第一章過程控制系統(tǒng)概述_第1頁
第一章過程控制系統(tǒng)概述_第2頁
第一章過程控制系統(tǒng)概述_第3頁
第一章過程控制系統(tǒng)概述_第4頁
第一章過程控制系統(tǒng)概述_第5頁
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文檔簡介

基本概念組成特點分類性能指標發(fā)展歷程第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/221當前1頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院過程控制與集散系統(tǒng)生產(chǎn)過程:

是指物料經(jīng)過若干加工步驟而成為產(chǎn)品的過程.

生產(chǎn)過程的總目標:

將原物料加工成預(yù)期的產(chǎn)品.過程控制的任務(wù):

了解工藝流程和動靜態(tài)特性.實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制目標.過程控制的基本概念1.1

第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/222當前2頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院生產(chǎn)過程的要求:安全性,穩(wěn)定性,經(jīng)濟性

(1)安全性:生產(chǎn)過程中,確保人身和設(shè)備安全 是最重要和最基本的要求.

(2)穩(wěn)定性:系統(tǒng)抑制外部干擾、保持生產(chǎn)過程 長期穩(wěn)定運行的能力.

(3)經(jīng)濟性:低成本高效益是過程控制的另一個目標.

工業(yè)過程可以分為:連續(xù)過程工業(yè)、離散過程工業(yè)和間歇過程工業(yè).過程控制主要是指連續(xù)過程工業(yè)的過程控制過程控制與集散系統(tǒng)第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/223當前3頁,總共51頁。過程控制(Processcontrol):是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕工、紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng),都屬于過程控制系統(tǒng)。連續(xù)生產(chǎn)過程特征是:生產(chǎn)過程中的各種流體,在連續(xù)(或間歇)的流動過程中進行著物理化學反應(yīng)、物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換或傳遞。例如室內(nèi)溫度的控制。過程控制與集散系統(tǒng)蘭州理工大學電信學院第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/224當前4頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院過程控制系統(tǒng)的組成與特點1.2過程控制系統(tǒng)的一般性框圖

1.被控過程(或?qū)ο螅?/p>

2.檢測變送(用于生產(chǎn)過程參數(shù)檢測的檢測與變送儀表);

3.控制器;

4.執(zhí)行器(機構(gòu)).過程控制與集散系統(tǒng)第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/225當前5頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院名詞術(shù)語:(1)被控參數(shù)(變量)y(t):被控過程內(nèi)要求保持穩(wěn)定的工藝參數(shù),如溫度、壓力、流量、液位、成分等;(2)控制參數(shù)(亦稱操作變量控制介質(zhì))q(t):使被控參數(shù)保持期望值的物料量或能量;(3)干擾量f(t):除被控參數(shù)外,作用于被控過程并引起被控參數(shù)變化的各種因數(shù);(4)設(shè)定值r(t):與被控參數(shù)相對應(yīng)的設(shè)定值;(5)反饋值z(t):被控參數(shù)經(jīng)測量變送后的實際測量值;(6)偏差e(t):設(shè)定值與反饋值之差;(7)控制作用u(t):控制器的輸出值。第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/226當前6頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院控制器(或稱調(diào)節(jié)器)根據(jù)系統(tǒng)輸出量測值與設(shè)定值的偏差,按照一定的控制算法輸出控制量,對被控過程進行控制。

執(zhí)行機構(gòu)(如:調(diào)節(jié)閥)接受控制器(調(diào)節(jié)器)送來的控制信息調(diào)節(jié)被控量,達到預(yù)期的控制目標。

過程的輸出信號通過檢測與變送儀表,反饋到控制器的輸入端,構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/227當前7頁,總共51頁。1.開環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loopcontrolsystem)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中,不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。2.閉環(huán)控制系統(tǒng)

閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loopcontrolsystem)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出,形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負反饋(NegativeFeedback),若極性相同,則稱為正反饋,一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋,又稱負反饋控制系統(tǒng)。error)描述,它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性,通常用上升時間來定量描述。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng),眼睛便是傳感器,充當反饋,人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛,就沒有了反饋回路,也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。3.階躍響應(yīng)

階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入(stepfunction)加到系統(tǒng)上時,系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability),一個系統(tǒng)要能正常工作,首先必須是穩(wěn)定的,從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的﹔準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度,通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steady-state)

第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/228當前8頁,總共51頁。

在此人的作用可分為三步:

眼看

腦想

手動送風回風恒溫室溫度計閥門圖

室溫人工控制示意圖第1章過程控制系統(tǒng)概述例:圖為人工控制室溫。假設(shè)在冬季,室內(nèi)加溫是通過熱水加熱器,將送風加熱后源源不斷送往恒溫室。為保證恒溫室溫符合要求,操作人員要隨時觀察溫度計的指示值,并隨時判斷和決定如何操作閥門來保證恒溫要求,然后進行操作。2023/3/229當前9頁,總共51頁。眼看——用傳感器或變送器將溫度信號轉(zhuǎn)換為控制器可接受的信號。腦想——控制器將輸入的實測溫度信號和要求值進行比較(相減求偏差),并按偏差值計算出控制量。手動——人工閥門換成控制閥,按控制信號自動改變開度。人工控制受制于人的經(jīng)驗和注意力,控制不精確。而自動控制按設(shè)定好的方案進行計算控制,可以做到精確的、恰當?shù)目刂啤5?章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/2210當前10頁,總共51頁。

過程控制系統(tǒng)的定義:為實現(xiàn)對某個工藝參數(shù)的自動控制,由相互聯(lián)系、制約的一些儀表、裝置及工藝對象、設(shè)備構(gòu)成的一個整體。圖為室溫自動控制系統(tǒng),自動化儀表代替了人。回風恒溫室23送風熱水M回水41圖2室溫自動控制系統(tǒng)示意圖1—熱水加熱器;3—控制器;2—傳感變送器;4—執(zhí)行器TCTT

過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是:對生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)(溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等)進行控制,使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。

第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/2211當前11頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院

轉(zhuǎn)爐是煉鋼生產(chǎn)中的一種設(shè)備。熔融的鐵水裝入轉(zhuǎn)爐后,通過氧槍供給轉(zhuǎn)爐一定的氧氣,進行吹氧。使鐵水中的碳氧化燃燒,不斷降低鐵水中的含碳量。控制吹氧量和吹氧時間,可以獲得不同品種的鋼產(chǎn)品。圖可見,從節(jié)流裝置1采集到的氧氣流量,送入流量變送器FT2,再經(jīng)過開方器3,其結(jié)果送到流量控制器(調(diào)節(jié)器)FC4作為流量反饋值,與供氧量的設(shè)定值比較,得到偏差值,經(jīng)過流量控制器(調(diào)節(jié)器)FC4進行PID運算,輸出控制信號,去控制調(diào)節(jié)閥5的開度,從而改變供氧量的大小,以滿足生產(chǎn)工藝要求。

第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/2212當前12頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院第1章過程控制系統(tǒng)概述過熱蒸汽控制2023/3/2213當前13頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院一.過程工業(yè)的特點過程控制是指連續(xù)過程工業(yè),特點主要指連續(xù)過程生產(chǎn),過程工業(yè)是十分復(fù)雜的大系統(tǒng),存在不確定性、時變性以及非線性等因素,過程控制的難度是顯而易見的,工業(yè)過程生產(chǎn)環(huán)境惡劣,生產(chǎn)條件苛刻,采用智能控制方法和計算機控制技術(shù)。過程控制系統(tǒng)特點第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/2214當前14頁,總共51頁。蘭州理工大學電信學院二.過程控制系統(tǒng)的特點

1.控制對象復(fù)雜、控制要求多樣石油化工過程、鋼鐵生產(chǎn)中的冶煉過程、核工業(yè)中的動力核反應(yīng)過程。過程控制系統(tǒng)中的被控對象(被控量)是多樣的。2.控制方案豐富生產(chǎn)工業(yè)的特點、被控過程的多樣性決定控制方案的多樣性。系統(tǒng)硬件和控制算法、軟件設(shè)計。

3.控制對象大多屬于慢過程連續(xù)工業(yè)過程大慣性和大滯后的特點決定了被控過程為慢過程。4.大多數(shù)工藝要求定值控制被控參數(shù)的設(shè)定值為一個定值,減小或消除外界干擾,使被控量盡量保持接近或等于設(shè)定值。5.大多使用標準化的檢測、控制儀表及裝置第1章過程控制系統(tǒng)概述2023/3/2215當前15頁,總共51頁。儀表控制系統(tǒng):由被控過程和過程檢測控制儀表兩部分組成??刂品椒ㄉ?單變量過程控制系統(tǒng)、多變量過程控制系統(tǒng)??刂扑惴ǎ篜ID控制、智能控制等。過程控制的目的:保持過程中的有關(guān)參數(shù)為一定值或按一定規(guī)律變化。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2216當前16頁,總共51頁。過程控制多種分類方法:

按被控參數(shù)分類:溫度、壓力、流量、液位或物位控制系統(tǒng)、物性控制系統(tǒng)、成分控制系統(tǒng)。按被控量數(shù)分類:單變量過程控制系統(tǒng)、多變量過程控制系統(tǒng)按參數(shù)性質(zhì)分類: 集中參數(shù)控制系統(tǒng)、分布參數(shù)控制系統(tǒng)按控制算法分類: 簡單控制系統(tǒng)、復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進或高級控制系統(tǒng)按控制器形式分類: 常規(guī)儀表過程制系統(tǒng)、計算機過程控制系統(tǒng)第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2217當前17頁,總共51頁。按設(shè)定值分類: 定值控制系統(tǒng)、隨動(伺服)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)1、定值控制系統(tǒng):是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的一種過程控制系統(tǒng)。在運行時,系統(tǒng)被控量的給定值是不變的。有時根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,被控量的給定值保持在規(guī)定的小范圍附近波動。定值控制系統(tǒng)在于恒定,要求克服干擾,使系統(tǒng)的被控參數(shù)能穩(wěn)、準、快地保持接近或等于設(shè)定值。2、隨動控制系統(tǒng):是一種被控量的給定值隨時間任意變化的控制系統(tǒng)。它的主要作用是克服一切擾動,使被控量隨時跟蹤給定值。隨動(伺服)控制系統(tǒng)的主要目標是跟蹤,即穩(wěn)、準、快地跟蹤設(shè)定值。3、程序控制系統(tǒng):其給定值按預(yù)定的時間程序來變化。如機械工業(yè)中的退火爐的溫度控制系統(tǒng),其給定值是按升溫、保溫、逐次降溫等程序變化的。家用電器中應(yīng)用定值控制系統(tǒng)的也很多,如電腦控制的洗衣機、電飯煲等。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2218當前18頁,總共51頁。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類:1)反饋控制;2)前饋控制;3)復(fù)合控制。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2219當前19頁,總共51頁。1)反饋控制系統(tǒng)(閉環(huán)控制系統(tǒng))將被控變量輸入到控制器,形成閉環(huán),具有被控變量負反饋的控制系統(tǒng)。如:

給定值被控變量干擾f

控制器變送器執(zhí)行器被控對象+e實測值-反饋控制系統(tǒng)是過程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2220當前20頁,總共51頁。2)前饋控制系統(tǒng)(開環(huán)控制系統(tǒng))控制系統(tǒng)沒有被控變量負反饋,不將被控變量引入到控制器輸入端。如:測量值被控量干擾f

控制器執(zhí)行器被控對象

開環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2221當前21頁,總共51頁。3)復(fù)合控制系統(tǒng)

前饋與反饋相結(jié)合,優(yōu)勢互補。如:給定值被控變量干擾f

控制器1變送器執(zhí)行器被控對象+e實測值-變送器控制器2++前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2222當前22頁,總共51頁。過程控制系統(tǒng)的性能指標

1.3

控制系統(tǒng)的性能指標是根據(jù)工藝對控制的要求來制定的,概括為穩(wěn)定性、準確性和快速性。當被控對象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時,控制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過程,反映了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此,要有評價控制系統(tǒng)的性能指標。單項性能指標以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過渡過程的單項特征量作為性能指標,而偏差積分性能指標則是一種綜合性指標。由于在多數(shù)情況下,都希望得到衰減振蕩過程,所以以衰減振蕩的過渡過程形式為例,討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2223當前23頁,總共51頁。穩(wěn)態(tài)與動態(tài)

1、穩(wěn)態(tài)—把被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)(靜態(tài))。當自動控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時,系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài),系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)也都處于穩(wěn)定狀態(tài),但生產(chǎn)還在進行,物料和能量仍然有進有出,只是平穩(wěn)進行沒有改變就是了。靜態(tài)特性—靜態(tài)時系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。

靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)ty第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2224當前24頁,總共51頁。靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)ty2、動態(tài)—把被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。即控制系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過渡過程。當干擾破壞了系統(tǒng)的平衡時,被控變量就會發(fā)生變化,而控制器、控制閥等自動化裝置就要產(chǎn)生控制作用來使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。動態(tài)特性—在動態(tài)過程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2225當前25頁,總共51頁??刂葡到y(tǒng)的過渡過程:

控制系統(tǒng)的輸入變化后,系統(tǒng)從原來的平衡狀態(tài),經(jīng)過動態(tài)過程到達新的平衡狀態(tài)的動態(tài)歷程稱為系統(tǒng)的過渡過程。系統(tǒng)的過渡響應(yīng)受內(nèi)部和外部兩種因素的影響。

1、內(nèi)部因素:系統(tǒng)特性系統(tǒng)的特性是由系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的。

2、外部因素:輸入信號在系統(tǒng)特性一定的情況下,被控變量隨時間的變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號。生產(chǎn)中,出現(xiàn)的干擾信號是隨機的。但在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時,為了充分體現(xiàn)系統(tǒng)的特性和分析方便,常選擇一些特定的輸入信號,其中常用的是階躍信號和正弦信號。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2226當前26頁,總共51頁。階躍信號的輸入突然,對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種干擾,那么對其它比較緩和的干擾也能很好地克服。階躍信號的形式簡單,容易實現(xiàn),便于分析、實驗和計算。故更多使用階躍信號。如圖,輸入信號在t=0時,階躍上升幅度為A,其后保持。表達為

f(t)=

A(t)Atf(t)第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2227當前27頁,總共51頁。在階躍輸入的擾動作用下,定值控制系統(tǒng)過渡過程有四種形式:

①單調(diào)衰減過程被控變量在給定值的一側(cè)作單調(diào)變化,最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。②振蕩衰減過程被控變量上下波動,但幅度逐漸減少,最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。①t0θa②0θa第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2228當前28頁,總共51頁。③等幅振蕩過程被控變量在給定值附近來回波動,且波動幅度保持不變。

④振蕩發(fā)散過程被控變量來回波動,且波動幅度逐漸變大,離給定值越來越遠。④t0θa③θa0t第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2229當前29頁,總共51頁。過渡過程的分類(1)穩(wěn)定的過渡過程單調(diào)過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定的過渡過程。被控變量經(jīng)過一段時間后,逐漸趨向原來的或新的平衡狀態(tài)。衰減振蕩過程的過渡過程較短,經(jīng)常采用。單調(diào)過程的過渡過程較慢,被控變量長時間地偏離給定值,一般不采用,只是在生產(chǎn)上不允許被控變量有波動的情況下才采用。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2230當前30頁,總共51頁。(2)不穩(wěn)定過渡過程發(fā)散振蕩過程中,被控變量不但不能達到平衡狀態(tài),而且逐漸遠離給定值,它將導致被控變量超越工藝允許范圍,這是生產(chǎn)上所不允許的。(3)臨界過渡過程處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間,一般也認為是不穩(wěn)定過程,生產(chǎn)上一般不采用。只是某些控制要求不高的場合,如位式控制時,只能達到這種效果。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2231當前31頁,總共51頁。第1章過程控制系統(tǒng)概述1。階躍響應(yīng)性能指標:蘭州理工大學電信學院2023/3/2232當前32頁,總共51頁。1).衰減比和衰減率衰減比等于兩個相鄰?fù)虿ǚ逯抵取:饬空袷庍^程衰減程度的指標。第1章過程控制系統(tǒng)概述衰減率經(jīng)過一個周期以后,波動幅度衰減的百分數(shù)。衡量振蕩過程衰減程度的另一種指標。

是衡量過度過程穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標(于遞減比含義相同).一般取=0.75~0.9。蘭州理工大學電信學院2023/3/2233當前33頁,總共51頁。過程控制系統(tǒng)的衰減比為4:1到10:1,相當于衰減率=0.75到0.9。若衰減率=0.75,大約振蕩兩個波系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)。

2).最大動態(tài)偏差和超調(diào)量最大動態(tài)偏差是指在階躍響應(yīng)中,被控參數(shù)偏離其最終穩(wěn)態(tài)值的最大偏差量,表現(xiàn)在過渡過程開始的第一個波峰。超調(diào)量為最大動態(tài)偏差占被控量穩(wěn)態(tài)值的百分比。最大動態(tài)偏差是過程控制系統(tǒng)動態(tài)準確性的衡量指標。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2234當前34頁,總共51頁。3).余差殘余偏差(穩(wěn)態(tài)誤差、靜差)

是指過渡過程結(jié)束后,被控量新的穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值的差值。它是過程控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準確性的衡量指標。4).調(diào)節(jié)時間ts和振蕩頻率調(diào)節(jié)時間ts是從過渡過程開始到結(jié)束的時間。理論上它應(yīng)該為無限長。一般認為當被控量進入其穩(wěn)態(tài)值的5%范圍內(nèi),就算過渡過程已經(jīng)結(jié)束,這時所需時間就是調(diào)節(jié)時間.

調(diào)節(jié)時間是過程控制系統(tǒng)快速性的指標。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2235當前35頁,總共51頁。過渡過程的振蕩頻率是振蕩周期的倒數(shù),即

在同樣的振蕩頻率下,衰減比越大則調(diào)節(jié)時間越短;當衰減比相同時,則振蕩頻率越高,調(diào)節(jié)時間越短。振蕩頻率在一定程度上也可作為衡量過程控制系統(tǒng)快速性的指標。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2236當前36頁,總共51頁??刂葡到y(tǒng)的單項品質(zhì)指標小結(jié)穩(wěn)定性衰減比n=4:1~10:1最佳

準確性余差C小好最大偏差A(yù)

小好快速性

過渡時間Ts短好

振蕩周期T短好各品質(zhì)指標之間既有聯(lián)系、又有矛盾。例如,過分減小最大偏差,會使過渡時間變長。因此,應(yīng)根據(jù)具體工藝情況分清主次,對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標應(yīng)優(yōu)先予以保證。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2237當前37頁,總共51頁。例:某發(fā)酵過程工藝規(guī)定操作溫度為45±5℃,現(xiàn)設(shè)計一定值控制系統(tǒng),在階躍擾動作用下的曲線如下圖所示,試確定該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、衰減比、超調(diào)量和過渡過程時間。解:穩(wěn)態(tài)誤差=41-40=1℃衰減比=4:1

超調(diào)量=(45-41)/41=9.75%過渡過程時間=23min。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2238當前38頁,總共51頁。

[例]

某換熱器的溫度控制系統(tǒng)給定值為200℃。

在階躍干擾作用下的過渡過程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間。

解:最大偏差A(yù)=230-200=30℃余差C=205-200=5℃衰減比n=y1:

y3=25:5=5:1第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2239當前39頁,總共51頁。振蕩周期T

=20–5=15(min)設(shè)被控變量進入穩(wěn)態(tài)值的土2%,就認為過渡過程結(jié)束,則誤差區(qū)域=205×(±2%)=±4.1℃在新穩(wěn)態(tài)值(205℃)兩側(cè)以寬度為±4.1℃畫一區(qū)域(陰影線)。曲線進入時間點Ts=22min第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2240當前40頁,總共51頁。2.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標——偏差積分單項指標雖然清晰明了,但如何統(tǒng)籌考慮比較困難。而偏差幅度和偏差存在的時間都與偏差積分有關(guān),因此用偏差積分一個指標,就可以全面反映控制系統(tǒng)的品質(zhì)。圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2241當前41頁,總共51頁。tyrCy(∞)yrCy(∞)t偏差積分的原始定義:IE=∫e(t)dt∞0偏差的定義存在分歧:

e(t)=y(t)-y(∞)

不能表達余差e(t)=y(t)-y(r)

如有余差則積分無窮大第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2242當前42頁,總共51頁。偏差積分指標有以下幾種形式:(1)偏差絕對值積分:

(2)偏差平方值積分:

(3)偏差絕對值與時間乘積積分:

(4)時間乘偏差平方積分:缺點:不能保證衰減率第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2243當前43頁,總共51頁。①偏差積分IE(IntegralofError)圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt缺點:不能保證系統(tǒng)是衰減振蕩。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2244當前44頁,總共51頁。②絕對偏差積分IAE(IntegralAbsolutevalueofError)

圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt

排除了正負偏差抵消的可能。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2245當前45頁,總共51頁。圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt

③平方偏差積分ISE(IntegralofSquaredError)對大偏差敏感

第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2246當前46頁,總共51頁。④時間與絕對偏差乘積積分ITAE(IntegralofTimemultipliedbytheAbsolutevalueofError)

對調(diào)節(jié)時間敏感

圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2247當前47頁,總共51頁。過程控制的進展1.4在二十世紀40年代以前,處于手工操作狀態(tài),操作工人通過對火候、冷熱、色澤、形狀等的觀察來調(diào)整生產(chǎn)過程。二十世紀50年代前后,實現(xiàn)儀表控制和局部自動化。采用的是基地式儀表和部分組合儀表,、氣動式,單輸入/單輸出、4大參數(shù)穩(wěn)定、經(jīng)典控制理論。自動化儀表安裝在現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備上,只具備簡單的測控功能。適用于小規(guī)模、局部過程控制。二十世紀60年代隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,采用單元組合儀表(包括氣動與電動)以及組裝儀表。以4~20mA和0~10mA電動模擬信號為統(tǒng)一標準信號的電動模擬控制系統(tǒng)。第1章過程控制系統(tǒng)概述蘭州理工大學電信學院2023/3/2248當前48頁,總共51頁。1946年世界上第一臺計算機誕生。1959年工業(yè)控制計算機(ProcessControlComputer,如TR300等)便在化肥廠和煉油廠試用于控制生產(chǎn)過程。60年代中期,出現(xiàn)了用計算機實現(xiàn)的直接數(shù)字控制D

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