重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第五章(1)

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重大自动化过程控制_process_control_中文_翻译_第三节新

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Process Control College of Automation Chongqing University1Dynamic ResponseOutline:轮廓⏹Brief Review of the Dynamic Response简要回顾动态响应⏹First Order Models for Processes一阶模型的过程⏹Seconds Order Model for Processes二阶模型过程⏹Models for Process with Dead-Time死区时间的过程模型⏹Higher Order Models and Approximation高阶模型和近似⏹Special Features of Lead-Lag Process滞后过程的特殊特色The First Order Model of a ProcessQ,C inC1V1Whereis time constantThe general form of the 1st order model一阶模型的一般形式Steady state gain稳态增益The Second Order Model of a ProcessWhereare time constantsThe general form of the 2st order modelQ,C inV 1C 1C 2V 22'''22121222()()indC dC C t C dtdtττττ+++=)(01222t bx y a dtdya dt y d a =++withWith an ≠ 0和零初始条件Analysis of the 1st Order ProcessStep responsetransfer functionConsider a step input, x(t) =Mu(t), and X(s) = M/sThe output isThe time domain function isAnalysis of the 1st Order Process Step response阶跃响应Property 1性质1y increases from 0 to a new steadystate M K, thus self-regulatingy增加从0到一个新的稳态MK,从而自我调节Analysis of the 1st Order Process Step responseProperty 2性质2Steady state gain K = y/M,The larger gain K, the moresensitive is the output to thechange in the input增益K越大,输出随输入变化就越敏感Analysis of the 1st Order Process Step responseProperty 3At t=τ, the output isy =0.632MKThe formula above can be used to estimate space timeτ上面的公式可以用来估计空间时间τAnalysis of the 1st Order ProcessStep responseThe time domain function is 时域功能Property 4The shorter the space time τ, the faster reaches the new steady state0.25, 0.5, 1, 2Analysis of the 1st Order ProcessImpulse response脉冲响应transfer function传递函数Consider an impulse input, x(t) =M (t), and X(s) = M 考虑一个脉冲输入The output is Inverse transform反变换The output increases instantaneously at time t = 0, and decays exponentially to zero.输出瞬间增加在时间t= 0,且呈指数衰减到零Analysis of the 1st Order ProcessIntegrating process: Non-self-regulating 整合过程:非自我调节a= 0Laplace transformTime domain时域Analysis of the 1st Order Process⏹Integrating process: Non-self-regulating☐With step response, the output is a ramp function阶跃响应,输出的是一个斜坡函数☐With impulse response▪The output will not return to its original steady state▪输出不会回到原来的稳定状态▪Output value is the accumulation of what is added▪输出值会累积增加⏹Example can be☐Charging a capacity充电容量☐Filling up a tank 填充的水池Example: Show that a storage tank with pumps at its inlet and outletis a integrating process 表明储罐泵在其进口和出口是一个整合过程Mass balance of a continuous flow mixed tankat constant density is :质量守恒方程,在密度不变的情况下whereq in and q are the flow rates of the inlet and outlet q in and q 是进口和出口的流动速率A is the cross-section 截面h is the liquid level 液位hExample (cont.)⏹At steady state, we can define deviation variables⏹在稳定状态下,我们可以定义偏差变量h’=h – h s, q’in =q in – q s, and q’ =q – q s⏹Mass balance becomes⏹The general solution一般解Example (cont.)⏹The transfer function⏹Step input in either q’in or q’ Leading to a ramp response, thus no steady state阶跃输入q‘in 或q’,导致斜坡响应,因此,没有稳定的状态⏹The tank will overflow, while outlet slows down ⏹容器将溢出,当出口关小Setting q’in=constant, the transfer function is⏹The tank will be drained, while outlet speeds up ⏹容器内液体将流干,当流出速度增加Example (cont.): Visualize the integrating process 可视化的积分过程 pump 泵q inqq inqNon-Self-RegulatingThe tank will overflow, while step-in occursOther Typical1st Order ProcessesE= Voltage, 电压z = Position,K’= Spring constant弹性系数,f = friction coefficient摩擦系数Other Typical 1st Order Processes An Extra Example (cont.):RC i iVccV V dtdV RC -=where τ = RC is time constant K = 1 is steady state gain x(t) = V s is the input )1(/τt s c e V V --=Charging: Discharging:τ/t s c e V V -=Other Typical 1st Order ProcessesAn Extra Example (cont.):RCi iV )1(/τt s c e V V --=Charging:Discharging:τ/t s c e V V -=Analysis of the 2nd Order ProcessCorresponding Laplace Transform相应的拉普拉斯变换Where 说明:damping ratio阻尼比natural period of oscillation自然振荡周期natural frequency固有频率Analysis of the 2nd Order Process Characteristic polynomial特征多项式The poles are 极点是:Noticing again that a stable process requires再一次注意到一个稳定的过程需要ζ>τ)0(i.e.,>Three Cases of the PolesCase 1. overdamped process 过阻尼过程In term of the two time constants 依据两个时间常数Time constant can be derived below 被推倒21ττ and 1>ζ21ττ and or,In the case of having real poles, we have 在实极点的情况下,我们有Three Cases of the PolesCase 1. overdamped process 过阻尼过程How about the forms of transfer function in term of ? 传递函数有哪种形式按照/1 and /121ττ-- 1>ζStep response in term of the time constant 阶跃响应下的时间常数τResponse is sluggish compared with underdamped or critically damped processes 响应比较缓慢与欠阻尼或临界阻尼的进程相比Three Cases of the Poles三种极点ζCase 1. overdamped process过阻尼1>可视为时间常数Three Cases of the PolesCase 3. underdamped process 欠阻尼 10<≤ζStep responseBeing rearranged as被调整为The real part determines the exponential decay, thus the amount of can be considered as the time constant 决定了指数衰减,从而可视为时间常数τζ-τζTwo conjugate poles are两个共轭极点是τζτζ21-±-j based on 基于 τζ-τζKey Features of Underdamped Process 欠阻尼过程的主要特点(2) making control system design specifications with respect to the dynamic response 制作动态响应的控制系统设计规范⑴ fitting experimental data in the measurements of natural period and damping factor ,把测量自然周期和阻尼因子拟合过后的实验数据Features Derived from the figure for:图的特征Key Features of Underdamped Process1. Overshoot超调⏹The overshoot increases as ζ becomes smaller⏹The OS becomes zero as ζ approaches 1⏹The time to reach the peak value is Peak Time峰值时间T p⏹The time to hit the final value of y(t) is Rise Time上升时间 t rKey Features of Underdamped Process2. Frequency and Period周期⏹Noting that(注意)T=2 T p⏹The unit of the frequency is radian/time频率的单位是弧度/时间 The relationship between frequency and periodKey Features of Underdamped Process3. Settling time 调节时间 T s⏹The dominant factor forcing theoscillation to decay to zero is震荡衰减到0的主导因素是:)/(t e τζ-in ⏹To settle with ±5% of the final value is T s =3/(ζ/τ)⏹±5%误差带所需要的调节时间 T=⏹To settle with ±2% of the final value is T s =4/(ζ/τ)n ω1Key Features of Underdamped Process 4. Decay Ratio 衰减率OS为超调(overshoot)⏹The decay ratio is the square of the overshoot⏹Both quantities are functions of ζ only这两个量只是ζ函数(调节时间和衰减率)Other Typical 2nd Order ProcessesE= Voltage,z = Position,K’= Spring constant,f = Friction CoefficientM = Massh = forceProcesses with Dead Time过程控制的延迟时间The time delay between the input and output in a process输入与输出的时间延迟⏹Being also called dead time or transport lag传输延迟⏹The Laplace transform of a time delay is an exponentialfunction指数函数Processes with Dead Time A Simple ExampleProcesses with Dead Time⏹The 1nd and 2nd order models have the s-domain function S域函数⏹Td是延迟时间and⏹Dealing with the exponential functions处理的指数函数⏹Estimation with Taylor series expansion泰勒级数展开估计Estimation with Padé approximation (higher accuracy) Padé逼近估计(精度更高)Processes with Dead Time⏹The 1nd order Padé approximation⏹The Denominator introduces a negative pole, probably impacting thecharacteristic polynomial of the original process介绍了负极分母,可能影响特征多项式的原工艺⏹The numerator has a positive zero, making the process unstable分子有一个积极的零,使过程不稳定⏹The 2nd order Padé approximation⏹Having two negative poles and at least one zero⏹有两个负极点和至少一个零点Processes with Dead TimeExample: Using the 1nd order Padé approximation帕德近似to plot the step response of the 1st process with dead time 使用的一介帕德近似逼近延迟时间绘制的第一过程的阶跃响应Padé approximationObservation: the approximation is acceptable at larger timescompared with the original transfer function.逼近的函数和原函数相比可以接受Processes with Dead TimeExample (cont.) Generating the required plot 生成需要的图形(MATLAB )Pad é approximationProcesses with Dead TimeThe response of the dead time processProcesses with Dead TimeTwo plants have different intermediate variables but have the same input-output behavior!两个工厂有不同的中间变量,但有相同的投入产出的行为!Processes with Dead TimeTwo plants have different intermediate variables but have the same input-output behavior!Higher Order Process⏹All linearized higher order system can be broken down into the 1st and 2nd order units所有线性化高阶系统可以分成一阶和二阶单位⏹The complex process like two interacting tanks can be formulated in coupled differential equations复杂的过程,像两个相互作用的容器能制定耦合微分方程⏹All these problems are considered linear⏹所有这些问题都能被线性化Higher Order ProcessA series of well-mixed vessels where the volumetric flow rate, and the respective volumes are constant 一系列混合容器,其中体积流速,和各自的容量是恒定的n 1n n n c c tc τ-=-d dHigher Order Process⏹A series of well-mixed vessels (cont.)混合容器☐The steady state gain is unity in the process 在过程中稳态增益不变☐The more tanks in the series, the more sluggish is the response of the overall process 容器越多,整个响应过程的滞后越长☐Processes that are products of the 1st order functions are called as multicapacity processes 多容量过程☐If all of space time (空间时间关系)are equal, nτττ=== (21)Higher Order ProcessExample: showing how the unit step response C n (t) becomes more sluggish as n increases 显示单位阶跃响应Cn(t)随著n 增加变得更加缓慢Higher Order ProcessExample (cont.) the Matlab code for the plot 绘制图形的MATLAB 代码The response is obviously slower, as n increses The curves can be approximated by the 1st order model with dead time 这些特征曲线可近似为滞后的一阶模型3=τApproximation of Higher Order Process⏹Higher models☐Being factored into the form partial functions考虑部分函数的形式☐Time constants have a large enough difference时间常数有很大的的差异⏹The reduced-order model approximation☐Throwing away the small time scale terms☐扔掉小时间关系☐Retaining the ones with dominant poles (larger time constants)☐固定主导极点(大时间常数)。

Process Control Systems

Process Control Systems

Course Content
The topics that will be covered are aroduction to Process Control: Incentives and motivation for process control. 2. Mathematical Tools: Mathematical modeling of dynamic processes. Linearization of nonlinear systems. Laplace transforms.
Course Objectives
3. Use and apply modern computational techniques and tools (Matlab) for solving process control problems
4. Become familiar with industrial control systems, such as level control, flow control, pressure control, temperature control and concentration control mostly in chemical industry.
Course Textbook
• Pao C. Chau
Process Control: A First Course with MATLAB
Cambridge University Press, 1 edition, 2002
Additional References
• [1] D. E. Seborg, et. al, Process Dynamics and Control, Wiley; 2 edition, 2003 • [2] T. E. Marlin, Process Control, McGraw-Hill, 2nd edition, 2000 • [3] 邵裕森, 戴先中. 过程控制工程. 机械工业出版 社, 2000 • [3] 王树青, 戴连亏, 于玲, 过程控制工程, 化学工业 出版社, 2008 • [4] 何离庆, 张寿明, 朱文嘉, 过程控制系统与装置, 重庆大学出版社, 2006

过程控制process control教程讲解讲义

过程控制process control教程讲解讲义

样本数量 &检验频次 ;
谁?在那里?用什么来检验;
控制的类型等
B/C类控制方法的效果反映在哪个数字上?
27/41
探测度分数评分参照表
等级 10 9 8 7 6 5 4 探测性 标准 探测工具方式 推荐的探测方法 不能检测出或没有进行检测 只能通过间接或随机检测 几乎不可能 肯定不可能检测出 很微小 微小 很小 小 中等 中上 控制方法可能检测不出
10/41
过程定义:过程流程图实例
11/41
过程定义:过程流程图
1. 产品实现的过程/活动
2. 期望的结果/输出 3. 输入源的变差
4. 随时间变化的过程参数
5. 过程/活动的顺序
12/41
识别工序/活动
如果某工位包含多个连续的操作动作,是作为一个活动 来分析,还是分为几个子活动? 举例:

过程控制系统模型的介绍 过程控制的子模块
3/41
过程控制在APQP中的体现
APQP的五个阶段




计划和确定项目 产品设计和开发 过程设计和开发 产品和过程验证 反馈,评估和纠正措施 任务7:流程图 任务12:PFMEA 任务13:控制计划 ……
4/41
GM Global APQP要求



机器设备/工艺; 加工辅料; 人员操作的方法; 工装夹具; 环境。
16/41
显示过程/活动的顺序
用图例将过程/活动按照顺序显示出来;
图例要符合SGM的规定;
组织熟悉此过程的相关人员否有重复现象? 是否有毫无价值的工序/活动? 是否有经常出错的工序/活动? 是否可以合并某一些工序/活动? 是否可以优化某些工序/活动的顺序? 是否还有改进的空间?

过程控制第二篇 第五章

过程控制第二篇  第五章

r
y2
主调节器 主回路
副调节器 副回路
副对象
主对象
y1
一般串级控制系统结构框图
常称副对象为导前区,主对象为惰性区; 串级控制系统的特点: 有效地克服二次扰动; 改善了对象的动态特性; 具有一定的自适应能力;
各调节器的作用: 副调:粗调,克服二次扰动; 主调:细调,进行系统校正。
过程控制(process control)第五章串级控制系统与比值控制系统
过程控制(process control)第五章串级控制系统与比值控制系统
§5-1 串级控制系统概念 较大迟延对象:如过热汽温
TT
单回路过热汽温PID控制系统如图
ΔW
Iθr Gc(s) Kv Gp(s) Km
I θT
减温水扰动
IΘr
PID
过热器
IθT
超调量大 振荡频率低 调节时间长
过程控制(process control)第五章串级控制系统与比值控制系统
TT2
TT1
超调量小 振荡频率提高 调节时间缩短
减温水扰动
Iθr
IθT2
PID1
PID2
减温器
过热器
IθT1
过程控制(process control)第五章串级控制系统与比值控制系统
反应釜温度控制系统T、τ较大
进料
TT θr
冷却液
TC
产品
冷却液扰动 Iθr PID IθT
特点:σ大、 ω低、ts长
鼓风机
热交换器
4.调节器参数整定:
蒸汽
步骤一:试验得到对象特性曲线 步骤二:选择整定方法,计算调节器参数 步骤三:仿真 步骤四:现场调试
过程控制(process control)第五章串级控制系统与比值控制系统

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第十章

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第十章
Process Control
陈刚
College of Automation Chongqing University
Multiloop Systems Outline
Improving (disturbance rejection干扰抑制)performance
cascade control级联控制 feedforward control,前馈控制 ratio control, and 比例控制 time delay compensation时间延迟补偿with Smith predictor. smith 预估补偿
FT: flow transducer TC: temperature controller FC: fuel gas controller
Two measured variables
fluctuation波动
disturbance is now in slave loop 副回路
Multiloop Systems
S-loop control solution单环开环控制
1. measure T by TT, 2. compute p by TC,
TT TC
Tsp
3. send the p to the valve
Multiloop Systems
Cascade Control
Motivation of动机 Cascade Control
the master loop uses a PI controller,
Multiloop Systems
Cascade Control
Cascade control solution
It consisting of包含:

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第八章

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第八章
The (steam engine蒸汽机) works all the time
control the (boiler pressure 锅炉压力) the speed of the device设备的速度
People experienced人们靠经验控制
Explosions 易爆炸 unstable behavior 不稳定 Control engineering控制工程 was born
A rough indication of the progress in大致方面的进步在 process
control
15
Practical Issues of Process Control
Digital Control: Progress in Process Control
Manual
Mechanical devices
Electronic
Simplified Diagram of Taylor transcope electronic controller
9
Practical Issues of Process Control
Digital Control: Progress in Process Control
Digital Control: Sampling Times
Sampling too slow: negative impact on performance
Aliasing: Sampling much slower than the measurement changes causes significant loss of information Zero-order hold零阶保持器

重大自动化过程控制_process_control_中文_翻译_第一章

重大自动化过程控制_process_control_中文_翻译_第一章

重⼤⾃动化过程控制_process_control_中⽂_翻译_第⼀章Process Control Systems过程控制系统College of Automation,Chongqing University过程控制⾃动化重庆⼤学1Outline of the IntroductionW hat Is Process Control?DefinitionA few examples and forms⼀些例⼦和形式W hat Does It Do?Differences from automatic control theory⾃动控制理论的差异?W hat to be controlled?How Does It Do?如何实现Formulating the problem制定问题Control Equipment and Process Equipment控制设备和⼯艺设备?M odeling the process of the Problem建模过程的问题Introduction to Process Control Operator’s View of Process Control操作员的观点的过程控制A Day in aLife of a PlantOperatorDefinitionThe technology ofcontrolling a series of events to transform a material into a desired end product is called process control.控制技术的⼀系列事件把资料达到所希望的最终产品,被称为过程控制Short examples:M aking of fire for cooking rice (primitive and modern)The fly-ball governor for steam engine control (1774)短的例⼦:让⽕煮⽶饭(原始的和现代)州长的fly-ball蒸汽发动机控制(1774)Tendency of industrial process controlbeing computerized,being automatized , andbeing instrumented w ith smart sensors and M EM S⼯业过程控制的趋势在计算机化,在潜意识中⾃动使⽤,被装备智能传感器和微机电系统(M EM S)A Few Examples1.Flow Control in Oil refinery Plant:Do w e run around the plant to adjust the valves w hen required?流量控制,是炼油⼚植物:我们到处跑植物调节阀门在需要的时候吗?A Few Examples2. pH ControlManual⼿册AutomatedpH controlA Few Examples:3. Room temperature controlA Few Example4. Watt Centralfugal Speed Governor ⽡特Centralfugal调速器A Few Examples5. Level Control液位控制A Few Examples6. Cross Direction ProceControl⼗字⽅向过程控制Several hundred sensors andactuators,M illisecond operation,Controlling paper thickness tow ithin microns!⼏百传感器和执⾏器,微操作,控制纸张厚度和在微⽶!A Few Examples7. Discrete M anufacturing Processes 离散型制造过程A Few Examples8. Typical continuous processes典型的连续过程A Few Examples9. Typical non-continuous processesA Few Examples10. A Semi-Continuous Process半连续过程How large shouldthe tank volume be?油箱体积是多⼤呢?Sample-Plant: M ill W ide Process Control轧机⼴泛的过程控制Sample Softw are: Honeyw ell Intellimap样品软件:霍尼韦尔IntellimapW hat Is Process Control?Summary of the Examples- Forms总结的例⼦-形式Discrete M anufacturing, M otion, and Packaging离散型制造、运动、和包装Robotic Assembly Line in Automotive Production机械的汽车⽣产流⽔线M etal Stamping for the discrete pieces of product 五⾦冲压为离散件产品Continuous Production of Fuels, Chemicals连续⽣产的燃料、化学品Room Temperature Control室温控制Nucleus Chemical Reactor核化学反应器Batch Production of intermediate/end products批量⽣产中间/终端产品Adhesives and gluesFood, Beverages, andM edicineW hat Is Process Control?Tedency: Being Compueterized, Automatized, and Instrumented by smart sensors and M EM S计算机化,⾃动化,和动态化由智能传感器和微机电系统Sensors, local indicators,and valves in the process传感器、当地的指标,和阀门在这个过程中Valve openingdetermined by thesignal from computerDisplays of variables, calculations, commands to valves andhistorical data are in the centralized control center.显⽰变量的影响,计算,命令对阀门和历史数据是在中央控制中⼼Differences from Automatic Control Theory⾃动控制理论的差异?Using Control Theory as a ToolSolving the Real-W orld Problems forM aintaining controlled variables at the desired values保持控制变量在期望值M anufacturing products w ith consistent quality w hen raw material properties change⽣产质量稳定的产品,原料性质改变时?Responding dangerous situations w ith given time危险的情况下和给定的时间响应Being Specialized by transducer作为专业的传感器Smart sensorsM EM S 微机电系统。

《过程控制系统》课程实验教学大纲

《过程控制系统》课程实验教学大纲

《过程控制系统》课程实验教学大纲课程名称:过程控制系统英文名称:Process Control System课程类型:专业必修课课程属性:课内实验总学时:64 总学分:4 实验学时:8适用专业:过程装备与控制工程一、实验教学目标与基本要求通过该课程的学习,使学生掌握工业过程控制系统和仪表的工作原理和一般的设计、整定、使用方法。

本课程开设的实验可帮助学生加深对课程内容的理解,从而建立起有关过程控制的系统概念,对系统各组成环节有一个全面的认识,且掌握分析、整定过程控制系统的方法以及深刻体会控制方案和控制规律对控制系统性能的差异。

在认真做实验的基础上,独立完成实验报告。

二、本实验课程的基本理论与实验技术知识随着计算机技术、通信技术、半导体技术及控制理论的发展,过程控制系统在现代化的工业生产中得到了广泛应用。

在实验过程中,力求使学生建立系统的概念以及过程控制系统的投运、整定和调节过程,从而进一步掌握过程控制系统的基本理论和工程设计方法,为将来工作打下基础。

三、实验方法、特点与基本要求实验中的综合过程控制装置可以根据需要设置为不同被控参数和特性的被控对象,利用浙大中控的集散控制系统通过组态对其进行控制。

组态简单、易学,监控画面形象、直观,调节方便、易行。

要求学生了解综合对象的工艺流程和基本技术指标,了解集散控制系统的组态方法和过程,掌握参数整定的方法,独立操作完成实验,写出实验报告。

四、实验主要仪器设备浙大中控SUPCON JX-300X集散控制系统、EFAT/P-Ⅱ型过程控制综合实验装置五、实验项目的设置与内容提要六、实验报告要求每次实验提交实验报告。

实验报告由实验原理、实验内容及数据的记录及处理组成,并附有实验原始记录。

七、考核方式与成绩评定标准实验成绩:预习 10%、考勤15%、操作规程 15%、结果验收 20%、报告 40%。

若不参加实验则实验成绩一律按0分处理。

八、主要参考资料《过程控制系统》,陈夕松、汪木兰,科学出版社,2005年。

【测控专业英语】ProcessControlSystem过程控制系统解读

【测控专业英语】ProcessControlSystem过程控制系统解读
– signal transducer 信号变送器 – temperature/flow/pressure transmitter 温度/流量/ 压力传感器 – proportional/integral/derivative mode 比例/积分/微 分模式 – microcontroller 微控制器 – switch 开关
8
2 Measuring Transmitter
2– A resistance element converts temperature into a
resistance value, and the resistance transducer converts the resistance value into an electric current signal. – Other primary elements are handled in a similar manner.
3
Main content
1
Process
Measuring Transmitter Controller Manipulating Element
2
3 4 5
Process Control
4
1 Process
– The process block in Fig. 7.1 represents everything performed in and by the equipment in which a variable is controlled. – The process includes everything that affects the controlled or process variable except the controller and the final control element.

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第十章(1)

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第十章(1)

S-loop control solution单环开环控制
1. measure T by TT, 2. compute p by TC,
TT TC
Tsp
3. send the p to the valve
4
Multiloop Systems
Cascade Control
Motivation of动机 Cascade Control
Problem (e): determine Kc of PI controller that guarantees system stable when I=0.5 without cascade
Solution: ➢system is a single-loop system when no cascade ➢characteristic equation of its closed-loop equation is
8
Multiloop Systems
Cascade Control
Cascade Control Solution Reducing the block diagram方块图
Setting Gm1=Gm2=1
where
9
Multiloop Systems
Cascade Control
Reducing the block diagram
FC in slave loop adjusts the regulating valve调节阀
▪ FC compares the desired and measured fuel gas flow rates
▪ responding immediately to fluctuations in the fuel gas flow 立即对波动的燃气速率做出反应

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第一章

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第一章
微操作,控制纸张厚度和在微米!
What Is Process Control?
A Few Examples
7. Discrete Manufacturing Processes 离散型制造过程
What Is Process Control?
A Few Examples
8. Typical continuous processes典型的连续过程
What Does It Do?
Differences from automatic control theory自动控制理论的差异 What to be controlled?
How Does It Do?如何实现
Formulating the problem制定问题 Control Equipment and Process Equipment控制设备和工艺设备 Modeling the process of the Problem建模过程的问题
4. Watt Centralfugal Speed Governor 瓦特Centralfugal调速器
What Is Process Control?
A Few Examples
5. Level Control液位控制
What Is Process Control?
A Few Examples
Process Control Systems 过程控制系统
College of Automation, Chongqing University
过程控制自动化 重庆大学
Outline of the Introduction
What Is Process Control?
Definition A few examples and forms一些例子和形式

《过程控制》

《过程控制》

《过程控制》课程笔记第一章概论一、过程控制系统组成与分类1. 过程控制系统的基本组成过程控制系统主要由被控对象、控制器、执行器、检测仪表四个部分组成。

(1)被控对象:指生产过程中的各种设备、机器、容器等,它们是生产过程中需要控制的主要对象。

被控对象具有各种不同的特性,如线性、非线性、时变性等。

(2)控制器:控制器是过程控制系统的核心部分,它根据给定的控制策略,对检测仪表的信号进行处理,生成控制信号,驱动执行器动作,从而实现对被控对象的控制。

控制器的设计和选择直接影响控制效果。

(3)执行器:执行器是控制器与被控对象之间的桥梁,它接收控制器的信号,调节阀门的开度或者调节电机转速,从而实现对被控对象的控制。

执行器的响应速度和精度对控制系统的性能有很大影响。

(4)检测仪表:检测仪表用于实时测量被控对象的各项参数,如温度、压力、流量等,并将这些参数转换为电信号,传输给控制器。

检测仪表的准确性和灵敏度对控制系统的性能同样重要。

2. 过程控制系统的分类根据控制系统的结构特点,过程控制系统可以分为两大类:开环控制系统和闭环控制系统。

(1)开环控制系统:开环控制系统没有反馈环节,控制器根据给定的控制策略,直接生成控制信号,驱动执行器动作。

开环控制系统的优点是结构简单,成本低,但缺点是控制精度较低,容易受到外部干扰。

(2)闭环控制系统:闭环控制系统具有反馈环节,控制器根据检测仪表的信号,实时调整控制策略,生成控制信号,驱动执行器动作。

闭环控制系统的优点是控制精度高,抗干扰能力强,但缺点是结构复杂,成本较高。

二、过程控制系统性能指标1. 稳态误差:稳态误差是指系统在稳态时,输出值与设定值之间的差值。

稳态误差越小,表示系统的控制精度越高。

稳态误差可以通过调整控制器的参数来减小。

2. 动态性能:动态性能是指系统在过渡过程中,输出值随时间的变化规律。

动态性能指标包括上升时间、调整时间、超调量等。

动态性能的好坏直接影响到系统的响应速度和稳定性。

过程控制重点

过程控制重点

5.(潘例 4-2)单容热力过程理论建模:加热装置
采用电能加热,给容器输入电能加热的热流量 q i ,
容器的热容为 C ,容器中液体的比热容为 c p ,流
量为 q 的液体以 Ti 的入口温度流入,以 Tc 的出口
温度流出( Tc 同时也是容器中液体的温度)设容
⑴机理建模步骤:
从水槽的物料平衡关系考虑,找出表征 h 与 Q1 关系
±2)℃,考虑发酵效果,要求控制过程中温度偏 离给定值最大不得超过 6℃。现设计的定值温度控 制系统,在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下 图,试求最大偏差、衰减比、余差、过渡时间(± 2%!)和振荡周期,该系统能否满足工艺要求?
⑴定值控制系统、⑵随动控制系统、⑶程序控制系 统。 按系统结构的特点分类: ⑴开环系统、⑵反馈控制系统……、⑶前馈控制系 统、⑷前馈——反馈复合控制系统。
TC R
qi
C R dTC dt
KP
RTC
TC
R qi
C
KP
R dTC R 1 dt
TC
KP
R R
1
qi
T1 A1R2;T2 A2 R3;K K 1 R3
⑷当输入量是阶跃增量Δμ1 时,被控变量Δh2 的 反应(飞升)曲线呈 S 型。为简化数学模型,可以 用带滞后的单容过程来近似。 3.容量滞后与纯滞后 ⑴容量滞后:在 S 形曲线的拐点上作一切线,若将
解:
最大动态偏差: A 950 900 50
衰减比: n y1 950 900 50 5 y3 910 900 10
振荡周期:T 45 9 36min
50<80!能满足工艺要求。 1.3-4-3.某化学反应器工艺规定的操作温度为 (900±10)℃,考虑安全因素,要求控制过程中 温度偏离设定值不得超过 80℃。现设计的定值温度 控制系统,在最大阶跃干扰作用下的过渡过程曲线 如下图,试求最大动态偏差、衰减比、振荡周期, 该系统能否满足工艺要求?

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第一章

重庆大学-过程控制-process-control-中文-翻译-第一章
end product is called process control.控制技术的一系列事件把资料达到所希
望的最终产品,被称为过程控制
Short examples:
Making of fire for cooking rice (primitive and modern)The fly-ball governor for steam engine control (1774)短的例子:让火煮米饭(原始的和现 代)州长的fly-ball蒸汽发动机控制(1774) Tendency of industrial process control
6. Cross Direction ProceControl十字方向过程控制
•Several hundred sensors and actuators,
•Millisecond operation, •Controlling paper thickness to
within microns!几百传感器和执行器,
16
What Is Process Control?
Summary of the Examples- Forms总结的例子-形式
Discrete Manufacturing, Motion, and Packaging离散型制造、运动、和包装
Robotic Assembly Line in Automotive Production机械的汽车生产流水线 Metal Stamping for the discrete pieces of product 五金冲压为离散件产品
Displays of variables, calculations, commands to valves and

第五章 过程控制

第五章 过程控制

调节规律的选择
调节规律 优 点 缺 点 应 用
P PI
灵敏、简单,只有一 个整定参数;
存在静差
负荷变化不显著,工艺指标 要求不高的对象。
应用于调节通道容量滞后较 对于滞后较大的对象, 能消除静差,又控制 小、负荷变化不大、精度要 比例积分调节太慢,效 灵敏 求高的调节系统。例如,流 果不好。 量调节系统。 增进调节系统的稳定 系统对高频干扰特别敏 应用于调节通道容量滞后较 度,可调小比例度, 感,系统输出易夹杂高 大,但调节精度要求不高的 而加快调节过程,减 频干扰。 对象。 小动态偏差和静差 对于滞后很大,负荷变 综合了各类调节作用 应用于调节通道容量滞后较 化很大的对象, PID 调 的优点,所以有更高 大、负荷变化较大、精度要 节也无法满足要求,应 的调节质量。 求高的对象。 设计复杂调节系统

1. 比例调节器 是一种简单的调节器,其控制 u = KPe + u0 KP :比例系数, u0 :控制常量,
规律为:

即误差为零时的控制变量;如图所
示,比例调节器对误差 e 是即时响
应的,误差一旦产生,调节器立即 产生控制,使被控制的过程变量 Y 向误差减小的方向变化。
( 1 ) 问题:对于有些控制对象,比例调节器存在静差(残存的误 差),加大比例系数 KP 可以减小静差,但当KP 过大时,会使动态质量 变差,导致系统不稳定。 (2) 优点:反应快。 (3) 缺点:不能完全消除静差。
输入电路 运算电路 A、M、H电路 输出电路 指示电路
基本控制 规律及特点
DDZ-Ⅲ 基型调节器
调节规律 位式控制
r + -
G p ( s)
y
Process Output

过程装备控制技术及应用课件-第五章计算机控制系统

过程装备控制技术及应用课件-第五章计算机控制系统

过程装备控制技术及应用第五章计算机控制系统CONTENTS 目录第三节测试软件设计第一节概述第二节计算机控制系统的组成及分类第四节直接数字控制系统一、计算机直接数字控制系统构成二、计算机控制系统的控制步骤1. 实时数据采样:测量被控量的当前值,转换成离散数字化信号;2. 实时判断:判断被控量当前值与给定值的偏差e ;3. 实时控制:根据偏差e ,作出控制决策,即按照预定的算法对偏差进行运算,向执行机构发出控制信号;控制信号包括:a. 经过D/A转换输出的模拟控制信号;b. 开关量输出(控制电平、脉冲):报警、限位\延时等特定操作;c. 数字量输出。

三、计算机控制系统的优点1. 用分时操作实现对多个被控对象、多个回路的控制;2. 操作由计算机程序完成,扩充修改方便,硬件改动少;3. 在模拟控制系统中很多由硬件难以完成的功能,可以方便地由软件完成。

如:大时间常数的滤波,线性补偿、系统的误差补偿。

5.2计算机控制系统的组成及分类一、计算机控制系统的组成1. 硬件部分①主机②过程输入输出通道③操作设备④外部设备⑤通讯设备⑥系统支持功能监控定时器、掉电保护、后备存储器、实时日历、总线匹配等2. 软件部分①系统软件:操作系统、数据库系统、通讯网络软件、调试程序及诊断程序等。

②应用软件:系统设计人员针对生产过程要求而编制的控制和管理程序。

包括:过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、打印显示程序、人机接口程序等。

二、计算机控制系统的分类1. 数据采集和数据处理系统①数据采集:由传感器把温度、压力、流量、位移等物理量转换来的模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量,输入并存贮到计算机中。

②数据处理:计算机将采集来的数字量进行实时数据分析,得出所需要的结果。

计算机不直接参与过程控制,属于计算机应用于过程控制的低级阶段。

2. 直接数字控制系统(Direct Digital Control, DDC)①分时地对被控对象的状态参数进行测试;②将测试的结果与给定值比较得到偏差e,按预定的控制算法进行数字分析、运算;③将控制量直接输出到调节阀等执行机构上,使各个被控参数保持在给定值上,实现对被控对象的闭环自动调节。

复杂过程控制系统

复杂过程控制系统
过程控制
第五章 复杂过程控制系统
5.1 串级控制
过程控制
一、串级控制系统的结构和工作过程
1、串级控制系统的结构
串级控制系统(Cascade Control Ststem)是一种常用的复杂控制 系统,它根据系统结构命名。
由两个或两个以上的控制器串联连接组成,一个控制器的输出作 为另一个控制器的设定值,这类控制系统称为串级控制系统。
0.75
余差
0
系统工作频率
0.087
二次扰动下的最大偏差
0.27
一次扰动下的最大偏差
0.34
过程控制
串级控制系统
Kc1=8.4, Kc2=10, Ti=12.8s
0.75 0
0.23 0.013 0.13
三、串级控制系统的设计
1、主变量的选择
过程控制
串级控制系统的主回路是一个定值控制系统。对于主变量的 选择和主回路的设计,可以按照单回路控制系统的设计原则 进行。
s2T p1T p 2s1K c1K p2K p1K m 10
T p1 T p 2
T p 1 T p 2
写成标准形式: s22 00 20
从控制理论可知,当0<<1时,系统出现振荡,振荡频率即 为系统的工作频率,即:
c0
12

12 2
Tp1Tp2 Tp1Tp2
串级控制系统对进入主环的扰动也有克服能力。扰动从主环进 入时,因串级控制系统的工作频率提高,被调量受影响比单回 路往往可以减小25倍。
过程控制
4、对负荷和操作条件的变化具有一定的自适应能力
定性分析: 由于副回路是一个随动控制系统,它的设定值随主控制器的输 出而变化。这样主控制器就可以按照操作条件和负荷的变化情 况,相应地调整副控制器的设定值,从而保证在操作条件和负 荷发生变化的情况下,控制系统仍然具有良好的控制质量。

过程控制第五章PPT教案

过程控制第五章PPT教案
3)系统工作方式
副环工作于随动控制方式;主环工作于定值控制方式
4)控制性能
系统对于干扰反应及时,克服干扰速度快,能克服系统滞 后,改善控制精度和提高控制质量。
第18页/共102页
第二节 串级控制系统的分析
常把副回路内的扰动称二次扰动,而把副环路之外的扰动称一次扰动。 与简单控制系统比较,串级控制增加了副回路,它的作用是有效地克服二次扰动 的影响。
串级控制系统主回路是一个定值控制系统,副回路是一个随动控制系统,当负 荷改变时,主调节器将改变输出值,副回路能快速及时跟踪,从而保证了控制品 质。
第34页/共102页
例:串级系统的框图为:
R1(s)
Gc1(s)
Gc2 (s)
D2 (s)
Gp2 (s)
D1(s)
Y1(s)
Gp1(s)
其中:
1 Gp1(s) (30s 1)(3s 1)
在扰动作用下的传递函数为:
Y1(s)
G0 (s)Gp1(s)
D2 (s) 1 Gc2 (s)Gc1(s)G0 (s)Gp1(s)Gm1(s)
对于一个控制系统来说,在它的给定信号下,其输出量能复现输入量的变化,即: Y1(s)/R1(s) 越接近1,则系统的控制性能越好,当它在扰动作用下,其控制作用能 迅速克服扰动的影响,即:Y1(s)/D2(s)越接近零越好,其抗干扰的能力可用(5-4) 表示:
R1(s) 1 Gc (s)Gv (s)Gp2 (s)Gp1(s)Gm (s)
第24页/共102页
在扰动D2作用下,传递函数为:
Y1(s)
Gv (s)Gp2 (s)Gp1(s)
D2 (s) 1 Gc (s)Gv (s)Gp2 (s)Gp1(s)Gm (s)
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A General SISO System 一般的单输入单输出系统
Transfer function with process model过程模型的传递函数 Signal transmitter信号变送器 Controller Actuator (control valves)执行器(控制阀)
Closed-Loop Response闭环响应
12
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers: P-control:
13
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
In the sense(传感器) of proportional gain Kc
Purchasing a vlave where a lowered signal means opening the valve降 低的信号,意味着打开阀门 with the negative steady state gain (-Kv)
The controller is written as
8
where I is the integral time constant (reset time)
1/I is called the reset rate, used in commercial devices 1/I被称为复位率,商用设备中使用
18
Analysis of Single Loop Systems
Proportional control(比例控制) (P-control): Proportional Mode The compensation(补偿) signal (actual controller output) is proportional to(与..成比例) the error(误差), e(t)
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
e(t) = hs(t)-h(t)
P-control
The error is es=0 at t =0
The deviation variable is defined as e’(t) = e(t)-es
All commercial devices (商业设备) has positive gain
The controller output moves in the reverse direction of the controlled variable 控制器的输出向控制变量的反向变化
7
Analysis of Single Loop Systemsຫໍສະໝຸດ S-Domain10
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
P-control:
11
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
P-control:
Modern Level Sensor现代液位传感器
Seven examples Choice of controllers
2
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
An example
Monitoring the liquid leve in a vessel Adjusting the opening of the affluent valve 监测容器液体高度,调整阀门开度
(they are the same in SISO system)
3
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
An example
Objective(目的): Keeping h at hs 维持h在hs
Situation: A sudden surge at the inlet flow qi increases h在入口流量qi骤增增 重h
PID Controllers
From practical perspective, define a new quantity 从实际应用的角度,定义一个新的量
The Proportional Band (PB)(比例范围) is the inverse of the Gain.负增益
In the sense of proportional band PB ➢ The higher PB, the slower (and more stable) control. ➢ 越高的PB,越慢越稳定的控制 ➢ The lower PB, the faster (and less stable) control.
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Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers: PI control
PID Controllers
e(t) = hs(t)-h(t)
P-control
In the liquid level problem液位平衡问题,
if the disturbation in the inlet makes h rise over h’, thus
e < 0 p < ps
The controller output is decreased
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Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
The Percent Proportional Band 百分比例带 From Practical perspective:
16
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
where Kc is the proportional gain of the controller, determing the controller sensitivity(灵敏度)
6
Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
P-control
The control system is saturated at the physical limits 该控制系统是饱和的物理极限
▪ Controller can only deliver(传送) so much voltage or current(电压和电流)
▪ A valve can only deliver so much fluid when fully opened ▪ 阀门完全打开只能提供了这么多1流7 体
➢The higher gain, the faster (less stable) control ➢Kc 越大,响应速度快越不稳定. ➢The lower gain, the slower (more stable) control ➢. Kc 越小,响应速度慢越稳定.
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Analysis of Single Loop Systems
Transfer function
The percent proportional band (PB)
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Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
P-control:
p' (t) Kce' (t)
p' (t) Kce' (t)
p' (t)
TimeDomain
PID Controllers
Proportional-integral (PI) control
Time Domain
p'(t) 1
t
e' (t )dt
I 0
p' (t)
Slope=E/I
S-Domain P(s) 1 E(s) Is
Controller Behaviour when e(t) is constant
What is the difference Compared with P-control
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Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers: PI control
1. The integral action may overcompensate(过度补偿) (oscillation振荡), thus exhibiting the underdamped response因此展示了过阻尼响应
2. In practice, integral action is never used by itself不单独应用
3. Integral action makes the process saturation(饱和), reset windup(积分饱和)
Integral term takes on a final nonzero value, thus Permitting(允许) es to stay at zero, as time progresses
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Analysis of Single Loop Systems
PID Controllers
An example
Defining an error signal due to the use of negative feedback 由于负反馈的使用定义一个误差信号
e(t) = hs(t)-h(t) The actual control output 实际控制输出
Qualitative features of p-control P控制器的定性特点
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