儀表自動化第一章

1、 自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念1 自動化的作用及主要內(nèi)容2 自動控制系統(tǒng)的組成3 自動控制系統(tǒng)的方塊圖4 自動控制系統(tǒng)的分類5 自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)6 工藝管道及控制流程圖.化工自動化的主要內(nèi)容 自動檢測 自動保護(hù)與報警 自動操縱與啟停 自動調(diào)節(jié)QiQ0要要求求.2 自動控制系統(tǒng)的組成觀觀察察思考思考調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)(1)檢測檢測(2)運算運算(3)執(zhí)行執(zhí)行.2 自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖要求觀察思考調(diào)節(jié)變換顯示記錄調(diào)節(jié)給定值執(zhí)行機構(gòu)檢測儀表記錄儀顯示器調(diào)節(jié)器四部分四部分(環(huán)節(jié))： 測量儀表測量儀表（測量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)測量并轉(zhuǎn)化統(tǒng)一信號）一信號） 控制器控制器（比較比較得偏差、運算輸?shù)闷?、運

2、算輸出控制信號）出控制信號） 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)（根據(jù)控制器信根據(jù)控制器信號改變操作量）號改變操作量） 被控對象被控對象（設(shè)（設(shè)備備）1 1、組成、組成2、方塊圖 每一個方塊稱一個“環(huán)節(jié)”， 帶箭頭線條表示“信號”聯(lián)系控制器 執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測量值給定值 偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf要求觀察思考調(diào)節(jié)變換顯示記錄調(diào)節(jié)給定值執(zhí)行機構(gòu)檢測儀表記錄儀顯示器調(diào)節(jié)器說明了組成和工作原理QiQo2、概念 環(huán)節(jié)、偏差、 反饋、正反饋、負(fù)反饋控制器 執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器測量值給定值 偏差輸出變量被控變量控制器操縱干擾作用xzepqyf開環(huán)、閉環(huán)開環(huán)、閉環(huán)1.3 自動

3、控制系統(tǒng)的分類 按被調(diào)控變量分類：流量調(diào)節(jié)、溫度調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、物位調(diào)節(jié)等、速度調(diào)節(jié)等 按控制規(guī)律分類：位式調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、比例微分調(diào)節(jié)、比例積分調(diào)節(jié)、比例微分積分調(diào)節(jié) 按被控參數(shù)的變化規(guī)律分類：定值控制系統(tǒng)：給定值為常數(shù)；隨動控制系統(tǒng)：給定值為變數(shù)，要求跟隨變化；程序控制系統(tǒng)：按預(yù)定時間順序控制參數(shù)。 按信號種類分類：氣動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電動調(diào)節(jié)系統(tǒng)1.4 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)一、控制系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)：被控變量不隨時間變化的 平衡狀態(tài)動態(tài)：被控 變量隨時間變化的 不平衡狀態(tài) 控制過程：動態(tài) 靜態(tài) 動態(tài) 新的靜態(tài)控制干擾控制QiACS中, 輸入=輸出 時 ,各環(huán)節(jié)都不改變原先的狀態(tài)Q0

4、輸入變化(干擾) 被控變量變化ACS產(chǎn)生控制作用克服干擾-建立新的平衡研究ACS的重點是系統(tǒng)的動態(tài)LTLC給定 二、控制系統(tǒng)的過渡過程 干擾y變化負(fù)反饋作用恢復(fù)平衡 干擾f 研究Y-t的變化規(guī)律負(fù)反饋作用 四種基本形式： 3. 等幅振蕩過程1. 非周期衰減過程0t0yy0t004. 發(fā)散振蕩過程tt0t2. 衰減振蕩過程yty0t0t 三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 最大偏差A(yù)或超調(diào)量B 衰減比B/B =n:1 4:110:1 余差C 過渡時間t 振蕩周期T 振蕩次數(shù) 上升時間給定值CT四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 控制效果取決于控制對象（內(nèi)因）和控制系統(tǒng)（外因）兩個方面。 外因只有通過內(nèi)因

5、起作用，內(nèi)因是最終效果的決定因素。控制器 執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器給定值 偏差變量被控變量操縱干擾作用xzepqyf.5 工藝管道及控制流程圖 工藝流程控制方案工藝管道及控制流程圖（PID） 控制方案確定： 測量點選擇、 控制系統(tǒng)確定、 保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計 工藝管道及控制流程圖：帶測量點、控制點、控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)的流程圖。圖1-4控制流程圖工藝管道及控制流程圖： 1、圖形符號 測量點：起點 連接線： 儀表：圓圈 2、字母代號 3、儀表位號控制流程圖符號意義序號安裝位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注1就地安裝儀表4集中儀表盤后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表盤后安裝儀表

6、3就地儀表盤面安裝儀表控制流程圖字母意義字母第一位字母后繼字母字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能被測變量修飾詞功能A分析報警P壓力C電導(dǎo)率控制Q數(shù)量積分累積D密度差R放射性記錄E電壓S速度安全開關(guān)F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時間W力L物位YM水分Z位置執(zhí)行機構(gòu) (1)儀表測量點的位置 (2)控制點 (3)被測變量 (4)儀表功能 (5)工段號 (6)儀表序號 (7)安裝位置進(jìn)料出料TCTT凝液蒸汽一、有關(guān)對象的基本概念二、對象特性的分類與研究方法三、描述對象特性的參數(shù)控制器 執(zhí)行器被控對象測量元件與變送器給定值 偏差變量被控變量操縱干擾作用xzepqyf一、有關(guān)對象的基本概念一

7、、有關(guān)對象的基本概念干擾控制作用被控變量輸入變量與輸出變量之間的信號聯(lián)系-通道 控制通道 干擾通道二、對象特性的分類與研究方法二、對象特性的分類與研究方法 所謂研究對象的特性，就是用數(shù)學(xué)的方法來描述出對象輸入量與輸出量之間的關(guān)系數(shù)學(xué)模型。 對象的數(shù)學(xué)模型可以分為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型和動態(tài)數(shù)學(xué)模型。 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是對象在穩(wěn)定時（靜態(tài)）的輸入與輸出關(guān)系； 如 h=K Q1 動態(tài)數(shù)學(xué)模型描述的是在輸入量改變以后輸出量跟隨變化的規(guī)律； K Q1 =h+T(dh/dt) 靜態(tài)數(shù)學(xué)模型是動態(tài)數(shù)學(xué)模型在對象達(dá)到平衡時的特例。對象的動態(tài)特性 對象受到干擾作用或控制作用后，其輸出跟隨變化的規(guī)律。 研究的核心是：尋

8、找對象輸入與輸出之間的（函數(shù)）規(guī)律。 對象輸入量：干擾作用、控制作用 對象輸出量：被控變量控制通道特性 干擾通道特性 數(shù)學(xué)模型的表示方法： 非參量模型：用曲線、圖表表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關(guān)系； 參量模型：用數(shù)學(xué)方程式表示的系統(tǒng)輸入與輸出量之間的關(guān)系。 tfy 干擾控制作用被控變量對象動態(tài)特性的研究方法（1）機理建模）機理建模（數(shù)學(xué)建模）根據(jù)對象實際過程的內(nèi)部機理寫出的數(shù)、質(zhì)量平衡關(guān)系，分析計算而獲得對象的輸入量與輸出量之間的關(guān)系。（2）實驗建模）實驗建模要在實際系統(tǒng)或?qū)嶒炏到y(tǒng)中，通過加上一組(人為的）輸入來考察輸出的跟隨變化規(guī)律獲得反映輸入與輸出關(guān)系的經(jīng)驗曲線和經(jīng)驗函數(shù)關(guān)系。機理建模示例

9、：一階對象由體積守恒可得：(Q1-Q2)dt=Adh其中：Q2h/RsRS出水閥的阻力系數(shù)由此可得：RS Q1=h+A Rs (dh/dt)或: K Q1 =h+T(dh/dt)hQ1Q2輸入Qi輸出h實驗建?！翱茖W(xué)”和“技術(shù)”具有不同的范疇 許多復(fù)雜的過程不能通過理論分析得出顯性表達(dá)式； 表達(dá)式常是高階微分方程式或偏微分方程式; 理論推導(dǎo)通常忽略一些影響因素，而這些因素對實際結(jié)果具有相當(dāng)?shù)挠绊懀?通過實驗獲得經(jīng)驗方程有時比理論推算更方便。實測建模定義定義 通過實驗來測取對象的輸入輸出數(shù)據(jù);依據(jù)這些輸入輸出數(shù)據(jù)來建立對象的數(shù)學(xué)模型。幾個概念幾個概念 系統(tǒng)辨識 參數(shù)估計 測試信號在確定模型之后,

10、依據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)來確定模型中的某些參數(shù).在所研究的對象上,人為地加上一個輸入信號,測輸出,這個輸入信號稱測試信號.實驗測取法實驗測取法按所加按所加輸入形式的不同來區(qū)分輸入形式的不同來區(qū)分1.階躍反應(yīng)曲線法 通過輸入量的一個階躍變化尋找對象的動態(tài)特性。優(yōu)點：簡單易行。缺點：精度低。2.矩型脈沖法優(yōu)點：精度高,對生產(chǎn)影響小。3.周期脈沖法 通過輸入量的周期變化（矩形波或正弦變化),獲取對象的動態(tài)特性。優(yōu)點：能反應(yīng)條件波動時的結(jié)果。缺點：不能用于大滯后系統(tǒng)。三、描述對象特性的參數(shù) 三個物理量K、T、圖2-12 液位變化曲線 h=K Q1被控變量達(dá)到新的穩(wěn)定值的63.2%所需的時間. K Q1 =h+T(dh/dt)在一定的輸入作用下，被調(diào)參數(shù)完成其變化所需時間的參數(shù)。)1 ()(/TteKAth圖8-11 不同時間常數(shù)對象的反應(yīng)曲線3、滯后時間在輸入?yún)?shù)變化后，有的輸出參數(shù)不能立即在輸入?yún)?shù)變化后，有的輸出參數(shù)不能立即發(fā)生變化，而需要等待一段時間才開始產(chǎn)生明顯變化，這個發(fā)生變化，而需要等待一段時間才開始產(chǎn)生明顯變化，這個時間間隔稱為滯后時間。時間間隔稱為滯后時間。 滯后時間按其產(chǎn)生原因可以分為：傳遞滯后：滯后期內(nèi)無變化滯后期內(nèi)無變化新參數(shù)的作用結(jié)果還沒有傳新參數(shù)的作用結(jié)果還沒有傳遞到輸出點；遞到輸出點；