過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表演示文稿

過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表第版目前一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)目錄:第1章緒論第2章過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)與變送第3章過(guò)程控制儀表第4章被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型第5章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第6章常用高性能過(guò)程控制系統(tǒng)第7章實(shí)現(xiàn)特殊工藝要求的過(guò)程控制系統(tǒng)第8章復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)第9章基于網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第10章典型生產(chǎn)過(guò)程控制與工程設(shè)計(jì)目前二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)主要參考書(shū)施仁，《自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制》電子工業(yè)出版社，2003潘永湘，《過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表》機(jī)械工業(yè)出版社，2007歷玉鳴，《化工儀表與自動(dòng)化》化學(xué)工業(yè)出版社，2003馬昕，《深入淺出過(guò)程控制—小鍋帶你學(xué)過(guò)控》高等教育出版社，2013戴連奎等，《過(guò)程控制工程》化學(xué)工業(yè)出版社，2012

目前三頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)

本章要點(diǎn)1）掌握過(guò)程控制的概念、要求和任務(wù)，了解過(guò)程控制的發(fā)展?fàn)顩r；2）掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、類型及其性能指標(biāo)；3）了解過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟和儀表的類型與發(fā)展；4）掌握儀表的信號(hào)制及防爆系統(tǒng)的構(gòu)成。目前四頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)

目前五頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

①─煤斗；②─給煤機(jī)；③─磨煤機(jī)；④─空氣預(yù)熱器；⑤─排粉風(fēng)機(jī)；⑥─燃燒器；⑦─爐膛；⑧─水冷壁；⑨─屏式過(guò)熱器；⑩─高溫過(guò)熱器；⑾─低溫過(guò)熱器；⑿─省煤器；⒀─除塵器；⒁─吸風(fēng)機(jī)；⒂─煙囪；⒃─送風(fēng)機(jī)；⒄─汽包；⒅─下降管；⒆─頂棚過(guò)熱器；⒇─排渣室

目前六頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)電站鍋爐及其輔助設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

目前七頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)目前八頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)直拉單晶爐工藝

目前九頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)直拉單晶模擬演示目前十頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)太陽(yáng)能光熱發(fā)電過(guò)程目前十一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)第1章緒論過(guò)程控制（Processcontrol）是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)，都屬于過(guò)程控制系統(tǒng)。

連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的特征是：生產(chǎn)過(guò)程中的各種流體在連續(xù)（或間歇）的流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行著物理化學(xué)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。目前十二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖1為人工控制室溫。假設(shè)在冬季，室內(nèi)加溫是通過(guò)熱水加熱器，將送風(fēng)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(shí)觀察溫度計(jì)的指示值，并隨時(shí)判斷和決定如何操作閥門來(lái)保證恒溫要求，然后進(jìn)行操作。

在此人的作用可分為三步：

眼看

腦想

動(dòng)手送風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計(jì)閥門圖1室溫人工控制示意圖目前十三頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)眼看——用傳感器或變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制器可接受的信號(hào)。腦想——控制器將輸入的實(shí)測(cè)溫度信號(hào)和要求值進(jìn)行比較（相減求偏差),并按偏差值計(jì)算出控制量。動(dòng)手——人工調(diào)整閥門開(kāi)口，執(zhí)行器完成控制器命令。人工控制受制于人的經(jīng)驗(yàn)和注意力，控制不精確。而自動(dòng)控制按設(shè)定好的方案進(jìn)行計(jì)算控制，可以做到精確的、恰當(dāng)?shù)目刂?。目前十四?yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的定義：

為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，由相互聯(lián)系、制約的一些儀表、裝置及工藝對(duì)象、設(shè)備構(gòu)成的一個(gè)整體。圖2為室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化儀表代替了人?；仫L(fēng)恒溫室23送風(fēng)熱水M回水41圖2室溫自動(dòng)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目前十五頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)一般用原理框圖來(lái)表示控制系統(tǒng)原理。如圖2的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和加熱器及房間組成。溫度給定值房間溫度干擾f

控制器溫度變送器調(diào)節(jié)閥加熱器及房間

+e實(shí)測(cè)值－目前十六頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)用通用名稱表示為：

給定值被控變量干擾f

控制器變送器執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－過(guò)程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。過(guò)程控制系統(tǒng)原理方框圖目前十七頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)（1）被控參數(shù)（亦稱系統(tǒng)輸出）y(t)：被控過(guò)程內(nèi)要求保持穩(wěn)定的工藝參數(shù)；（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(guò)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(duì)應(yīng)的設(shè)定值；（5）反饋值z(mì)(t)：被控參數(shù)經(jīng)測(cè)量變送后的實(shí)際測(cè)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。過(guò)程控制系統(tǒng)的組成目前十八頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.1過(guò)程控制的特點(diǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：1．控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣；2．控制方案豐富；3．控制對(duì)象大多屬于慢過(guò)程；4．大多數(shù)工藝要求定值控制；5．大多使用標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)、控制儀表及裝置。目前十九頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.2過(guò)程控制的發(fā)展概況過(guò)程控制的發(fā)展歷程，就是過(guò)程控制裝置（自動(dòng)化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。過(guò)程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1．局部自動(dòng)化階段（20世紀(jì)50～60年代）自動(dòng)化儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備上，只具備簡(jiǎn)單的測(cè)控功能。適用于小規(guī)模、局部過(guò)程控制。目前二十頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)特點(diǎn)：自動(dòng)化儀表劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)功能單元，按需要可以組合成各種控制系統(tǒng)?？刂苾x表集中在控制室，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào)，送往控制室。操作人員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。2．模擬單元儀表控制階段（20世紀(jì)60～70年代）目前二十一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)渭河電廠目前二十二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)巴基斯坦賈姆肖羅電廠

目前二十三頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)哈爾濱伊蘭煤氣目前二十四頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)3．集散控制階段（20世紀(jì)70年代中期至今）計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了控制功能的實(shí)現(xiàn)。最初，人們?cè)O(shè)想用一臺(tái)計(jì)算機(jī)取代所有回路的控制儀表，實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC，DirectDigitalControl）

。但DDC系統(tǒng)的故障危險(xiǎn)高度集中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成所有控制回路癱瘓，使生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，DDC系統(tǒng)并未得到廣泛應(yīng)用。

目前二十五頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)80年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能提高、體積縮小，出現(xiàn)了內(nèi)裝CPU的數(shù)字控制儀表?；凇凹泄芾?，分散控制”的理念，在數(shù)字控制儀表和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了集中、分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem）。DCS系統(tǒng)實(shí)行分層結(jié)構(gòu)，將控制故障風(fēng)險(xiǎn)分散、管理功能集中。得到廣泛應(yīng)用。目前二十六頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)目前二十七頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)隨著CPU進(jìn)入檢測(cè)儀表和執(zhí)行器，自動(dòng)化儀表徹底實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化?？刂葡到y(tǒng)也出現(xiàn)了由智能儀表構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbusControlSystem)。FCS系統(tǒng)把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，依靠現(xiàn)場(chǎng)智能儀表便可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、控制。而用開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場(chǎng)總線，將分散在現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)的通信連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息集中管理。目前二十八頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)目前二十九頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)目前三十頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)巢湖電廠目前運(yùn)行室目前三十一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)蘭州石化目前三十二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室目前三十三頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)過(guò)程控制策略與算法發(fā)展伴隨著自動(dòng)化儀表的發(fā)展，過(guò)程控制策略與算法也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的PID

（ProportionalIntegralDerivative）控制算法，由單回路控制發(fā)展了串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、Smith預(yù)估控制及選擇性控制等控制策略。隨著現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展，解耦控制、推斷控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等控制策略與算法，也日趨完善。目前三十四頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)：1、功能綜合化，控制與管理一體化已成為趨勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來(lái)越大。2、技術(shù)密集化、系統(tǒng)集成化，是控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。3、系統(tǒng)的智能化程度日益提高，控制精度越來(lái)越高，控制手段日益豐富。國(guó)內(nèi)外著名儀表生產(chǎn)企業(yè)：西安儀表廠、四川儀表公司、上海儀表公司、Foxboro、Siemens、Rosemount、Honeywell等公司。目前三十五頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.3過(guò)程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)過(guò)程控制系統(tǒng)的分類過(guò)程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參數(shù)來(lái)分:溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來(lái)分:模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按控制器類型來(lái)分:常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。但在討論控制原理時(shí)，常用的分類方法是按設(shè)定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類。目前三十六頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.按設(shè)定值的形式分類1）定值控制系統(tǒng)——設(shè)定值恒定不變。2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)——設(shè)定值隨時(shí)可能變化。3）程序控制系統(tǒng)——設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。給定值被控變量干擾f

控制器變送器執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－目前三十七頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)2.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類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(fù)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(duì)象+e實(shí)測(cè)值－反饋控制系統(tǒng)是過(guò)程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。目前三十八頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)2）前饋控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)沒(méi)有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量引入到控制器輸入端。如：

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖被控量干擾f

控制器執(zhí)行器被控對(duì)象變送器目前三十九頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)3）復(fù)合控制系統(tǒng)

前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如：給定值被控變量干擾f

控制器1變送器1執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－變送器2控制器2++前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖目前四十頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)當(dāng)被控對(duì)象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過(guò)程，反映了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對(duì)控制的要求來(lái)制定的，概括為穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。t0y目前四十一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)

1、穩(wěn)態(tài)—把被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時(shí)，系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)也都處于穩(wěn)定狀態(tài)，但生產(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(méi)有改變。靜態(tài)特性—靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。

靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)ty目前四十二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)ty2、動(dòng)態(tài)—把被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。即控制系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程。當(dāng)干擾破壞了系統(tǒng)的平衡時(shí)，被控變量就會(huì)發(fā)生變化，而控制器、控制閥等自動(dòng)化裝置就要產(chǎn)生控制作用來(lái)使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。動(dòng)態(tài)特性—在動(dòng)態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。目前四十三頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來(lái)的平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)歷程稱為系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)受內(nèi)部和外部?jī)煞N因素的影響。給定值被控量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對(duì)象

+e實(shí)測(cè)值－目前四十四頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)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(hào)在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號(hào)。生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾信號(hào)是隨機(jī)的。但在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，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(hào)，其中常用的是階躍信號(hào)和正弦信號(hào)。?目前四十五頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)階躍信號(hào)的輸入突然，對(duì)被控變量的影響也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種干擾，那么對(duì)其它比較緩和的干擾也能很好地克服。階躍信號(hào)的形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。故更多使用階躍信號(hào)。如圖，輸入信號(hào)在t=0時(shí)，階躍上升幅度為A，其后保持。表達(dá)為

f(t)=

Au(t)Atf（t）目前四十六頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)在階躍輸入的擾動(dòng)作用下，定值控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程有四種形式：①單調(diào)衰減過(guò)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(guò)程被控變量上下波動(dòng)，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。①t0θa②0θa目前四十七頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)③等幅振蕩過(guò)程被控變量在給定值附近來(lái)回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度保持不變。

④振蕩發(fā)散過(guò)程被控變量來(lái)回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸變大，離給定值越來(lái)越遠(yuǎn)。④t0θa③θa0t目前四十八頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)過(guò)渡過(guò)程的分類（1）穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程單調(diào)過(guò)程和衰減振蕩過(guò)程是穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程。被控變量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，逐漸趨向原來(lái)的或新的平衡狀態(tài)。衰減振蕩過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較短，經(jīng)常采用。單調(diào)過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較慢，被控變量長(zhǎng)時(shí)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(dòng)的情況下才采用。目前四十九頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)（2）不穩(wěn)定過(guò)渡過(guò)程發(fā)散振蕩過(guò)程中，被控變量不但不能達(dá)到平衡狀態(tài)，而且逐漸遠(yuǎn)離給定值，它將導(dǎo)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(guò)渡過(guò)程處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間，一般也認(rèn)為是不穩(wěn)定過(guò)程，生產(chǎn)上一般不采用。只是某些控制要求不高的場(chǎng)合，如位式控制時(shí)，只能達(dá)到這種效果。目前五十頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)

控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)對(duì)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)，是根據(jù)工藝對(duì)控制過(guò)程結(jié)果的要求來(lái)衡量的?？刂葡到y(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程曲線是評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。最典型的控制性能測(cè)試是給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信號(hào)，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。階躍響應(yīng)分給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類。其階躍響應(yīng)曲線有所不同，但反映的控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是一致的。目前五十一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別：給定值被控變量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－干擾階躍響應(yīng)t0y目前五十二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)給定值被控變量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－給定階躍響應(yīng)0ty目前五十三頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性三方面的評(píng)價(jià)。

控制性能指標(biāo)有單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類單項(xiàng)性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過(guò)渡過(guò)程的單項(xiàng)特征量作為性能指標(biāo)，而偏差積分性能指標(biāo)則是一種綜合性指標(biāo)。由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過(guò)程，所以以衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程形式為例，討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。目前五十四頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)1）衰減比n和衰減率ψ設(shè)第一個(gè)波峰值為y1、第二個(gè)波峰值為y2圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt目前五十五頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)衰減比n和衰減率ψ

是表示系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。n大于1，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。隨著n的增大，過(guò)渡過(guò)程逐漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過(guò)程。試驗(yàn)證明：衰減比在4:1到10:1之間時(shí)，過(guò)渡過(guò)程的衰減程度合適，過(guò)渡過(guò)程較短。衰減比n與衰減率ψ之間有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系：n=4:1~10:1就相當(dāng)于ψ

=75%～90%yry1y2Cy(∞)TpTSTt目前五十六頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)最大動(dòng)態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。2）最大動(dòng)態(tài)偏差y1和超調(diào)量σ最大動(dòng)態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離穩(wěn)態(tài)值的最大程度。即:y1

=ymax

-y(∞)

圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy(∞)TpTSTt目前五十七頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)有時(shí)也采用超調(diào)量σ來(lái)表示被控參數(shù)偏離穩(wěn)態(tài)值的程度，σ的定義是第一個(gè)波峰值與最終穩(wěn)態(tài)值y(∞)之比。即圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt目前五十八頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)3）余差C過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值y(∞)與設(shè)定值之間的殘余偏差叫做余差，也稱靜差。是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。C=r-y(∞)圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt目前五十九頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)4）調(diào)節(jié)時(shí)間Ts和振蕩頻率ω

Ts是指從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到過(guò)渡過(guò)程結(jié)束所需的時(shí)間。當(dāng)被控參數(shù)與穩(wěn)態(tài)值間的偏差進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的±5%（或±2%）范圍內(nèi)，就認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程結(jié)束。圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2y(∞)TpTSTt目前六十頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率是衡量控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期T，其倒數(shù)稱為振蕩頻率f=1/T圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2y(∞)TpTSTt目前六十一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)另外還有峰值時(shí)間Tp（又稱上升時(shí)間），是指過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。也是衡量控制系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt目前六十二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)

[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(guò)渡過(guò)程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間。

解：最大偏差Y1=230-205=25℃余差C=200-205=-5℃衰減比n=y1:

y3=25:5=5:1目前六十三頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)振蕩周期T

=20–5=15（min）設(shè)被控變量進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的土2％，就認(rèn)為過(guò)渡過(guò)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(huà)一區(qū)域（陰影線）。曲線進(jìn)入時(shí)間點(diǎn)Ts=22min目前六十四頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)

控制系統(tǒng)的單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)小結(jié)穩(wěn)定性衰減比n=4:1~10:1最佳

準(zhǔn)確性余差C小好最大偏差Y1小好快速性

過(guò)渡時(shí)間Ts短好

振蕩周期T短好各品質(zhì)指標(biāo)之間既有聯(lián)系、又有矛盾。例如，過(guò)分減小最大偏差，會(huì)使過(guò)渡時(shí)間變長(zhǎng)。因此，應(yīng)根據(jù)具體工藝情況分清主次，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。目前六十五頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)2.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)——偏差積分單項(xiàng)指標(biāo)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(shí)間都與偏差積分有關(guān)，因此用偏差積分一個(gè)指標(biāo)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(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt目前六十六頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)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(∞)-

y(t)不能表達(dá)余差e(t)=y(r)-y(t)

如有余差則積分無(wú)窮大目前六十七頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)偏差積分指標(biāo)有以下幾種形式：①偏差積分IE（IntegralofError）圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt缺點(diǎn)：不能保證系統(tǒng)是衰減振蕩。目前六十八頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)②絕對(duì)偏差積分IAE（IntegralAbsolutevalueofError）圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt

排除了正負(fù)偏差抵消的可能。目前六十九頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt

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

目前七十頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)④時(shí)間與絕對(duì)偏差乘積積分ITAE（IntegralofTimemultipliedbytheAbsolutevalueofError）

對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間敏感，對(duì)初始偏差不敏感，而對(duì)后期

偏差非常敏感圖1.3閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y2Cy(∞)TpTSTt目前七十一頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)影響控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素控制系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性。

給定值被控量干擾f

控制器傳感器執(zhí)行器被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值－目前七十二頁(yè)\總數(shù)七十八頁(yè)\編于十九點(diǎn)1.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟1.確定控制目標(biāo)

1）熱油出口溫度穩(wěn)定；

2）出口溫度與煙道氣含氧量穩(wěn)定；

3）溫度穩(wěn)定與熱效率最高。2.選擇被控參數(shù)直接參數(shù)與間接參數(shù)3選擇控制量燃料油流量與冷油流量→出口溫度擋板開(kāi)度與送風(fēng)擋板→含氧量4