1 過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念

1、 2021-6-92 前前 言言 v課程簡(jiǎn)介及課程內(nèi)容課程簡(jiǎn)介及課程內(nèi)容 v課程的重要性課程的重要性 v教學(xué)團(tuán)隊(duì)教學(xué)團(tuán)隊(duì) v課程安排課程安排 v參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) v考核辦法考核辦法 2021-6-93 課程簡(jiǎn)介及課程內(nèi)容課程簡(jiǎn)介及課程內(nèi)容 v過(guò)程控制儀表過(guò)程控制儀表+ +過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) （Process Control Instrument and SystemProcess Control Instrument and System） v課程簡(jiǎn)介：本課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較高的課程簡(jiǎn)介：本課程為專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較高的理論性理論性與與實(shí)踐性實(shí)踐性。 其目的和任務(wù)是通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)

2、生將掌握單回路和常見(jiàn)復(fù)其目的和任務(wù)是通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握單回路和常見(jiàn)復(fù) 雜過(guò)程控制系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程、特點(diǎn)以及應(yīng)用等知識(shí)，為畢雜過(guò)程控制系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程、特點(diǎn)以及應(yīng)用等知識(shí)，為畢 業(yè)設(shè)計(jì)及將來(lái)學(xué)習(xí)和工作打下過(guò)程控制的專業(yè)基礎(chǔ)。業(yè)設(shè)計(jì)及將來(lái)學(xué)習(xí)和工作打下過(guò)程控制的專業(yè)基礎(chǔ)。 v主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 過(guò)程控制儀表與裝置：過(guò)程控制儀表與裝置：包括過(guò)程控制儀表的組成與分類、控制包括過(guò)程控制儀表的組成與分類、控制 器（可編程調(diào)節(jié)器）與控制規(guī)律、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥等；器（可編程調(diào)節(jié)器）與控制規(guī)律、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)閥等； 過(guò)程控制系統(tǒng)：包括過(guò)程過(guò)程控制系統(tǒng)：包括過(guò)程控制系統(tǒng)的組成、

3、單回路過(guò)程控制系控制系統(tǒng)的組成、單回路過(guò)程控制系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)、要求和參數(shù)整定；常用復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)的原理和特統(tǒng)的設(shè)計(jì)、要求和參數(shù)整定；常用復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)的原理和特 點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)和應(yīng)用。此外，還要了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)和應(yīng)用。此外，還要了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（PLC)PLC)、 先進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)，以及各類過(guò)程控制系統(tǒng)在先進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)，以及各類過(guò)程控制系統(tǒng)在 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用。 2021-6-94 相關(guān)課程相關(guān)課程 熱工過(guò)程熱工過(guò)程 控制工程控制工程 前期課程前期課程 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)

4、計(jì) 流體力學(xué)流體力學(xué) 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 工程熱力學(xué)工程熱力學(xué) 自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 熱工測(cè)試技術(shù)熱工測(cè)試技術(shù) 后續(xù)課程后續(xù)課程 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 內(nèi)燃機(jī)電控技術(shù)內(nèi)燃機(jī)電控技術(shù) 數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù) 工程數(shù)據(jù)分析方法工程數(shù)據(jù)分析方法 課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) Text 2021-6-95 課程的重要性課程的重要性 v本課程是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程本課程是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的專業(yè)課專業(yè)課，具有很強(qiáng)實(shí)踐性。，具有很強(qiáng)實(shí)踐性。 v涉及的學(xué)科面廣，是一門(mén)與材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信涉及的學(xué)科面廣，是一門(mén)與材料

5、科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信 息技術(shù)密切相關(guān)的快速發(fā)展的學(xué)科。息技術(shù)密切相關(guān)的快速發(fā)展的學(xué)科。 v與專業(yè)方向相關(guān)：熱能工程；電廠動(dòng)力；內(nèi)燃機(jī)；制冷與專業(yè)方向相關(guān)：熱能工程；電廠動(dòng)力；內(nèi)燃機(jī)；制冷 與低溫工程；環(huán)境與設(shè)備工程；熱工自動(dòng)化；新能源科與低溫工程；環(huán)境與設(shè)備工程；熱工自動(dòng)化；新能源科 學(xué)與工程。學(xué)與工程。 v與學(xué)術(shù)研究相關(guān)：熱工過(guò)程與設(shè)備的計(jì)算機(jī)仿真與優(yōu)化；與學(xué)術(shù)研究相關(guān)：熱工過(guò)程與設(shè)備的計(jì)算機(jī)仿真與優(yōu)化； 節(jié)能與環(huán)保新技術(shù)；熱工過(guò)程檢測(cè)；診斷與智能決策；節(jié)能與環(huán)保新技術(shù)；熱工過(guò)程檢測(cè)；診斷與智能決策； 現(xiàn)代熱物性測(cè)試技術(shù)；新型制冷系統(tǒng)與裝置；空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)代熱物性測(cè)試技術(shù)；新型制冷系統(tǒng)與裝置；空

6、調(diào)系統(tǒng) 與設(shè)備節(jié)能新技術(shù)；與設(shè)備節(jié)能新技術(shù)；CFDCFD建筑能耗分析與管理研究；建建筑能耗分析與管理研究；建 筑室內(nèi)外空氣品質(zhì)及其控制。筑室內(nèi)外空氣品質(zhì)及其控制。 2021-6-96 教學(xué)團(tuán)隊(duì)教學(xué)團(tuán)隊(duì) v任課教師：黃學(xué)章；張建智；宋彥坡任課教師：黃學(xué)章；張建智；宋彥坡 v聯(lián)系方式：聯(lián)系方式2021-6-97 課程安排課程安排 v請(qǐng)參考教學(xué)日歷（請(qǐng)參考教學(xué)日歷（40學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） v緒論（緒論（4學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）+過(guò)程控制儀表（過(guò)程控制儀表（8學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）+過(guò)過(guò) 程控制系統(tǒng)（程控制系統(tǒng)（14學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）+計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（4 學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）+工程應(yīng)用（工程應(yīng)用（6

7、學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）+機(jī)動(dòng)（機(jī)動(dòng)（2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）+ 復(fù)習(xí)（復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 2021-6-98 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 劉玉長(zhǎng)主編，自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制，第四版，冶金工業(yè)出版社，劉玉長(zhǎng)主編，自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制，第四版，冶金工業(yè)出版社，2010 2 周澤魁主編，控制儀表與計(jì)算機(jī)控制裝置，化學(xué)工業(yè)出版社，周澤魁主編，控制儀表與計(jì)算機(jī)控制裝置，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 3 何衍慶、俞金壽主編，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制，化學(xué)工業(yè)出版社，何衍慶、俞金壽主編，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制，化學(xué)工業(yè)出版社，2004 4 潘永湘主編，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表第潘永湘主編，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表第2版，機(jī)械工業(yè)出版社，版，機(jī)械工業(yè)出版社，200

8、7 5 曹潤(rùn)生等編，過(guò)程控制儀表，浙江大學(xué)出版社，曹潤(rùn)生等編，過(guò)程控制儀表，浙江大學(xué)出版社，1987 6 徐春山主編，過(guò)程控制儀表，冶金工業(yè)出版社，徐春山主編，過(guò)程控制儀表，冶金工業(yè)出版社，1995. 7 吳勤勤主編，控制儀表及裝置，第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，吳勤勤主編，控制儀表及裝置，第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，2002 8 方康玲主編，過(guò)程控制系統(tǒng)，武漢理工大學(xué)出版社，方康玲主編，過(guò)程控制系統(tǒng)，武漢理工大學(xué)出版社，2002 9 王驥程、祝和云主編，化工過(guò)程控制工程，化工出版社，王驥程、祝和云主編，化工過(guò)程控制工程，化工出版社，1981 10 向婉成主編，過(guò)程控制調(diào)節(jié)裝置，機(jī)械工業(yè)出版社，向婉成主

9、編，過(guò)程控制調(diào)節(jié)裝置，機(jī)械工業(yè)出版社，1987 11 涂植英等主編涂植英等主編,過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng), 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，1988 12 金以慧主編，過(guò)程控制，清華大學(xué)出版社，金以慧主編，過(guò)程控制，清華大學(xué)出版社，1993.4 13 孟華主編，工業(yè)過(guò)程檢測(cè)與控制，北京航空航天大學(xué)出版社，孟華主編，工業(yè)過(guò)程檢測(cè)與控制，北京航空航天大學(xué)出版社，2002 14 俞金壽、蔣慰孫編著，過(guò)程控制工程，電子工業(yè)出版社，俞金壽、蔣慰孫編著，過(guò)程控制工程，電子工業(yè)出版社，2007 15 林德杰主編，過(guò)程控制儀表及控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，林德杰主編，過(guò)程控制儀表及控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，20

10、04 16 侯志林，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表，機(jī)械工業(yè)出版社，侯志林，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表，機(jī)械工業(yè)出版社，2007 2021-6-99 考核辦法考核辦法 v平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)(30%)期末筆試期末筆試(70%) v平時(shí)成績(jī)：考勤（平時(shí)成績(jī)：考勤（5分分/次）次） 作業(yè)（作業(yè)（5分分/次）次） 回答問(wèn)題（回答問(wèn)題（5分分/次）次） 課堂秩序（課堂秩序（5分分/次）次） v考勤有考勤有4次未到者或平時(shí)成績(jī)不及格者，取消考試資格次未到者或平時(shí)成績(jī)不及格者，取消考試資格 2021-6-910 q 1.1 1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成與分類過(guò)程控制系統(tǒng)的組成與分類 q 1.2 1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和

11、品質(zhì)指標(biāo)過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) q 1.3 1.3 被控對(duì)象特性被控對(duì)象特性 q 1.4 1.4 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型 第一章第一章 過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念過(guò)程控制系統(tǒng)的基本概念 2021-6-911 進(jìn)進(jìn) 料料 口口 出出 料料 口口 H 玻璃管液位計(jì)玻璃管液位計(jì) 進(jìn)進(jìn) 料料 口口 執(zhí)執(zhí) 行行 器器 變變 送送 器器 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 器器 1.1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) 2021-6-912 水槽液位控制 F1 L C 工作過(guò)程： F1增加 L增加 變送器輸出信號(hào)增加 偏差 （測(cè)量值-設(shè)定值）為正、增加 控制器輸出增加 閥開(kāi)度增加 F2增加 L降低； F2 F1

12、2021-6-913 1.1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) （a）手動(dòng)控制 （b）自動(dòng)控制 蒸汽 汽包 省煤器 給水 LTLC 蒸汽 汽包 省煤器 給水 玻璃管液位計(jì) 鍋爐汽包液位控制 2021-6-914 1.1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) 2021-6-915 1.1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) 熱空氣 燃料 燃料嘴 爐 膛 汽 包 過(guò)熱器 減溫器 PM D 負(fù)荷設(shè)備 調(diào)節(jié)閥 過(guò)熱蒸汽送 負(fù)荷設(shè)備 爐墻 省 煤 器 熱空氣 送往爐膛 給水 空氣預(yù)熱器 冷空氣 煙氣 (經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪) 2021-6-916 鍋爐設(shè)備的三大控制系統(tǒng) 給水量 減溫水 燃料量 送風(fēng)量 引風(fēng)量 水 位 蒸汽溫

13、度 蒸汽壓力 過(guò)?？諝?爐膛負(fù)壓 負(fù) 荷 鍋爐設(shè)備 主要控制系統(tǒng)：（1）鍋爐汽包水位的控制；）鍋爐汽包水位的控制； （2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制；）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制； （3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。 2021-6-917 1.1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) （a）手動(dòng)控制 （b）自動(dòng)控制 蒸汽 汽包 省煤器 給水 LTLC 蒸汽 汽包 省煤器 給水 玻璃管液位計(jì) 鍋爐汽包液位控制 2021-6-918 1.1.1 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng) 2021-6-919 1.1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的組成過(guò)程控制系統(tǒng)的組成 2021-6-920 工作原理： 燃油量增加 T2增大 T1增大變

14、送器輸出信號(hào)增加 偏差（測(cè)量 值-設(shè)定值）為正、增加 控制器輸出減小 （反作用）閥開(kāi)度減小 燃油量降低 討論：分析原油量減少的控制過(guò)程； 加熱爐溫度控制 2021-6-921 1.1.2 控制系統(tǒng)組成 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由檢測(cè)變送單元、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)由檢測(cè)變送單元、控制器、執(zhí)行器和被控對(duì)象組成。 被控對(duì)象被控對(duì)象：是指某些被控制的裝置或設(shè)備。例如加熱爐、高爐、沸是指某些被控制的裝置或設(shè)備。例如加熱爐、高爐、沸 騰爐、回轉(zhuǎn)窯以及貯藏物料的槽罐或輸送物料的管段等。騰爐、回轉(zhuǎn)窯以及貯藏物料的槽罐或輸送物料的管段等。 檢測(cè)元件和變送器檢測(cè)元件和變送器：用于檢測(cè)被控變量，并將檢測(cè)到

15、的信號(hào)轉(zhuǎn)換為：用于檢測(cè)被控變量，并將檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。 控制器控制器：用于將檢測(cè)變送單元的輸出信號(hào)與設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行比較，：用于將檢測(cè)變送單元的輸出信號(hào)與設(shè)定值信號(hào)進(jìn)行比較， 按一定的控制規(guī)律對(duì)其偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出到執(zhí)行器。按一定的控制規(guī)律對(duì)其偏差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果輸出到執(zhí)行器。 執(zhí)行器執(zhí)行器：執(zhí)行器接收控制器的輸出信號(hào)，通過(guò)改變執(zhí)行器節(jié)流件的：執(zhí)行器接收控制器的輸出信號(hào)，通過(guò)改變執(zhí)行器節(jié)流件的 流通面積來(lái)改變操縱變量。流通面積來(lái)改變操縱變量。 2021-6-922 1.1.3 控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖 2021-6-923 控制裝置執(zhí)行器過(guò)程

16、檢測(cè)元件、變送器 r(t) 比較 機(jī)構(gòu) - e(t) u(t) q(t) y(t) f(t) c(t) 擾動(dòng) 廣義對(duì)象 被控變量 測(cè)量值 控制器 設(shè)定值 1.1.3 控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖 2021-6-924 控制系統(tǒng)框圖 控制裝置執(zhí)行器過(guò) 程 + r(t) e(t) _ 檢測(cè)元件、變送器 比較機(jī)構(gòu) 控制器 q(t) 被控變量 c(t) 擾動(dòng) f(t) 廣義對(duì)象 測(cè)量值y(t) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成 u(t) 注意幾個(gè)變量的區(qū)別： 被控變量被控變量c c 、給定值（或設(shè)定值）、給定值（或設(shè)定值）r r、測(cè)量值測(cè)量值y y 、操縱變量、操縱變量 （或控制變量）（或控制變量）q q、干擾（或

17、外界擾動(dòng)）、干擾（或外界擾動(dòng)）f f 、偏差信號(hào)、偏差信號(hào)e e 、 控制信號(hào)控制信號(hào)u u 、閉環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng) 、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、反饋。、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、反饋。 2021-6-925 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象 測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置 + SP 執(zhí)行器執(zhí)行器 2021-6-926 2021-6-927 2021-6-928 2021-6-929 鍋爐磁力水位儀鍋爐磁力水位儀射頻導(dǎo)納物位計(jì)射頻導(dǎo)納物位計(jì)電動(dòng)浮筒液位計(jì)電動(dòng)浮筒液位計(jì) 2021-6-930 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象 測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置 + SP 執(zhí)行器執(zhí)行器 壓力變送器壓力變送器一體式溫度變送器一體式溫度變送器擴(kuò)散硅液位變送器

18、擴(kuò)散硅液位變送器 2021-6-931 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象 測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置 + SP 執(zhí)行器執(zhí)行器 數(shù)字調(diào)節(jié)器數(shù)字調(diào)節(jié)器 模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器 2021-6-932 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象 測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置 + SP 執(zhí)行器執(zhí)行器 直行程電動(dòng)執(zhí)行器直行程電動(dòng)執(zhí)行器 2021-6-933 復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng) 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象 測(cè)量變送裝置測(cè)量變送裝置 + SP 執(zhí)行器執(zhí)行器 過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 1、控制系統(tǒng)的被控量包含了溫度、控制系統(tǒng)的被控量包含了溫度、 壓力、流量、液位四大熱工參數(shù)。壓力、流量、液位四大熱工參數(shù)。

19、 2、執(zhí)行器中既有儀表類執(zhí)行器，又、執(zhí)行器中既有儀表類執(zhí)行器，又 有交流變頻器、加熱控制器、加熱器有交流變頻器、加熱控制器、加熱器 等電力拖動(dòng)類執(zhí)行器。等電力拖動(dòng)類執(zhí)行器。 3、該裝置是一個(gè)微型的鍋爐加熱、該裝置是一個(gè)微型的鍋爐加熱、 給排水系統(tǒng)，是模擬了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的小給排水系統(tǒng)，是模擬了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的小 型工廠，具有真實(shí)可靠性和直觀性。型工廠，具有真實(shí)可靠性和直觀性。 4、通過(guò)工業(yè)總線，上位機(jī)可對(duì)裝置、通過(guò)工業(yè)總線，上位機(jī)可對(duì)裝置 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制。 5、可提供監(jiān)控圖形畫(huà)面。、可提供監(jiān)控圖形畫(huà)面。 2021-6-934 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置監(jiān)控畫(huà)面過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置監(jiān)控畫(huà)面 2021-

20、6-935 2021-6-936 1.1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類 （一）按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類： 1、反饋控制系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng) 2、前饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng) 3、前饋、前饋-反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) （二）按給定值信號(hào)的特點(diǎn)分類 1、定值控制系統(tǒng)、定值控制系統(tǒng) 2、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng) 3、程序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng) 2021-6-937 1.1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類 2021-6-938 1.1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類 2021-6-939 1.1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類 （一）按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類： 1、反饋控制系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng) 2、前饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng) 3、前饋、前饋-

21、反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) （二）按給定值信號(hào)的特點(diǎn)分類 1、定值控制系統(tǒng)、定值控制系統(tǒng) 2、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng) 3、程序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng) 2021-6-940 1.1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類 2021-6-941 1.1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類 t0 1 23 4 T 5 2021-6-942 1.1.4 過(guò)程控制系統(tǒng)的分類 2021-6-943 過(guò)程控制發(fā)展的歷史：過(guò)程控制發(fā)展的歷史： （1）1930-1940年代。微分方程解析方法。主要研究單輸入、 單輸出控制系統(tǒng)。采用基地式儀表和部分氣動(dòng)單元組合儀 表。 （2）1940-1950年代。經(jīng)典控制理論頻域法、根軌跡法。 主要研究

22、定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題。采用基地式儀 表和大量氣動(dòng)單元組合儀表。 （3）1950-1960年代?，F(xiàn)代控制理論極小值原理、動(dòng)態(tài) 規(guī)劃、隨機(jī)性系統(tǒng)的最小二乘狀態(tài)估計(jì)等。系統(tǒng)辯識(shí)和參 數(shù)估計(jì)、隨機(jī)控制、自適應(yīng)控制和魯棒控制等控制領(lǐng)域的 理論分支相繼得到開(kāi)發(fā)和研究。PID控制和復(fù)雜控制系統(tǒng)。 1.1.5 過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 2021-6-944 （4）1970-1980年代，為解決大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化和控制 問(wèn)題，現(xiàn)代控制理論與系統(tǒng)理論相結(jié)合，形成大系統(tǒng)控制 理論。出現(xiàn)高維線性系統(tǒng)，同時(shí)，基于知識(shí)的專家系統(tǒng)、 模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、學(xué)習(xí)控制和基于信息論的 智能控制、含有大量不確定性和難

23、于建模的復(fù)雜控制系統(tǒng) 應(yīng)運(yùn)而生，并在許多應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這階段的儀 表從直接數(shù)字控制進(jìn)化為集散控制系統(tǒng)。 （5）1980開(kāi)始。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、顯示技術(shù)、控制技術(shù)、 通訊技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制也得到了飛速發(fā)展。 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和儀表開(kāi)始得到應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和 控制與管理集成在一起，組成了計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制系統(tǒng)， 或綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。 2021-6-945 1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) 1.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 在自動(dòng)控制中，把被控量不隨時(shí)間而變化的 平衡平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被控量隨時(shí)間而 變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。 當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入(設(shè)

24、定值和擾動(dòng))及輸出均恒定不變時(shí)， 整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、 控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，他們的輸出信號(hào)都處于相對(duì) 靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是上述的靜態(tài)。必須注意，這里所指的靜態(tài)并 不是一般所說(shuō)的靜止?fàn)顟B(tài)。一般所說(shuō)的靜止是指靜止不動(dòng)，而在自動(dòng) 控制中，靜態(tài)是指各參數(shù)(或信號(hào))的變化率為零，即參數(shù)保持不變， 因?yàn)橄到y(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量仍有進(jìn)出，只是平 穩(wěn)的進(jìn)行沒(méi)有改變就是了。 2021-6-946 1.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) 1.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 在生產(chǎn)過(guò)程中，擾動(dòng)是客觀存在，且是不可避免的， 因此了解系統(tǒng)的

25、靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更為 重要。例如生產(chǎn)過(guò)程中前后工序的互相影響，負(fù)荷的改變， 電壓、氣壓的波動(dòng)，氣候的影響等等，這些擾動(dòng)是破壞系 統(tǒng)平衡狀態(tài)，引起被控量發(fā)生變化的外界因素。在一個(gè)自 動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻都有擾動(dòng)作用于被控對(duì) 象，以至破壞正常的生產(chǎn)狀態(tài)，因之就需要通過(guò)自動(dòng)控制 裝置，不斷的施加調(diào)節(jié)作用去對(duì)抗或抵消擾動(dòng)作用的影響， 從而使被控量保持在生產(chǎn)所要控制的技術(shù)指標(biāo)上。 2021-6-947 1.2.2 過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化后，被控變量隨時(shí)間不當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化后，被控變量隨時(shí)間不 斷變化的過(guò)程稱為系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。斷變化的過(guò)程稱為系統(tǒng)

26、的過(guò)渡過(guò)程。也就是系統(tǒng)從一個(gè)平 衡狀態(tài)到達(dá)另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)程。在階躍擾動(dòng)作用下， 系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程主要有以下幾種形式： (a) 發(fā)散振蕩 (b) 等幅振蕩 (c) 衰減振蕩 (d) 單調(diào)過(guò)程 過(guò)渡過(guò)程的幾種基本形式 2021-6-948 1.2.3 控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 1、穩(wěn)定性：是控制系統(tǒng)性能的首要指標(biāo)。表明組成控制 系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)位于s左半平面。 2、準(zhǔn)確性：是控制系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。表明控制系統(tǒng) 的被控變量與參比變量（設(shè)定值）之間的偏差，即靜 態(tài)偏差應(yīng)盡可能小。 3、快速性：也是控制系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。當(dāng)控制系統(tǒng) 受到擾動(dòng)影響時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)盡快地做出響應(yīng)，改變 操縱變量，使被控變量與參

27、比變量之間有偏差的時(shí)間 盡可能短。 4、偏離度：也是重要的控制系統(tǒng)性能指標(biāo)。表示在控制 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中被控變量偏離參比變量的離散程度。 2021-6-949 時(shí)域控制性能指標(biāo) v用階躍輸入信號(hào)階躍輸入信號(hào)作用下控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)曲線表示 的控制系統(tǒng)性能指標(biāo)稱為時(shí)域控制性能指標(biāo)。 2021-6-950 1、衰減比 n 穩(wěn)定性指標(biāo) 衰減率 二階系統(tǒng)常用衰減度 m 表示衰減的程度。 2 1 B B n %100 1 21 B BB 2021-6-951 2、超調(diào)量和最大動(dòng)態(tài)偏差穩(wěn)定性指標(biāo) 超調(diào)量： 最大動(dòng)態(tài)偏差： %100 1 C B CBA 1 2021-6-952 3、余差準(zhǔn)確性指標(biāo) 4、回復(fù)時(shí)間

28、和振蕩頻率快速性指標(biāo) 過(guò)度過(guò)程要絕對(duì)達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值需要無(wú)限 時(shí)間，因此，用被控變量從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值5%或2%范圍內(nèi)的時(shí)間作為 過(guò)渡過(guò)程的回復(fù)時(shí)間TS。 過(guò)渡過(guò)程的振蕩頻率與振蕩周期的關(guān)系： Cryre T 2 2021-6-953 5、偏離度 控制系統(tǒng)偏離度是被控變量統(tǒng)計(jì)特性的 描述。在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，被控變量的 分布通常遵循正態(tài)分布。 被控變量的正態(tài)分布曲線被控變量的正態(tài)分布曲線 2021-6-954 例： 某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過(guò)渡某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過(guò)渡 過(guò)程曲線如圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、過(guò)程曲線如圖所示。試分

29、別求出最大偏差、余差、衰減比、 振蕩周期和回復(fù)時(shí)間（給定值振蕩周期和回復(fù)時(shí)間（給定值200）。）。 t/min 230 210 205 200 5 20 溫度控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線 220 溫度/ 2021-6-955 解解 最大偏差最大偏差：A=230-200=30 余差余差：C=205-200=5 衰減比衰減比：由圖上可以看出，第一個(gè)波峰值：由圖上可以看出，第一個(gè)波峰值B1=230- 205=25，第二個(gè)波峰值，第二個(gè)波峰值B2=230-205=5，故衰減比應(yīng)，故衰減比應(yīng) 為為B1 B2 =25 5=5 1。 振蕩周期：振蕩周期：為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，故周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，

30、故周期 T=20-5=15（min） 過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)，與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)， 假定被控變量進(jìn)入額定值的假定被控變量進(jìn)入額定值的2%，就可以認(rèn)為過(guò)渡過(guò)，就可以認(rèn)為過(guò)渡過(guò) 程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為200（2%）=4， 這時(shí)，可在新穩(wěn)態(tài)值（這時(shí)，可在新穩(wěn)態(tài)值（205）兩側(cè)以寬度為）兩側(cè)以寬度為4畫(huà)畫(huà) 一區(qū)域，圖中以畫(huà)有陰影線區(qū)域表示，只要被控變量一區(qū)域，圖中以畫(huà)有陰影線區(qū)域表示，只要被控變量 進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出，過(guò)渡過(guò)程就可以認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出，過(guò)渡過(guò)程就可以認(rèn)為已經(jīng) 結(jié)束。因此，從圖上可以看出，過(guò)渡時(shí)間為結(jié)束

31、。因此，從圖上可以看出，過(guò)渡時(shí)間為22min。 2021-6-956 積分性能指標(biāo) 1、誤差平方積分鑒定指標(biāo)ISE 缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生振蕩的響應(yīng)缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生振蕩的響應(yīng) 2、絕對(duì)誤差積分鑒定指標(biāo)IAE 缺點(diǎn)：最小系統(tǒng)誤差的確定有困難缺點(diǎn)：最小系統(tǒng)誤差的確定有困難 3、時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分鑒定指標(biāo)ITAE 缺點(diǎn)：積分鑒定指標(biāo)的解析解不易獲得缺點(diǎn)：積分鑒定指標(biāo)的解析解不易獲得 不同積分性能指標(biāo)對(duì)控制系統(tǒng)優(yōu)良程度不同積分性能指標(biāo)對(duì)控制系統(tǒng)優(yōu)良程度 的側(cè)重點(diǎn)不同。的側(cè)重點(diǎn)不同。 2021-6-957 1.3 被控對(duì)象特性 在過(guò)程控制系統(tǒng)中，鍋爐、熱交換器、反應(yīng)器、加熱爐、窯 爐、料倉(cāng)、貯槽、流體輸送設(shè)備及一些動(dòng)

32、力設(shè)備等等是最常見(jiàn)的 被控對(duì)象。 各種對(duì)象千差萬(wàn)別，每個(gè)對(duì)象都有其自身的固有的特性，而 對(duì)象特性的差異對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行控制有著很大的影響。有的對(duì) 象很容易操作，控制比較平穩(wěn)；有的生產(chǎn)過(guò)程很難操作，只要不 小心就會(huì)超出正常工藝條件，輕則影響生產(chǎn)，重則造成事故。 因此，只有全面了解和掌握被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，才能合理的 設(shè)計(jì)控制方案，選用合適的檢測(cè)和控制儀表，進(jìn)行控制器參數(shù)整 定。特別是要設(shè)計(jì)高質(zhì)量的、新型復(fù)雜的控制方案時(shí)，如前饋控 制、自適應(yīng)控制、計(jì)算機(jī)最優(yōu)控制等等，由于涉及到過(guò)程的數(shù)學(xué) 模型問(wèn)題，更離不開(kāi)對(duì)被控對(duì)象特性的研究。 2021-6-958 1.3 被控對(duì)象特性 過(guò)程特性過(guò)程特性是指當(dāng)被控

33、量（操縱變量或擾 動(dòng)變量）發(fā)生變化時(shí)，其輸出變量（被控變 量）隨時(shí)間的變化規(guī)律。 多數(shù)工業(yè)過(guò)程的特性分為四種類型。 （1）自衡的非振蕩過(guò)程； （2）無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程； （3）自衡的振蕩過(guò)程； （4）具有反向特性的過(guò)程。 2021-6-959 （1）自衡的非振蕩過(guò)程。該類過(guò)程在階躍輸入信號(hào)作用 下的輸出響應(yīng)曲線沒(méi)有振蕩地從一個(gè)穩(wěn)態(tài)趨向于另一個(gè) 穩(wěn)態(tài)。 例如：液位儲(chǔ)罐在進(jìn)料閥開(kāi) 度增大時(shí)，原來(lái)的穩(wěn)定液位 會(huì)上升，由于出料閥開(kāi)度未 變，隨著液位的升高，靜壓 增大，出料流量也增大，因 此，液位上升逐漸變慢，直 到液位達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定位 置。 傳遞函數(shù)： s S e T K sG 1 )( 2021-

34、6-960 （2）無(wú)自衡的非振蕩過(guò)程。該過(guò)程沒(méi)有自衡能力， 它在階躍輸入信號(hào)作用下輸出響應(yīng)曲線無(wú)振蕩地 從一個(gè)穩(wěn)態(tài)一直上升或下降，不能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。 例如：某些液位儲(chǔ)罐的出料 閥采用定量泵排出，當(dāng)進(jìn)料 閥開(kāi)度階躍變化時(shí)，液位會(huì) 一直上升到溢出或下降到排 空。 傳遞函數(shù)： s e s K sG )( s s e sT K sG 1 )( 2021-6-961 （3）自衡的振蕩過(guò)程。該過(guò)程具有自衡能力，它 在階躍輸入信號(hào)作用下輸出呈現(xiàn)衰減振蕩特性， 最終過(guò)程會(huì)趨于新的穩(wěn)態(tài)值。 s e ss K sG 22 2 )( 2021-6-962 （4）具有反向特性的過(guò)程。該類過(guò)程在階躍輸入 信號(hào)作用下開(kāi)始

35、與終止時(shí)出現(xiàn)反向的變化。 該類過(guò)程的典型例子就是鍋爐水位。 2021-6-963 （a）手動(dòng)控制 （b）自動(dòng)控制 鍋爐汽包液位控制 蒸汽 汽包 省煤器 給水 LTLC 蒸汽 汽包 省煤器 給水 玻 管 液 位 計(jì) 當(dāng)蒸汽用量階躍增加時(shí)，引起蒸汽壓力突然下降，汽包水位 由于水的閃急汽化，造成虛假水位上升，但因用汽量的增加，最 終，水位反而下降。這類過(guò)程由于控制器根據(jù)水位的上升會(huì)做出 減少給水量的誤操作，因此，控制這類過(guò)程最為困難。 2021-6-964 描述對(duì)象特性的參數(shù)： （放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間）（放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)、滯后時(shí)間） 1 2 L 儲(chǔ)液槽 F1 F2 以儲(chǔ)液槽對(duì)象為例： 水經(jīng)

36、過(guò)閥門(mén)不斷地流入水槽，水槽內(nèi)的水又通過(guò)閥門(mén)不斷流 出，工藝上要求水槽液位保持一定數(shù)值。此處，水槽就是被控對(duì)象， 液位就是被控量。如果閥門(mén)的開(kāi)度不變，而閥門(mén)的開(kāi)度變化， 則此閥門(mén)的開(kāi)度變化就是引起液位變化的擾動(dòng)因數(shù)。這里所指的 對(duì)象特性是指當(dāng)閥門(mén)的開(kāi)度發(fā)生變化，也就是輸入水量F1發(fā)生變化 時(shí)，液位是如何變化的。 2021-6-965 當(dāng)通過(guò)閥流入水槽的流量F1等于流出水槽的流量F2時(shí)，槽內(nèi)液位 就保持在L0不變。如果假定在某時(shí)刻突然開(kāi)大閥門(mén)1，并設(shè)輸入水槽流 量變化，則由于閥2開(kāi)度未變，液位上升，上升，液體靜壓加 大，使得輸出流量F2也隨之增加，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，F(xiàn)1等于F2，即輸入與 輸出平衡，故

37、穩(wěn)定在一新的數(shù)值L2。的變化開(kāi)始快以后逐漸變慢， 最后穩(wěn)定在L2不變，其原因乃是開(kāi)始時(shí)F1與F2差別大，以后由于的增 加，F(xiàn)1與F2的差別逐漸減小直到完全消除。由此可得水流量變化與 液位變化的變化曲線如圖所示。此曲線可以描述對(duì)象特性。盡管不 同對(duì)象可以作出不同的變化曲線，但基本上都可以用幾個(gè)主要物理量來(lái) 說(shuō)明對(duì)象的特性。 液位和流量變化曲線 F F1 F10 L2 L0 L F1 F2 1 2 L 儲(chǔ)液槽 F1 F2 2021-6-966 1、放大系數(shù)K 由上例可知，在穩(wěn)定狀態(tài)下，一定的F對(duì)應(yīng)著一定的 L，且令K為L(zhǎng)與F之比，用數(shù)學(xué)表示，即KL/F或 LKF。 放大系數(shù)K是一個(gè)靜態(tài)特性參數(shù)，只

38、與被控量的變化 過(guò)程起點(diǎn)與終點(diǎn)有關(guān)，而與被控量的變化過(guò)程沒(méi)有關(guān)系。 利用放大系數(shù)K，可以獲得任何幅值階躍擾動(dòng)（輸入變化 值）對(duì)被控量（輸出變化值）的靜態(tài)影響；K K愈大（或愈愈大（或愈 ?。?，則輸入對(duì)輸出穩(wěn)定值的影響愈大（或愈?。┬。?，則輸入對(duì)輸出穩(wěn)定值的影響愈大（或愈?。?。顯然， 不同擾動(dòng)通過(guò)不同通道進(jìn)入對(duì)象時(shí)，對(duì)輸出的影響各不相 同，也即對(duì)象的放大系數(shù)是不同的。 2021-6-967 1、放大系數(shù)K 因此：在考慮控制方案時(shí)，應(yīng)分析各種擾動(dòng)對(duì)被控量 的影響，比較它們的放大系數(shù)，分析它們的可控性能，選 擇放大系數(shù)較大，可控性能較好的作為操縱量，以利于迅 速克服擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。 2021-6

39、-968 2、時(shí)間常數(shù)Tc 時(shí)間常數(shù)Tc是說(shuō)明被控量變化快慢的參數(shù)。從大量的生產(chǎn)實(shí)踐中 發(fā)現(xiàn)，有的對(duì)象受到擾動(dòng)作用后，被控量變化很快，能較迅速地達(dá)到 了穩(wěn)定值；有的對(duì)象，被控量要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到新的穩(wěn)定值， 由圖可以看出，不同對(duì)象，其時(shí)間常數(shù)不同，當(dāng)受到階躍擾動(dòng)時(shí)，其 響應(yīng)曲線是不一樣的。 水槽液位單容對(duì)象 時(shí)間常數(shù)Tc的求解方法：上圖所示 的水槽對(duì)象是沒(méi)有滯后的單容對(duì)象， 其響應(yīng)曲線是一條指數(shù)曲線，被控量 液位經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，穩(wěn)定在一 新的數(shù)值L；由o點(diǎn)作響應(yīng)曲線的切 線交L于B，則ob即為時(shí)間常數(shù)Tc。 一般說(shuō)來(lái)，時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)T Tc c小，則對(duì)小，則對(duì) 象慣性小，被控量變化速度

40、大，不易象慣性小，被控量變化速度大，不易 控制?？刂?。 2021-6-969 3、滯后時(shí)間 有的對(duì)象在受到擾動(dòng)作用后，被控量不是立即變化，而是經(jīng)過(guò)一 段時(shí)間后才開(kāi)始變化。 0 測(cè)點(diǎn)在管道上的蒸汽直接加熱器及其特性 F F1 F10 T2 T1 F T F1 F2 l T F 蒸汽 水溶液 2021-6-970 3、滯后時(shí)間 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，純滯后的現(xiàn)象是普遍存在的，因?yàn)?控制閥門(mén)等的安裝位置與對(duì)象本身之間總有一段距離，輸入 量（或輸出量）的改變和信息的傳遞均需要時(shí)間；另外在被 控量雖已發(fā)生變化，但要在顯示儀表上反映出來(lái)，也有一個(gè) 信息傳遞的問(wèn)題，因此我們把純滯后也叫做傳遞滯后純滯后也叫做傳遞

41、滯后。傳遞 滯后隨調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與檢測(cè)元件之間安裝距離的增加而增大。傳 遞滯后給自動(dòng)控制帶來(lái)很大的困難，因?yàn)樵谶@段時(shí)間內(nèi)，控 制裝置無(wú)能為力，控制器不可能在感受到偏差以前就發(fā)出控 制信號(hào)，所以在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)盡可能地避免或減小 過(guò)程的傳遞滯后。 2021-6-971 注意： 放大系數(shù)K是用來(lái)表征對(duì)象靜態(tài)特性靜態(tài)特性的參數(shù)，而時(shí) 間常數(shù)Tc和滯后時(shí)間都是用來(lái)表征對(duì)象受到擾動(dòng)作 用后被控量是如何變化的，因此它們是反映對(duì)象動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 特性特性的參數(shù)。 2021-6-972 注意： 最后還應(yīng)指出，對(duì)象的特性還與其負(fù)荷變化有關(guān)。 所謂對(duì)象的負(fù)荷，是指對(duì)象的生產(chǎn)能力或運(yùn)行能力。 負(fù)荷的改變，是由生產(chǎn)需要決定

42、的。當(dāng)負(fù)荷在生 產(chǎn)允許的極限范圍內(nèi)變化時(shí)，設(shè)備就正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是 負(fù)荷變化后，對(duì)象的各種阻力就會(huì)改變，以致使對(duì)象 的容量、放大系數(shù)和時(shí)間常數(shù)等對(duì)象特性亦會(huì)改變； 另外負(fù)荷變化，物料輸送量或輸送速度也會(huì)隨之而變， 因而也會(huì)影響傳遞滯后?？傊?，被控對(duì)象在不同負(fù)荷 下，它的特性參數(shù)是不同的。在設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)， 就應(yīng)當(dāng)考慮到負(fù)荷變化的影響，使系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)適 應(yīng)對(duì)象負(fù)荷的變化，保證控制的質(zhì)量要求。 2021-6-973 1.4 過(guò)程動(dòng)態(tài)模型的建立 一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)由被控過(guò)程和檢測(cè)控制儀表兩部 分組成。因此，系統(tǒng)的控制品質(zhì)取決于被控過(guò)程和檢測(cè)被控過(guò)程和檢測(cè) 控制儀表的特性控制儀表的特性。由于過(guò)程控制儀

43、表的特性是可以人為 改變的，以適應(yīng)不同被控過(guò)程的需要。因此，系統(tǒng)控制 品質(zhì)的優(yōu)劣，主要取決于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的了解和建立被控對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的了解和建立被控 過(guò)程的數(shù)學(xué)模型過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。 建立過(guò)程動(dòng)態(tài)模型的方法： （1）系統(tǒng)辨識(shí)法 （2）機(jī)理建模法 （3）混合方法 2021-6-974 系統(tǒng)辨識(shí)方法 根據(jù)過(guò)程輸入輸出數(shù)據(jù)確定過(guò)程模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 的建模方法稱為系統(tǒng)辨識(shí)方法，建立的模型稱為黑箱模 型。 根據(jù)所建立模型的參數(shù)不同，系統(tǒng)辨識(shí)法可分為非 參數(shù)模型辨識(shí)和參數(shù)模型辨識(shí)兩類方法。 上面介紹的四類過(guò)程特性是用非參數(shù)模型辨識(shí)建立 的模型。非參數(shù)模型的過(guò)程特性參數(shù)可用曲線擬合法估 計(jì)。 參數(shù)模型辨識(shí)方法根據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)用參數(shù)估計(jì)的 方法確定參數(shù)模型中的有關(guān)參數(shù)值。常用的參數(shù)模型有 自回歸模型、擴(kuò)展自回歸模型。參數(shù)估