1、工业电气自动化过程控制,1,工业电气自动化 过程控制,电信学院2002级 电气自动化专业,教 师: 王 玉 联系方式：,工业电气自动化过程控制,2,课程安排,简单控制系统复杂控制系统 过程控制仪表 典型控制系统实例 过程控制单元,模拟式 数字式,例：化工生产选料、配料、输送进入反应装置、反应、输出产品,工业电气自动化过程控制,3,第一章 绪论,过程控制的概念采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。,工业电气自动化过程控制,4,被控参数种类,温度 压力 流量液位(容器中液体的高度或者液面的位置)成分（产品组成成份等）物性（粘度，密度等）,工业电气自动化过
2、程控制,5,20世纪40年代以前工业生产大多处于手工操作1、局部自动化(20世纪5060年代) 单回路控制系统 气动基地式仪表、气动组合仪表 根轨迹法和频率法 1942年 PID （Proportion Integral Differential）,1.1 过程控制的发展,工业电气自动化过程控制,6,2、集中控制阶段(20世纪6070年代) 电子仪表 计算机使用复杂的控制（串级控制、前馈控制）现代控制理论（计算机仿真技术）3、集散控制阶段(20世纪70至今) DCS (Distributed Control System) 集散型控制系统 网络 数字化仪表 先进控制算法和优化控制算法,工业电气
3、自动化过程控制,7,现代过程控制,工业电气自动化过程控制,8,1.2 工业生产中的过程控制系统,工业生产按 加工原料分类,气体、液体、粉体 （石油、化工、制药、轻工、食品、建材）已成型的材料,工业电气自动化过程控制,9,1.2 工业生产中的过程控制系统,1.2.1 液位控制,图1-1 人工液位控制,图1-2 机械式液位控制,工业电气自动化过程控制,10,图1-3 实际生产中的液位控制系统,L T液位测量及信号变换装置浮球L C液位调节器杠杆阀门可接受电信号,工业电气自动化过程控制,11,1.2.2 温度控制,图1-4 换热器温度控制系统,TT温度测量装置 TC温度调节器,管道,工业电气自动化过
4、程控制,12,1.3 反馈原理,反馈把输出信号回送到系统的输入端，并送加到输入信号中几乎所有的自动控制系统都是负反馈控制系统 正反馈电子振荡器、炸弹,图1-5 反馈原理,工业电气自动化过程控制,13,1.4 过程控制系统的特点和分类,1.4.1 过程控制的特点被控过程多样性 系统有众多过程检测仪表、控制仪表 控制方案丰富 多为慢过程参量控制 过程控制主要控制形式为定值控制,图1-6 过程控制系统的框图,工业电气自动化过程控制,14,1.4.2 过程控制的分类,按工艺分类（不同被控参数）温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统按系统调节器的控制规律分类比例控制、前馈控制按给定值分类按系统克服干扰
5、方式分类,工业电气自动化过程控制,15,一、给定值特点分类,定值控制系统给定值不变或者变化很小的控制系统 例：空调控制系统,图1-7 空调室温调节控制系统温度曲线,随动控制系统给定值变化的控制系统例1：火箭飞行控制例2：空调设定室内温度比室外温度低5。,工业电气自动化过程控制,16,程序控制系统,程序控制系统给定值是随着事先设定好的程序变化例：电饭锅,图1-8 电饭锅温度控制曲线,电饭锅准备 启动加热 100 恒温阶段 保温 自动降温 （由程序控制完成的）,工业电气自动化过程控制,17,二、按系统克服干扰的方法分类,反馈控制测量被控变量，进行给定值比较前馈控制测量干扰变量，也不进行给定值比较前
6、馈控制反馈控制,工业电气自动化过程控制,18,1.5 基本概念及术语,对象被控制的物理装置 被控变量对象的某个变量 调节变量对被控装置的被控变量具有较强的直接影响且便于调节的变量。 干扰除了调节变量外，对被控变量具有影响作用的所有变量。 给定值（设定值、期望值） 人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。 偏差设定值或给定值与测量值之差。,图1-9 控制系统方块图,工业电气自动化过程控制,19,还有几个基本概念：,系统按某种划分得到的若干元素的集合。 反馈将系统输出信号引回并加入到输入信号的系统结构和工作方式。 负反馈使系统输出信号趋于稳定或者说使系统的被控变量与给定值之差减少的反馈。
7、负反馈控制系统具有负反馈作用的控制系统。 正反馈使系统输出变量单调变化趋于极限或者说使系统的被控变量与给定值之差不断增大的反馈。 开环控制没有反馈的简单控制。例：照明中的调光控制；电风扇的多级速度调节； 闭环控制具有负反馈的控制。,工业电气自动化过程控制,20,1.6 过程控制系统的性能指标 以被控参数有关的阶跃干扰作为控制系统的输入，得到被控参数的不同过渡过程曲线。建立统一的衡量指标。,过渡过程的性能指标单位阶跃输入作用,图1-10a 过渡过程性能指标示意图（定值）,阶跃干扰,工业电气自动化过程控制,21,表1-1 衰减比代表的过渡过程性质,衰减比和衰减率（衡量振荡的衰减程度）,衰减比,衰减
8、率,工业电气自动化过程控制,22,2、最大偏差和超调量（系统动态准确性的指标）,定值系统 最大偏差：第一个波峰和新稳定值y()的差随动系统 超调量：,图1-10b 过渡过程性能指标示意图（随动）,工业电气自动化过程控制,23,3、 余差（它是系统稳态准确性的衡量指标）,余差指过渡过程结束后，被控量新的稳定值y()与给定值ys的差值。,工业电气自动化过程控制,24,4、调节时间（回复时间、过渡时间）ts 和振荡频率,调节时间ts 从过渡过程开始到这个过渡过程结束的时间 振荡频率 过渡过程中第一个波峰和第二个波峰之间的时间间隔称为振荡周期T，它的倒数就是振荡频率。,工业电气自动化过程控制,25,两
9、个注意和一个提示：,振荡频率同样，衰减比越大，调节时间会相对较短；衰减比相同，振荡频率越高，振荡周期就越短，调节时间就会越短。,调节时间、振荡频率：衡量过程控制系统快速性的指标,工业电气自动化过程控制,26,本章的主要掌握内容,了解过程控制的发展历史了解过程控制的几个特点了解过程控制的分类掌握过程控制（自动控制）的基本概念掌握过程控制的性能指标过渡过程性能指标,工业电气自动化过程控制,27,例题：,某化学反应器工艺规定，操作温度为40015C，考虑安全因素，调节过程中温度偏离给定值不得超过60C。现设计运行的温度定值调节系统，在最大阶跃干扰下的过渡过程曲线如图所示，试求该过渡过程的最大偏差、余差、衰减比、过渡时间（按被控变量进入新稳态值的2为准）和振荡周期，并说明该调节系统能否满足工艺要求。,
