安工大-化工儀表及自動(dòng)化-第1章

1、1儀表與自動(dòng)化控制劉 升E-mail: 2教材和主要參考書目1.化工儀表及自動(dòng)化（第五版）化工儀表及自動(dòng)化（第五版）厲玉鳴厲玉鳴 主編，化學(xué)工業(yè)出版社。主編，化學(xué)工業(yè)出版社。2.化工儀表及自動(dòng)化習(xí)題集化工儀表及自動(dòng)化習(xí)題集厲玉鳴厲玉鳴 主編，化學(xué)工業(yè)出版社。主編，化學(xué)工業(yè)出版社。3.過(guò)程檢測(cè)技術(shù)及儀表過(guò)程檢測(cè)技術(shù)及儀表 杜維主編，化學(xué)工業(yè)出版社。杜維主編，化學(xué)工業(yè)出版社。4.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng) 張毅主編，化學(xué)工業(yè)出版社。張毅主編，化學(xué)工業(yè)出版社。34v生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化：在化工化工、煉油煉油、食品食品、輕工輕工等連續(xù)性生產(chǎn)設(shè)備上，配備一些自動(dòng)化裝置裝

2、置，代替操作人員的部分直接手工勞動(dòng)，使生產(chǎn)過(guò)程在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行，稱為“生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化”。所謂化工自動(dòng)化v自動(dòng)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)的的重要性重要性(工、農(nóng)、軍等工、農(nóng)、軍等)5v 生產(chǎn)過(guò)程生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化自動(dòng)化的的目的目的：1.加快生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量；2.降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；3.確保生產(chǎn)安全。4.改善勞動(dòng)條件6本課程本課程主要內(nèi)容主要內(nèi)容基本概念基本概念 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型儀器儀表儀器儀表 檢檢 測(cè)測(cè) 顯顯 示示 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 執(zhí)執(zhí) 行行自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)）（簡(jiǎn)

3、單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)）計(jì)算機(jī)等新型控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)等新型控制系統(tǒng)7生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)的的發(fā)展歷程發(fā)展歷程簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介1) 利用自動(dòng)檢測(cè)儀表自動(dòng)檢測(cè)儀表監(jiān)視生產(chǎn)，根據(jù)儀表指示和經(jīng)驗(yàn)，手工操作控制生產(chǎn)過(guò)程。(20世紀(jì)40年代以前)2) 生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)的簡(jiǎn)單控制；同時(shí)串級(jí)、比值、等復(fù)雜控制系統(tǒng)也得到了一定程度的發(fā)展。 (20世紀(jì)50至60年代)3) 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制理論的發(fā)展推動(dòng)了常規(guī)儀表的不斷變革，各種新型測(cè)控系統(tǒng)新型測(cè)控系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。(20世紀(jì)70年代以來(lái))4) 現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展為綜合自動(dòng)化綜合自動(dòng)化，控制與管理控制

4、與管理一體化一體化，是信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和管理科學(xué)相結(jié)合的現(xiàn)代高新技術(shù)。(近10年來(lái))5) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)8第一章第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念基本概念1.1 工業(yè)自動(dòng)化的主要內(nèi)容工業(yè)自動(dòng)化的主要內(nèi)容1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成1.3 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) 本章小結(jié)91.1 工業(yè)自動(dòng)化的主要內(nèi)容工業(yè)自動(dòng)化的主要內(nèi)容q主要有主要有：自動(dòng)檢測(cè)；自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)鎖保護(hù)；自動(dòng)操縱和自動(dòng)啟停；自動(dòng)控制

5、。自動(dòng)檢測(cè)：利用各種檢測(cè)儀表對(duì)生產(chǎn)過(guò)程主要工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量、物位等)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄。測(cè)溫元件熱液蒸汽流量計(jì)壓力表冷液冷液冷凝水溫度計(jì)換熱器重要換熱器重要參數(shù)的自動(dòng)參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)示意圖。檢測(cè)示意圖。10生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的的主要內(nèi)容主要內(nèi)容2-3-4自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)鎖保護(hù)自動(dòng)報(bào)警與聯(lián)鎖保護(hù)：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中某些關(guān)鍵性的工藝參數(shù)設(shè)置自動(dòng)報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)裝置，當(dāng)參數(shù)超出設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光信號(hào)，工況達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)立即自動(dòng)采取緊急措施。自動(dòng)操縱和自動(dòng)啟停自動(dòng)操縱和自動(dòng)啟停：按照預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作；自動(dòng)投入運(yùn)行或停車。自動(dòng)控制自動(dòng)控制：對(duì)影

6、響產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量或安全生產(chǎn)的一些關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，當(dāng)其受到外界擾動(dòng)的影響偏離正常狀況時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)使工藝參數(shù)值回到規(guī)定的范圍之內(nèi)，克服干擾影響。11Q0hQ11.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成組成q自動(dòng)控制是由人工手動(dòng)控制發(fā)展而來(lái)，q下面以水槽液位控制為例來(lái)比較自動(dòng)控制和手工控制，從而分析和了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成。12水槽水槽液位控制液位控制手工控制手工控制眼看眼看腦想腦想手動(dòng)手動(dòng)。檢測(cè)檢測(cè)、運(yùn)算運(yùn)算和和執(zhí)行執(zhí)行手工完成測(cè)量測(cè)量、求偏差求偏差和操縱閥門糾正偏差操縱閥門糾正偏差的全過(guò)程?？捎靡惶鬃詣?dòng)化裝置代替人眼、腦、手的作用，完成水槽中液位高低的自動(dòng)控制任務(wù)。自動(dòng)控制自動(dòng)

7、控制Q0hQ1設(shè)定值變送器控制器Q0hQ113設(shè)定值變送器控制器Q0hQ1自動(dòng)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部分組成部分自動(dòng)控制自動(dòng)控制1.1. 測(cè)量元件與變送器測(cè)量元件與變送器：測(cè)量液位并將其高度轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)； 電信號(hào): 420mADC; 010mADC等 氣壓信號(hào): 20100KPa。2.2. 自動(dòng)控制器自動(dòng)控制器：計(jì)算變送器輸出信號(hào)與液位設(shè)定值之間偏差，按某種運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行計(jì)算并輸出統(tǒng)一信號(hào)；4.4. 被控對(duì)象被控對(duì)象：水槽 需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器，需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱對(duì)象對(duì)象。自動(dòng)化裝置自動(dòng)化裝置3.3. 執(zhí)行器執(zhí)行器：自動(dòng)根據(jù)控制器的輸出改變閥門

8、開度。14第三節(jié)第三節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖管道及儀表流程圖（管道及儀表流程圖（Piping and Instrumetion Diagram）概念：概念：工藝流程及自動(dòng)控制方案確定后，在工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖上，按其流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等，從而構(gòu)成工藝管道及控制流程圖。工藝管道及控制流程圖主要由圖形符號(hào)、字母代號(hào)和儀表位號(hào)組成，下面以脫乙烷塔工藝管道及控制流程圖為例來(lái)作一簡(jiǎn)要介紹。15脫乙烷塔工藝管道及控制流程圖工藝介紹、圖形符號(hào)工藝介紹、圖形符號(hào)字母代號(hào)、儀表位號(hào)字母代號(hào)、儀表位號(hào)1、工藝介紹、工藝介紹q從脫甲烷塔出來(lái)的釜液

9、進(jìn)入脫乙烷塔脫除乙烷。q從脫乙烷塔塔頂出來(lái)的碳二餾分經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后，部分作為回流，其余去乙炔加氫反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)。q從脫乙烷塔底出來(lái)的釜液部分經(jīng)再沸器后返回塔底，其余去脫丙烷塔脫除丙烷。脫乙烷塔加熱蒸汽脫甲烷塔來(lái)的原料FR212TRC210PI206LICA202再沸器至脫丙烷塔PIC207回流罐LIC201氣相采出HL冷凝器162、圖形符號(hào)圖形符號(hào)p測(cè)量點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)：包括檢測(cè)元件、取樣點(diǎn)，是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點(diǎn)。檢測(cè)元件可用象形或圖形符號(hào)表示。p連接線連接線：以細(xì)實(shí)線表示，加箭頭表示信號(hào)方向，可交叉或相接。p儀表圖形符號(hào)儀表圖形符號(hào)：細(xì)實(shí)線圓圈，用字母表示檢

10、測(cè)、顯示、控制等功能，并表示出所在的安裝位置。PIC207例如：17字母代號(hào)、 儀表位號(hào)控制流程圖中儀表圖形符控制流程圖中儀表圖形符號(hào)號(hào)圓圈的上半圓內(nèi)，一般圓圈的上半圓內(nèi)，一般寫有兩位或以上字母，寫有兩位或以上字母，第第一位字母一位字母表示表示被測(cè)變量被測(cè)變量，后繼字母后繼字母表示表示儀表功能儀表功能。p首位字母：首位字母：FF流量流量；LL物位物位；PP壓力壓力；TT溫度溫度。等。等p后繼字母：后繼字母：AA報(bào)警報(bào)警；CC控制控制；II指示指示；RR記錄或打印記錄或打印；TT傳送傳送。等。等v在檢測(cè)和控制系統(tǒng)中，每臺(tái)儀表都有自己的儀表位號(hào)位號(hào)，是由，是由字母代號(hào)字母代號(hào)和和數(shù)數(shù)字編號(hào)字編號(hào)兩

11、部分組成。兩部分組成。p數(shù)字編號(hào)數(shù)字編號(hào)寫在儀表圖形符號(hào)圓圈的下半圓內(nèi)下半圓內(nèi)，首位數(shù)字表示工段號(hào)工段號(hào)，后續(xù)數(shù)字表示儀表序號(hào)儀表序號(hào)。PIC207具有指示功能的壓力控制器。工段號(hào)：2；儀表序號(hào)：7；18控制流程圖儀表安裝位置符號(hào)意義序號(hào)序號(hào)安裝位置安裝位置圖形符號(hào)圖形符號(hào)備注備注序號(hào)序號(hào)安裝位置安裝位置圖形符號(hào)圖形符號(hào)備注備注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3就地儀表盤面安裝儀表19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(cè)變量修飾詞功能被測(cè)變量修飾詞功能A分析報(bào)警報(bào)警P壓力壓力C電導(dǎo)率控制控制Q數(shù)量積分累積D

12、密度差R放射性記錄記錄E電壓S速度安全開關(guān)F流量流量比T溫度傳送傳送I電流指示指示V粘度閥K時(shí)間W力L物位物位YM水分Z位置執(zhí)行機(jī)構(gòu)20符號(hào)意義符號(hào)意義例子例子脫乙烷塔加熱蒸汽脫甲烷塔來(lái)的原料FR212TRC210PI206LICA202再沸器至脫丙烷塔PIC207回流罐LIC201氣相采出HL冷凝器PIC207LICA202HLTRC210PI206具有指示功能的壓力控制器。具有指示、高低限報(bào)警功能的液位控制器。具有記錄功能的溫度控制器。就地安裝的壓力指示儀。工段號(hào)：2；儀表序號(hào)：6；集中儀表盤面安裝。21第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖p為清楚表示出自動(dòng)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)

13、之間的相互影響和為清楚表示出自動(dòng)控制系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，信號(hào)聯(lián)系，可用方塊圖來(lái)表示控制系統(tǒng)的組成可用方塊圖來(lái)表示控制系統(tǒng)的組成。每個(gè)。每個(gè)方塊表方塊表示示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)。兩個(gè)方塊之間用帶箭頭。兩個(gè)方塊之間用帶箭頭的線條表示的線條表示信號(hào)信號(hào)的輸入、輸出關(guān)系的輸入、輸出關(guān)系 ( (并不表示物料并不表示物料聯(lián)系聯(lián)系) )。 線旁的字母表示相互間的作用信號(hào)。線旁的字母表示相互間的作用信號(hào)。以以蒸汽加熱器自動(dòng)控制蒸汽加熱器自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)為例為例來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)各環(huán)節(jié)功能。來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)各環(huán)節(jié)功能。進(jìn)料T TTC出料蒸汽設(shè)定值冷凝水22蒸汽加熱器自動(dòng)

14、控制系統(tǒng)方塊圖進(jìn)料T TTC出料蒸汽設(shè)定值冷凝水被控對(duì)象(對(duì)象)：蒸汽加熱器；執(zhí)行器測(cè)量元件變送器- -偏差ez測(cè)量值給定值x控制器控制器輸出p操縱變量q被控變量yf干擾作用被控變量：出料溫度；操縱變量：蒸汽流量；干擾作用：如進(jìn)料流量、溫度變化或蒸汽壓力變化等。操縱介質(zhì)：蒸汽；對(duì)象23反饋與負(fù)反饋p自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量被控變量負(fù)反饋負(fù)反饋的的閉環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)。p反饋：系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過(guò)一些環(huán)節(jié)重新返回到輸入端。在反饋信號(hào)z旁有一個(gè)負(fù)號(hào)“-”，而在設(shè)定值x旁有一個(gè)正號(hào)“+” (可省略)，所得偏差 e=x-z。反饋信號(hào) z 取負(fù)值，所以叫負(fù)反饋，負(fù)反饋能使

15、原來(lái)信號(hào)減弱負(fù)反饋能使原來(lái)信號(hào)減弱。反饋信號(hào)取正值使原來(lái)信號(hào)加強(qiáng)，就叫做正反饋正反饋。p為什么在自動(dòng)控制系統(tǒng)中一般采用負(fù)反饋為什么在自動(dòng)控制系統(tǒng)中一般采用負(fù)反饋？p閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：有負(fù)反饋。閉環(huán)系統(tǒng)可以隨時(shí)了解被控對(duì)象的情況，有針對(duì)性地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近于所希望的狀態(tài)。24第五節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類l按被調(diào)參數(shù)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；l按調(diào)節(jié)規(guī)律分類：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)；l按信號(hào)種類分類：氣動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。分類分類方法有多種方法有多種！25自動(dòng)控制系統(tǒng)按被控變

16、量的設(shè)定值分類自動(dòng)控制系統(tǒng)按被控變量的設(shè)定值形式不同分為三大類：自動(dòng)控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)1.定值定值控制系統(tǒng)：設(shè)定值恒定。大多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用。2.隨動(dòng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)：設(shè)定值不斷隨機(jī)變化，被控變量準(zhǔn)確而快速跟隨設(shè)定值的變化而變化。導(dǎo)航雷達(dá)系統(tǒng)、天線接收系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)等。3.程序程序控制系統(tǒng)：設(shè)定值是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，按生產(chǎn)工藝要求規(guī)律變化，控制系統(tǒng)按設(shè)定程序自動(dòng)進(jìn)行。26隨動(dòng)控制系統(tǒng)舉例以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化。自動(dòng)平衡電位差計(jì)的方框圖 放大器被測(cè)電壓可逆電機(jī)指示記錄儀滑線電阻Euput27第六節(jié)第六節(jié) 系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程、品質(zhì)指標(biāo)品質(zhì)指標(biāo)p控制系

17、統(tǒng)的控制系統(tǒng)的靜態(tài)靜態(tài)與與動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)；研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)。l系統(tǒng)的靜態(tài)系統(tǒng)的靜態(tài)是指被控量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)；是指被控量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)；系系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)統(tǒng)的動(dòng)態(tài)是指被控量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。是指被控量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。l當(dāng)系統(tǒng)輸入當(dāng)系統(tǒng)輸入( (設(shè)定和干擾設(shè)定和干擾) )和輸出均恒定不變時(shí)，系統(tǒng)處和輸出均恒定不變時(shí)，系統(tǒng)處于于相對(duì)穩(wěn)定相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)如變送器、控制器、的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原來(lái)狀態(tài)，系統(tǒng)中各信號(hào)變化率為零?？刂崎y都不改變其原來(lái)狀態(tài)，系統(tǒng)中各信號(hào)變化率為零。l系統(tǒng)處于靜態(tài)，受干擾作用破壞

18、了這種平衡時(shí)，被控變系統(tǒng)處于靜態(tài)，受干擾作用破壞了這種平衡時(shí)，被控變量發(fā)生變化，使控制器、控制閥改變?cè)瓉?lái)平衡狀態(tài)并產(chǎn)生量發(fā)生變化，使控制器、控制閥改變?cè)瓉?lái)平衡狀態(tài)并產(chǎn)生一定控制作用來(lái)克服干擾的影響，使系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)。一定控制作用來(lái)克服干擾的影響，使系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)。從干擾發(fā)生開始，直到系統(tǒng)重新建立平衡，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)和從干擾發(fā)生開始，直到系統(tǒng)重新建立平衡，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，稱為動(dòng)態(tài)信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，稱為動(dòng)態(tài)。28控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的靜態(tài)靜態(tài)與與動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒有改變。研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)是研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

19、。在生產(chǎn)過(guò)程中，干擾是客觀存在不可避免的，當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻都有干擾作用于控制系統(tǒng)，需要通過(guò)自動(dòng)化裝置不斷的施加控制作用來(lái)消除干擾作用的影響，使被控變量保持在正常的生產(chǎn)狀態(tài)。所以，一一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)在正常工作時(shí)，總是處于一波未平，一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)在正常工作時(shí)，總是處于一波未平，一波又起，波動(dòng)不止，往復(fù)不息的動(dòng)態(tài)過(guò)程中。波又起，波動(dòng)不止，往復(fù)不息的動(dòng)態(tài)過(guò)程中。2930階躍干擾階躍干擾系統(tǒng)原先處于平衡狀態(tài)，受干擾作用，系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)過(guò)程。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔?，一段時(shí)間后系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡狀態(tài)。被控量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于系統(tǒng)的干擾形式，在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)常選用階躍干擾

20、，在某一瞬間干擾突然的階躍式的加到系統(tǒng)上，并繼續(xù)保持幅度。由于階躍干擾階躍干擾比較突然、比較危險(xiǎn)，對(duì)被控量的影響也最大比較突然、比較危險(xiǎn)，對(duì)被控量的影響也最大，如果一個(gè)控制系統(tǒng)能有效的克服階躍干擾，那么對(duì)其它比較緩和的干擾也一定能很好的克服。同時(shí)，階躍干擾形式簡(jiǎn)單，便于分析、階躍干擾形式簡(jiǎn)單，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。輸入量時(shí)間tt0031二、二、控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)品質(zhì)指標(biāo)在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程都希望得到衰減振蕩過(guò)程，取衰減振蕩過(guò)渡過(guò)程形式來(lái)討論控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)。0 tyABBC過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)示意圖習(xí)慣采用下列品質(zhì)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)質(zhì)量：最大偏差或超調(diào)量最大偏差或超調(diào)

21、量, 衰減比衰減比, 余差余差 ,過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間, 振蕩周期或頻率振蕩周期或頻率321.最大偏差最大偏差或或超調(diào)量超調(diào)量p最大偏差最大偏差是指在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)是指在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過(guò)程中，最大偏差為第一個(gè)波的峰值，圖中以值。在衰減振蕩過(guò)程中，最大偏差為第一個(gè)波的峰值，圖中以A A表示。表示。超調(diào)量超調(diào)量是第一峰值是第一峰值A(chǔ) A與新穩(wěn)態(tài)值與新穩(wěn)態(tài)值C C之差，圖中以之差，圖中以B B表示，表示，即即B=A-CB=A-C。p最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。一般最大偏最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。一般最大偏差小一些

22、為好，差小一些為好，若偏離越大若偏離越大，偏離的時(shí)間越長(zhǎng)，表明被控變量，偏離的時(shí)間越長(zhǎng)，表明被控變量離開正常的工藝指標(biāo)就越遠(yuǎn)離開正常的工藝指標(biāo)就越遠(yuǎn)，不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。若干擾，不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。若干擾比較頻繁，第一個(gè)干擾還未清除時(shí)，第二個(gè)干擾可能又出現(xiàn)了，比較頻繁，第一個(gè)干擾還未清除時(shí)，第二個(gè)干擾可能又出現(xiàn)了，引起引起偏差偏差產(chǎn)生產(chǎn)生疊加疊加，因此需要根據(jù)工藝來(lái)限制最大偏差的允許，因此需要根據(jù)工藝來(lái)限制最大偏差的允許值。值。0 tyABBC332.衰減比衰減比p衰減比衰減比：前后相鄰兩個(gè)峰值之比，圖中以：前后相鄰兩個(gè)峰值之比，圖中以B:B表示，習(xí)慣上表示，習(xí)慣上表示為表示為 n:1的形

23、式。的形式。p衰減比表明過(guò)渡過(guò)程的衰減程度。若衰減比較小衰減比表明過(guò)渡過(guò)程的衰減程度。若衰減比較小( (n1) )，則，則過(guò)渡過(guò)程接近于等幅振蕩過(guò)程，不穩(wěn)定；若過(guò)渡過(guò)程接近于等幅振蕩過(guò)程，不穩(wěn)定；若 n 很大，則又太很大，則又太接近于非振蕩過(guò)程，過(guò)渡過(guò)程過(guò)于緩慢。接近于非振蕩過(guò)程，過(guò)渡過(guò)程過(guò)于緩慢。pn 一般一般取取4 10之間，是操作人員多年的操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。衰減之間，是操作人員多年的操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。衰減比比在在4:1到到10:1之間時(shí)，過(guò)渡過(guò)程開始階段的變化速度較快，之間時(shí)，過(guò)渡過(guò)程開始階段的變化速度較快，被控變量較快達(dá)到第一個(gè)峰值，然后馬上下降，又較快達(dá)到一被控變量較快達(dá)到第一個(gè)峰值，然后馬

24、上下降，又較快達(dá)到一個(gè)低峰值，且第二個(gè)峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一個(gè)峰值。這種現(xiàn)象表明個(gè)低峰值，且第二個(gè)峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一個(gè)峰值。這種現(xiàn)象表明被控變量再振蕩數(shù)次后很快會(huì)穩(wěn)定下來(lái)，被控變量再振蕩數(shù)次后很快會(huì)穩(wěn)定下來(lái)，防止操作人員誤操作防止操作人員誤操作使系統(tǒng)處于難以控制的狀態(tài)。使系統(tǒng)處于難以控制的狀態(tài)。0 tyABBC343.余差余差p余差余差：過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定：過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的偏差，又叫值之間的偏差，又叫殘余偏差殘余偏差，圖中以，圖中以C表示，偏差的數(shù)值表示，偏差的數(shù)值可可正可負(fù)正可負(fù)。p一般控制系統(tǒng)被控變量越接近設(shè)定值越好，所以一般控制系

25、統(tǒng)被控變量越接近設(shè)定值越好，所以余差越小越余差越小越好好。但在實(shí)際生產(chǎn)中，也不是要求任何系統(tǒng)的余差都很小，。但在實(shí)際生產(chǎn)中，也不是要求任何系統(tǒng)的余差都很小，一一般余差越小控制系統(tǒng)就越復(fù)雜般余差越小控制系統(tǒng)就越復(fù)雜。對(duì)余差大小的要求須結(jié)合具體。對(duì)余差大小的要求須結(jié)合具體系統(tǒng)分析，如貯液槽液位控制系統(tǒng)往往允許液位有較大的變化系統(tǒng)分析，如貯液槽液位控制系統(tǒng)往往允許液位有較大的變化范圍，余差可以大一些；而化學(xué)反應(yīng)器的溫度控制要求較高，范圍，余差可以大一些；而化學(xué)反應(yīng)器的溫度控制要求較高，應(yīng)盡量消除余差。應(yīng)盡量消除余差。p根據(jù)有無(wú)余差可將系統(tǒng)分為有差系統(tǒng)和無(wú)差系統(tǒng)。根據(jù)有無(wú)余差可將系統(tǒng)分為有差系統(tǒng)和無(wú)差系統(tǒng)。0 tyABBC354.過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間;5.振蕩周期振蕩周期 或頻率或頻率p過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間：從干擾作用發(fā)生時(shí)刻起，到系統(tǒng)重新建立新的平：從干擾作用發(fā)生時(shí)刻起，到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。一般認(rèn)為被控變量衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間。一般認(rèn)為被控變量進(jìn)入新穩(wěn)進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的態(tài)