 显示了知识密集化、显示了知识密集化、 高技术集成化的特点高技术集成化的特点,它它是信息技术、自动化技术、

5、管理科学等相结合是信息技术、自动化技术、管理科学等相结合的现代高技术。的现代高技术。 自动化过程中的智能化程度日益增加自动化过程中的智能化程度日益增加,各种智能各种智能仪表不断出现仪表不断出现,控制的精度越来越高控制的精度越来越高,控制的方控制的方式日益多样化式日益多样化,它不仅减轻和代替了人们的体力它不仅减轻和代替了人们的体力劳动劳动,而且也在很大程度上代替了人们的脑力劳而且也在很大程度上代替了人们的脑力劳动。动。自动控制系统基本概念化工工艺课件五、学习本课程的重要性五、学习本课程的重要性 本门课是一门综合性的技术学科本门课是一门综合性的技术学科,通过学习自通过学习自动化、仪表及计算机方面的

6、知识动化、仪表及计算机方面的知识,对于管理与对于管理与开发现代化生产过程是十分重要的。开发现代化生产过程是十分重要的。自动控制系统基本概念化工工艺课件第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念主要内容：主要内容： 生产自动化的主要内容生产自动化的主要内容 自动控制系统的组成自动控制系统的组成 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图 自动控制系统方框图自动控制系统方框图 自动控制系统的分类自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统的过渡过程和品质指标自动控制系统基本概念化工工艺课件第一节第一节 生产自动化的主要内容生产自动化的主要内容 生产自动化生产自动化,一

7、般包括一般包括自动检测、自动保护、自自动检测、自动保护、自动操纵、自动控制系统动操纵、自动控制系统。自动检测系统自动检测系统 ?利用各种检测仪表对生产过程的利用各种检测仪表对生产过程的主要工艺参数主要工艺参数(如温度、流量等如温度、流量等)进行测量、指进行测量、指示或记录的。示或记录的。 自动控制系统基本概念化工工艺课件自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统(自动保护自动保护)当生产过程出现危险时当生产过程出现危险时,自动信号系统发出声、光自动信号系统发出声、光等报警信号等报警信号,自动联锁保护系统立即作出反应自动联锁保护系统立即作出反应,通过通过改变阀门的开启度或切断某些通路改变阀门的

8、开启度或切断某些通路,或进行紧急停或进行紧急停车车,以防止事故的发生或扩大。它是生产过程中的以防止事故的发生或扩大。它是生产过程中的一种安全装置。一种安全装置。自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统(自动操纵自动操纵)自动操纵系统自动操纵系统:按照预先规定的步骤自动地对生产按照预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。可减轻工人的重复设备进行某种周期性的操作。可减轻工人的重复性体力劳动。性体力劳动。自动开停车系统自动开停车系统:按照预先规定的步骤自动地将生按照预先规定的步骤自动地将生产过程投入运行或自动停车。产过程投入运行或自动停车。自动控制系统基本概念化工工艺课件自动控制

9、系统自动控制系统:它是对生产中某些关键性的参数进它是对生产中某些关键性的参数进行自动调节行自动调节,使它们在受到外界干扰的影响而偏离使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内能自动地调回到规定的数值范围内,是生产过程自动化的核心部分。是生产过程自动化的核心部分。自动控制系统基本概念化工工艺课件第二节第二节 自动控制系统的组成自动控制系统的组成 生活环境中的自动生活环境中的自动控制系统控制系统 空调空调;电饭煲电饭煲;电冰箱电冰箱;洗衣机等。洗衣机等。 工业生产中的自动工业生产中的自动控制系统控制系统 液位控制液位控制:人工人工自自动动;温度控制等。温度

10、控制等。自动控制系统基本概念化工工艺课件眼眼看看脑脑想想手手动动QoQi人工操作进行工作的三个方面人工操作进行工作的三个方面:(1).检测检测:用眼睛看液位的高低。用眼睛看液位的高低。(2).运算、命令运算、命令:大脑根据眼睛看到液位的高低大脑根据眼睛看到液位的高低,加加以思考和比较得出偏差以思考和比较得出偏差,发出命令。发出命令。(3).执行执行:根据大脑发出命令根据大脑发出命令,改变阀门开度改变阀门开度,以改变以改变出口流量出口流量Qo,保持液位的高低在规定位置。保持液位的高低在规定位置。自动控制系统基本概念化工工艺课件 自动控制系统的组成自动控制系统的组成1.被控对象被控对象:对其对其工

11、艺参数工艺参数进行控制的进行控制的机器或设备机器或设备。它可以是一段管道、一台设备或设备的某一部它可以是一段管道、一台设备或设备的某一部分分,如各种反应器、换热器等。如各种反应器、换热器等。自动控制系统基本概念化工工艺课件 自动控制系统的组成自动控制系统的组成2.自动化装置：自动化装置：测量元件及变送器测量元件及变送器:检测参数检测参数(液位液位)并将检测结果并将检测结果变成标准统一信号进行输出变成标准统一信号进行输出,如液位的测量及变送。如液位的测量及变送。自动控制器自动控制器:接受变送器送来的信号接受变送器送来的信号,与工艺需要保与工艺需要保持的参数值持的参数值(液位液位)进行比较得出偏差

12、进行比较得出偏差,并按某种运算并按某种运算规律算出结果规律算出结果,然后将此结果以特定信号然后将此结果以特定信号(如电压、如电压、电流电流)发送出去。发送出去。执行器执行器:通常指控制阀通常指控制阀,它自动地根据控制器发出的它自动地根据控制器发出的信号值改变阀门的开启度信号值改变阀门的开启度,从而改变操纵变量从而改变操纵变量,给对给对象施加调节作用。象施加调节作用。自动控制系统基本概念化工工艺课件第三节第三节 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图在工艺流程确定后在工艺流程确定后,工艺人员和自控设计人员应共工艺人员和自控设计人员应共同研究确定控制方案。控制方案的确定包括流程同研究确定控制方案

13、。控制方案的确定包括流程中各测量点的选择、控制系统的确定及有关自动中各测量点的选择、控制系统的确定及有关自动信号、联锁保护系统的设计等。在控制方案确定信号、联锁保护系统的设计等。在控制方案确定后后,根据工艺设计给出的流程图。根据工艺设计给出的流程图。一、工艺管道及控制流程图、工艺管道及控制流程图根据工艺设计给出的流程图按其流程顺序标注出根据工艺设计给出的流程图按其流程顺序标注出相应的相应的测量点测量点、控制点控制点、控制系统控制系统及及自动信号与自动信号与联锁保护系统联锁保护系统等等,便成了便成了工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图。自动控制系统基本概念化工工艺课件自动控制系统基本概念化工

14、工艺课件二、控制流程图中图例符号的规定二、控制流程图中图例符号的规定本书的规定按化工部设计标准本书的规定按化工部设计标准HGJ7-87化工过化工过程检测控制系统设计符号统一规定程检测控制系统设计符号统一规定1.图形符号图形符号(1).测量点测量点(包括检测元件、取样点包括检测元件、取样点):由工艺设备轮由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点,一一般无特定的图形符号。般无特定的图形符号。(2).连接线连接线:通用的仪表信号线均以细实线表示。通用的仪表信号线均以细实线表示。连接线表示交叉、相接及信号传递方向连接线表示交叉、相接及信号传递方向,如

15、下图。如下图。自动控制系统基本概念化工工艺课件(3).仪表仪表( (包括检测、显示、控制包括检测、显示、控制) )的图形符号的图形符号仪表的图形符号是一个细实线圆圈仪表的图形符号是一个细实线圆圈, ,直径约直径约10mm。仪表安装位置不同的符号如下图。仪表安装位置不同的符号如下图。自动控制系统基本概念化工工艺课件2.字母代号字母代号表示仪表的小圆圈的表示仪表的小圆圈的上半圆内上半圆内,一般写有一般写有两位或两位以上字母两位或两位以上字母,第一位字母表示第一位字母表示被测被测变量变量,后继字母后继字母表示仪表示仪表的功能表的功能。常用被测。常用被测变量和仪表功能的字变量和仪表功能的字母代号见右表

16、。母代号见右表。 字字母母第一字母第一字母后续字母后续字母被测变量被测变量功能功能A分析分析报警报警C电导率电导率控制控制F流量流量I电流电流指示指示L物位物位P压力或真空压力或真空R放射性放射性记录或打印记录或打印T温度温度传送传送自动控制系统基本概念化工工艺课件3. 仪表位号仪表位号仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两仪表位号是由字母代号组合和阿拉伯数字编号两部分组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部部分组成。阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部,其其第一位数字表示第一位数字表示工段号工段号,后续数字后续数字(二位或三位数二位或三位数字字)表示表示仪表序号仪表序号。 总之总之,通过通过控制流

17、程图控制流程图,可看到每台仪表的可看到每台仪表的测量测量点位置点位置、被测变量被测变量、仪表功能仪表功能、工段号工段号、仪表序仪表序号号、安装位置安装位置等。等。自动控制系统基本概念化工工艺课件第四节第四节 自动控制系统方框图自动控制系统方框图方框图的作用方框图的作用:用箭头表示自动控制系统各个组成用箭头表示自动控制系统各个组成环节之间的相互影响和信号联系。图环节之间的相互影响和信号联系。图1-3液位自动液位自动控制系统方框图如下。控制系统方框图如下。图图1-8 自动控制系统方框图自动控制系统方框图xez-控制器控制器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量

18、被控变量y测量值测量值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f自动控制系统基本概念化工工艺课件自动控制系统方框图自动控制系统方框图xez-控制器控制器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量被控变量y测量值测量值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f自动控制系统基本概念化工工艺课件 方框图中所涉及的概念方框图中所涉及的概念被控对象被控对象:在生产过程中需保持其工艺参数稳定的在生产过程中需保持其工艺参数稳定的设备或装置。如冶金炉设备或装置。如冶金炉,加热炉等加热炉等,也可是一台具体也可是一台具体的设备或设备的某一部分的设备或设备的某一部分,如一段管道如一

19、段管道(贮槽贮槽)。被控变量被控变量y:生产过程中需保持恒定的变量生产过程中需保持恒定的变量(液位液位) 。干扰作用干扰作用f:在生产过程中引起被控变量偏离给定值在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素的外来因素,它是输入信号它是输入信号 (进料流量的改变进料流量的改变)。控制作用控制作用:用来克服外界干扰用来克服外界干扰,使被控变量恢复到给使被控变量恢复到给定值的操作。定值的操作。操纵变量操纵变量q:具体实现控制作用的变量具体实现控制作用的变量(出料流量出料流量)。操纵介质操纵介质:用来实现控制作用的物料用来实现控制作用的物料(流过阀门流流过阀门流体体)。自动控制系统基本概念化工工艺课件

20、 方框图中所涉及的概念方框图中所涉及的概念给定值给定值:工艺过程中被控变量的期望值工艺过程中被控变量的期望值,可以固定可以固定也可按程序变化。也可按程序变化。偏差偏差:给定值与测量值之间的差值。给定值与测量值之间的差值。输入输入:自动控制系统方框图中自动控制系统方框图中,指向该环节的信息指向该环节的信息称该环节的输入。称该环节的输入。输出输出:自动控制系统方框图中自动控制系统方框图中,背离该环节的信息背离该环节的信息称该环节的输出。称该环节的输出。自动控制系统基本概念化工工艺课件xez-控制器控制器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量被控变量y测量值测量

21、值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f同一方框图可代表不同的控制系统同一方框图可代表不同的控制系统,如上图的蒸汽如上图的蒸汽加热温度控制系统也可用图加热温度控制系统也可用图1-8的方框图表示。的方框图表示。 自动控制系统基本概念化工工艺课件自动控制系统方框图与控制流程图的区别自动控制系统方框图与控制流程图的区别自动控制系统方框图自动控制系统方框图:方块与方块之间的连接线方块与方块之间的连接线,只是代表方块之间的信号联系只是代表方块之间的信号联系,并不代表方块之并不代表方块之间的物料联系。方块之间的连接线的箭头也只是间的物料联系。方块之间的连接线的箭头也只是代表信号作用的方向。代表信号作用

22、的方向。控制流程图控制流程图:工艺流程图上的物料线是代表物料工艺流程图上的物料线是代表物料从一个设备进入另一个设备。方块与方块之间的从一个设备进入另一个设备。方块与方块之间的连接线连接线,代表方块之间的物料联系。代表方块之间的物料联系。自动控制系统基本概念化工工艺课件 自动控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。自动控制系统是一个具有负反馈的闭环系统。反馈反馈:把系统的输出信号直接或经过一些环节后送把系统的输出信号直接或经过一些环节后送回到系统的输入端回到系统的输入端,并加入到输入信号中的作法。并加入到输入信号中的作法。负反馈负反馈:反馈的信号使原来的输入信号反馈的信号使原来的输入信号减弱减弱。正

23、反馈正反馈:反馈的信号使原来的输入信号反馈的信号使原来的输入信号增强增强。自动控制系统基本概念化工工艺课件负反馈系统负反馈系统以液位控制为例分析其控制过程以液位控制为例分析其控制过程:当液位当液位y由于某由于某种干扰而上升时种干扰而上升时,其测量值其测量值z升高升高,偏差偏差(e=x-z)降低降低,这时这时,控制器应发出控制信号使控制阀的开度发生控制器应发出控制信号使控制阀的开度发生变化变化,变化的方向为负变化的方向为负,使被控变量使被控变量y下降下降,回到给定回到给定值值,抑制了干扰的影响抑制了干扰的影响,达到了控制目的。达到了控制目的。自动控制系统方框图自动控制系统方框图xez-控制器控制

24、器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量被控变量y测量值测量值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f自动控制系统基本概念化工工艺课件正反馈系统正反馈系统当当偏差偏差e=x+z时时,控制系统称正反馈系统。当液位控制系统称正反馈系统。当液位y由于某种干扰而上升时由于某种干扰而上升时,其测量值其测量值z升高升高,偏差偏差e=x+z增大增大,这时这时,控制器应发出控制信号使控制器应发出控制信号使e变大变大,从而从而y进一步上升进一步上升, z进一步增大进一步增大,增强了受干扰后的变化增强了受干扰后的变化趋势趋势,导致系统崩溃或达到极限值导致系统崩溃或达到极限值

25、,从而使系统不稳从而使系统不稳定。定。 例如炸弹的爆炸、电子振荡器中振荡过程的产例如炸弹的爆炸、电子振荡器中振荡过程的产生等都是正反馈系统。生等都是正反馈系统。自动控制系统基本概念化工工艺课件 可见可见,自动控制系统是具有被控变量自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭负反馈的闭环系统环系统。由于具有负反馈的闭环系统。由于具有负反馈的闭环系统,它可随时它可随时了解被控对象的情况了解被控对象的情况,有针对性地根据被控变量有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向的变化情况而改变控制作用的大小和方向,从而从而使系统的工作状态始终等于或接近所希望的状使系统的工作状态始终等于或接近所希望的

26、状态这是闭环系统的优点。态这是闭环系统的优点。 自动检测、自动操纵等自动检测、自动操纵等开环系统开环系统由于没有负反由于没有负反馈不能随时了解被控对象的情况而改变自己的馈不能随时了解被控对象的情况而改变自己的操作状态操作状态,这是开环系统的缺点。这是开环系统的缺点。自动操纵装置自动操纵装置对象对象工艺参数工艺参数操纵指令操纵指令操纵作用操纵作用图图1-10 自动操纵系统方框图自动操纵系统方框图自动控制系统基本概念化工工艺课件第五节第五节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类 各种分类方法各种分类方法按按被控量被控量分分:如温度、压力、液位等控制系统。如温度、压力、液位等控制系统。按按控制器的控

27、制规律控制器的控制规律分分:比例控制、积分控制、比例控制、积分控制、微分控制、比例积分控制、比例微分控制、比微分控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制等。例积分微分控制等。按按系统功能与结构系统功能与结构分分:单回路简单控制系统单回路简单控制系统;串串级、比值、选择性、分程、前馈和均匀等常规级、比值、选择性、分程、前馈和均匀等常规复杂控制系统；解耦、预测、推断等先进控制复杂控制系统；解耦、预测、推断等先进控制系统和程序控制系统。系统和程序控制系统。自动控制系统基本概念化工工艺课件按按被控变量的给定值的变化情况被控变量的给定值的变化情况分：分：定值控制系统定值控制系统:要求被控变量的

28、给定值不变。要求被控变量的给定值不变。(如温度、液位如温度、液位)。随动控制系统随动控制系统:给定值是随机变化的。随机系统的给定值是随机变化的。随机系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。给定值的变化而变化。(如导航雷达系统、火炮系如导航雷达系统、火炮系统、生物反应、金属热处理炉统、生物反应、金属热处理炉)程序控制系统程序控制系统:给定值是变化的给定值是变化的,但它是一个已知的但它是一个已知的时间函数时间函数,即生产技术指标须按一定的时间程序变即生产技术指标须按一定的时间程序变化。一些定型或非定型的程控装置越来越多地被化。一

29、些定型或非定型的程控装置越来越多地被应用到生产中。应用到生产中。自动控制系统基本概念化工工艺课件第六节第六节 自动控制系统的过渡过程自动控制系统的过渡过程和品质指标和品质指标一一. 控制系统的静态与动态控制系统的静态与动态静态静态:被控变量不随时间变化、自动化装置保持原被控变量不随时间变化、自动化装置保持原状的状的平衡平衡状态。状态。当一个自控系统的输入当一个自控系统的输入(给定和干扰给定和干扰)和输出均衡不和输出均衡不变时变时,整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态,即即指系统中各信号的指系统中各信号的变化率为零变化率为零,信号保持在某一常信号保持在某一常数

30、不变化数不变化,而不是指而不是指物料不流动物料不流动或或能量不交换能量不交换。因。因为自动控制系统在静态时为自动控制系统在静态时,生产还在进行生产还在进行,物料和能物料和能量仍有进有出量仍有进有出,只是平稳进行没有改变。只是平稳进行没有改变。自动控制系统基本概念化工工艺课件一一. 控制系统的静态与动态控制系统的静态与动态动态动态:被控变量随时间变化、自动化装置改变原状被控变量随时间变化、自动化装置改变原状的的不平衡不平衡状态。状态。若一个系统原先处于相对平衡状态即静态若一个系统原先处于相对平衡状态即静态,由于干由于干扰的作用而破坏了这种平衡时扰的作用而破坏了这种平衡时,被控变量就会发生被控变量

31、就会发生变化变化,从而使控制器、控制阀等自动化装置改变原从而使控制器、控制阀等自动化装置改变原来平衡时所处的状态来平衡时所处的状态,产生一定的控制作用来克服产生一定的控制作用来克服干扰的影响干扰的影响,并力图使系统恢复平衡。从干扰发生并力图使系统恢复平衡。从干扰发生开始开始,经过控制经过控制,直到系统重新建立平衡直到系统重新建立平衡,在这一段时在这一段时间中间中,整个系统的各个环节和信号都处于变动状态整个系统的各个环节和信号都处于变动状态之中之中,所以这种状态叫做动态。所以这种状态叫做动态。自动控制系统基本概念化工工艺课件二、控制系统的过渡过程二、控制系统的过渡过程过渡过程过渡过程:系统受输入

32、系统受输入(干扰干扰)信号的作用从一个平衡信号的作用从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过渡过程。过渡过程。是被控量在干扰信号或控制信号的作用下随时间不是被控量在干扰信号或控制信号的作用下随时间不断变化的过程断变化的过程,其变化规律与干扰信号的形式有关。其变化规律与干扰信号的形式有关。阶跃干扰作用阶跃干扰作用:在某一在某一瞬间瞬间t0,干扰突然地阶跃干扰突然地阶跃式地加到系统上并保持式地加到系统上并保持该幅度。它比较突然该幅度。它比较突然,比较危险比较危险,对被控量影对被控量影响最大。响最大。自动控制系统基本概念化工工艺课件系统的稳定性系统的稳定性:如

33、果系统在受到干扰信号作用后如果系统在受到干扰信号作用后,输输出变量最终能出变量最终能返回到原平衡状态返回到原平衡状态或其附近或其附近,称系统称系统为稳定的为稳定的;否则否则,称系统不稳定。称系统不稳定。在阶跃干扰作用下自动控制系统的过渡过程形式：在阶跃干扰作用下自动控制系统的过渡过程形式：(a)非周期衰减过程非周期衰减过程; (b)衰减振荡过程衰减振荡过程; (c)等幅振荡等幅振荡过程过程; (d)发散振荡过程发散振荡过程;(e)非振荡发散过程。非振荡发散过程。自动控制系统基本概念化工工艺课件三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标 横坐标横坐标t为时间

34、为时间,纵坐标纵坐标y为被控变量离给定值的变为被控变量离给定值的变化量。化量。t=0时时,系统稳定系统稳定,y(0)=0;t时时,系统也达到系统也达到新的稳态新的稳态,y()=C。最大偏差最大偏差(A):在过渡过程中在过渡过程中,被控量偏离给定值的被控量偏离给定值的最大量。最大偏差越小越好。最大量。最大偏差越小越好。超调量超调量(B):在过渡过程中在过渡过程中,第一个峰值第一个峰值A与新稳态与新稳态值值C之差之差,即即B=A-C。自动控制系统基本概念化工工艺课件三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标 衰减比衰减比(n):前后相邻两个峰值的比。是反映衰减

35、程前后相邻两个峰值的比。是反映衰减程度的指标度的指标,n=B:B,实践表明实践表明:n处于处于410之间较合适。之间较合适。余差余差(C):新的稳态值与之差。余差越小越好。新的稳态值与之差。余差越小越好。过渡时间过渡时间(ts):从干扰开始起从干扰开始起,直到被控变量进入到距直到被控变量进入到距新稳态值的新稳态值的 5% (或或2%)的范围内且不再越出的范围内且不再越出时为止所经历的时间。过渡时间越短时为止所经历的时间。过渡时间越短,系统控制质系统控制质量高。量高。自动控制系统基本概念化工工艺课件三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标三、阶跃干扰作用下衰减振荡过程的品质指标振荡周期和频率振荡

36、周期和频率:两个同向波峰两个同向波峰(或波谷或波谷)之间的时之间的时间间隔间间隔,为振荡周期为振荡周期;周期越短越好。频率为周期的周期越短越好。频率为周期的倒数。倒数。 这些指标在不同的系统中各有其重要性这些指标在不同的系统中各有其重要性,且互相且互相间即有矛盾间即有矛盾,又有联系。要分清主次又有联系。要分清主次,首先保证对生首先保证对生产过程有决定性意义的主要品质指标。产过程有决定性意义的主要品质指标。四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素工艺过程部分工艺过程部分(被控对象被控对象)和自动化装置部分和自动化装置部分(测量测量与变送器、控制器、执行器与变送

37、器、控制器、执行器)。主要是对象的性质。主要是对象的性质,但自动化装置应按对象的性质加以选择和调整。但自动化装置应按对象的性质加以选择和调整。自动控制系统基本概念化工工艺课件例例:某换热器的温度某换热器的温度调节系统在单位阶调节系统在单位阶跃干扰作用下的过跃干扰作用下的过渡过程曲线如右图。渡过程曲线如右图。试求最大偏差、余试求最大偏差、余差、衰减比、振荡差、衰减比、振荡周期和过渡时间周期和过渡时间(给给定值为定值为200)。解：解：最大偏差最大偏差:A=230-200=30 余差余差:C=205-200=5 衰减比衰减比:B:B=(230-205):(210-205)=5:1振荡周期振荡周期:

38、T=20-5=15(min)过渡时间过渡时间:不超过新稳态值不超过新稳态值205 的宽度为的宽度为205(2)= 4.1 ,所对应的时间所对应的时间:22min。自动控制系统基本概念化工工艺课件题题11:试画出该温度控制系统的方框图试画出该温度控制系统的方框图,指出该系统指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？被控变量的干扰是什么？被控对象被控对象:反应器反应器;被控变量被控变量:温度温度;操纵变量操纵变量:冷却水的流冷却水的流量量;干扰干扰:进料的流量和温进料的流量和温度变化、传热系数、冷度变化、传热系数、冷却水温度

39、变化、保温情却水温度变化、保温情况等。况等。自动控制系统基本概念化工工艺课件自动控制系统方框图自动控制系统方框图xez-控制器控制器控制阀控制阀对象对象测量元件测量元件 变送器变送器干扰作用干扰作用 被控变量被控变量y测量值测量值给定值给定值pq偏差偏差操纵变量操纵变量f自动控制系统基本概念化工工艺课件题题21:某反应器工艺规定操纵温度为某反应器工艺规定操纵温度为(90010)。考虑安全考虑安全,控制过程中温度偏离给定值最大不得控制过程中温度偏离给定值最大不得超过超过80 ,现设计的温度定值控制系统现设计的温度定值控制系统,在最大阶在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图所示。求最大跃干扰作用下

40、的过渡过程曲线如图所示。求最大偏差偏差A.超调量超调量B.衰减比衰减比n.振荡周期振荡周期T,并回答该系并回答该系统能否满足题中所给的工艺要求？统能否满足题中所给的工艺要求？解解:A=950-900=50 B=A-C=950-908=42 衰减比衰减比: B:B=42:10=4.2 振荡周期振荡周期:T=45-9=36minA80,C-90010 ,则能则能满足题中所给的工艺要求。满足题中所给的工艺要求。自动控制系统基本概念化工工艺课件思考题：思考题：请画出液位控制系统方框图并指明被控请画出液位控制系统方框图并指明被控对象、被控变量、操纵变量及可能出现的干扰对象、被控变量、操纵变量及可能出现的干扰因素。因素。