第一章 过程控制系统的基本概念

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自动化仪表及过程控制

自动化仪表及过程控制

第一章绪论本章提要1.过程控制系统的基本概念2.过程控制的发展概况3.过程控制系统的组成4.过程控制的特点及分类5.衡量过程控制系统的质量指标授课内容第一节过程控制的发展概况1.基本概念过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。

(P3) 过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。

(P3)2.过程控制的重要性z进入90年代以来自动化技术发展很快,是重要的高科技技术。

过程控制是自动化技术的重要组成部分。

在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。

3.过程控制的发展概况z19世纪40年代前后(手工阶段):手工操作状态,凭经验人工控制生产过程,劳动生产率很低。

z19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段):过程控制发展的第一个阶段,一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。

主要特点:检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表);过程控制系统结构------单输入、单输出系统;被控参数------温度、压力、流量和液位参数;控制目的------保持这些参数的稳定,消除或者减少对生产过程的主要扰动;理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论,解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。

z19世纪60年代(综合自动化阶段):过程控制发展的第二个阶段,工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。

主要特点:检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表,计算机控制系统的应用,实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC);过程控制系统结构------多变量系统,各种复杂控制系统,如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统;控制目的------提高控制质量或实现特殊要求;理论-----除经典控制理论,现代控制理论开始应用。

第一章过程控制系统概述

第一章过程控制系统概述
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第1章 过程控制系统概述
图为室温自动控制系统,自动化仪表代替了人。 恒温室
3 TC
回 风
1
送风
过程控制系统的定义:
4
M
为实现对某个工艺参数的自 动控制,由相互联系、制约 的一些仪表、装置及工艺对 象、设备构成的 一个整体。
过程控制系统的主要任务 热水 是:对生产过程中的重要参数 回水 (温度、压力、流量、物位、 图2 室温自动控制系统示意图 1—热水加热器;3—控制器; 成分、湿度等)进行控制,使 2—传感变送器;4—执行器 其保持恒定或按一定规律变化。
2.控制方案丰富
生产工业的特点、被控过程的多样性决定控制方案的多样性。系统硬件和控 制算法、软件设计。
3.控制对象大多属于慢过程
连续工业过程大惯性和大滞后的特点决定了被控过程为慢过程。
4.大多数工艺要求定值控制
被控参数的设定值为一个定值,减小或消除外界干扰,使被控量尽量保持接 近或等于设定值。
5.大多使用标准化的检测、控制仪表及装置
兰州理工大学电信学院
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第1章 过程控制系统概述
1.开环控制系统 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控 制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中,不依赖 将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2.闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的 输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环 控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负 反馈( Negative Feedback),若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系 统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。error)描述,它表示系统输出稳态 值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性,通常用上升时间来定量描 述。 闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系 统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种 正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系 统。 3 .阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入(step function)加到系统上时,系统 的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出 之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定 性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应 上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度,通常用稳态误差 来(Steady-state)

过程装备控制技术及应用习题及参考答案

过程装备控制技术及应用习题及参考答案

过程装备控制技术及应用习题及参考答案第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化?生产过程自动化主要包含了哪些内容?答:利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。

主要包含:①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。

2.自动控制系统主要由哪几个环节组成?自动控制系统常用的术语有哪些?答:一个自动控制系统主要有两大部分组成:一部分是起控制作用的全套自动控制装置,包括测量仪表,变送器,控制仪表以及执行器等;另一部分是自动控制装置控制下的生产设备,即被控对象。

自动控制系统常用的术语有:被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数,即需要控制的工艺参数,如锅炉汽包的水位,反应温度;给定值(或设定值)y s——对应于生产过程中被控变量的期望值;测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值;操纵变量(或控制变量)m——受控于调节阀,用以克服干扰影响,具体实现控制作用的变量称为操纵变量,是调节阀的输出信号;干扰f——引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素;偏差信号(e)——被控变量的实际值与给定值之差,即e=y m - y s控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

3.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同?答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。

采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。

而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。

第一章过程控制基本概念.

第一章过程控制基本概念.

课程要求及参考书目
教学目标
• • • • • 什么是过程控制系统 过程控制系统的基本设计方法和原则 过程控制系统的建模与辨识 过程控制系统的控制器设计与稳定性分析 了解过程控制系统的性能评估方法
教材及主要参考书目
• 《工业系统辨识与控制》,李少远等,化学工业出版社,2010年 • 《自动控制原理》,胡寿松,科学出版社,2001年及以后新版本 • 《现代控制工程》(第二版),绪方胜彦著,卢伯英等译,科学出版社, 1984
测量变送 Gm (s)
图1.4 简单过程控制的系统框图
1.1 工业过程控制系统
常用术语
• 被控对象(Process/Object):被控制的设备或装置
• 被控变量(Controlled Variable):需要对其进行控制的工艺变量
• 扰动(Disturbance):影响被控变量的各种扰动作用 • 操纵变量(Manipulated Variable):受执行机构操纵用于克服扰动 影响的变量 • 测量值(Measurement ):被控变量经检测变送后即是测量值 • 给定值(Set Point):即被控变量的设定值 • 偏差值(Error):被控量的给定值与测量值之差
过程控制系统 控制目标 被控对象,被控变量,操纵变量,…
控制器方案设计
1.2 控制规律的选择
PID控制器(包括:单回路PID、串级、前馈、均 匀、比值、分程、选择或超驰控制等) 特点:主要适用于SISO系统、基本上不需要对象 的动态模型、结构简单、在线调整方便。 APC控制器(先进控制方法,包括:解耦控制、 内模控制、预测控制、自适应控制等),

Steam
Transmitter Process fluid Ti(t) T Condensate return

过程控制

过程控制
第一章 过程控制系统 绪 论 基本概念
第一节 过程控制系统的发展状况
• 过程控制:指在生产过程中,运用合适的 控制策略,采用自动化仪表及系统来代替 操作人员的部分或全部劳动,使生产过程 在不同程度上自动地进行。
人工调节
给水调节阀 省煤器 W 给水 h 过热器 D 蒸汽
汽包
水 位 计
水 冷 壁
汽包锅炉给水人工调节示意图
第二节 建立数学模型的方法
一. 机理建模
1 单容液位对象的数学模型
单容对象:只有一个储蓄容量的对象。
(1)自平衡过程的动态特性
自平衡过程:指过程在扰动作用下,其平衡状态被破坏 , 不需要操作人员或仪表等干预,依靠其自身逐渐达到新 的平衡状态的过程。
液位过程

(见下页图)
q1 输入变量:
输出变量: h
现场总线控制系统FCS
计算机综合自动化系统CIPS
现场智能设备互连通信网络
管理与控制一体化
第一节 过程控制系统的发展状况
过程控制系统发展历史
(20世纪50年代末~60年代)局部自动化阶段 过程控制系统:多为单输入、单输出简单控制系统 自动化仪表:采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表(气动Ⅰ 型和电动Ⅰ型); 控制理论:以反馈为中心的经典控制理论
式中:
T0 AR2 过程的时间常数
K0 R2 过程的放大系数
A
过程的容量系数
(2)无自平衡过程的动态特性
无自平衡过程: 指过程在扰动作用下,其平衡状态被破坏 后 ,不经过操作人员或仪表等干预,仅依靠其自身能力 不能重新恢复平衡状态的过程。 以液位过程为例,见下页图
d h q1 q2 A 过程的微分方程为: dt
过程的动态特性为: H ( S ) 1 1 W0 ( S ) Q1 ( S ) AS Ta S

过程控制-第一章

过程控制-第一章
第一章 过程控制系统
1 了解过程控制技术的开环、闭环概念。 2 了解过控系统的组成、分类和品质指标。 3 能简单使用MATLAB软件。 4 了解本课程定位及学习方法。
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过程控制与自动化仪表
1.1 引言
所谓自动控制,是指在没有人直接参与的情况下, 利用外加设备或控制装置使生产过程或被控对象 中的某一物理量或多个物理量自动地按照期望的 规律去运行或变化。
稳定性 静态指标 动态指标
平稳:“稳”即系统必须是稳定的,这也是最重要、最基本的需 求。 准确:“准”是指控制系统的准确性、控制的精确程度,通常用 稳态误差来描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差。 迅速:“快”是指控制系统响应的快速性。
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过程控制与自动化仪表
1.3 过程控制系统的组成
系统的各种作用量
1)被控变量——是表征生产设备或过程运行状况,需 要加以控制的变量,也是过程控制系统的输出量。
2)设定值——又称给定值,是工艺要求被控变量需要 达到的目标值,也是过程控制系统的输入量。
3)测量值——是检测元件与变送器的输出信号值,也 称反馈量。
4)扰动量——又称干扰或“噪声”,通常是指引起被 控变量发生变化的各种因素。
5)操纵变量——受执行器操纵,具体实现控制作用的 变量称为操纵变量。
6)偏差——通常把设定值与测量值之差称作偏差。
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Hale Waihona Puke 过程控制与自动化仪表1.4 过程控制系统的分类和品质指标
1.4.1 过程控制系统的分类
1.定值控制系统
在生产过程中,如果要求控制系统使被控变量保持在一个生产 指标上不变,或者说要求工艺参数的设定值不变,这类控制系 统称为定值控制系统。

过程控制系统及其应用

过程控制系统及其应用
第五节 物位检测仪表 一、物位仪表种类 二、静压式液位变送器 三、超声波液位计
习题
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第三章 过程通道信号处理及调节仪表
第一节 温度变送器 一、概述 二、放大单元工作原理 三、热电偶温度变送器量程单元 四、变送器的信号调试方法 五、DBW型温度变送器的型号表示 六、DCW型温度变送器
第二节 DDZ-Ⅲ型全刻度指示调节器 一、概述 二、基型调节器的工作原理 三、可编程序数字调节器
器驱动调节阀,改变输入对象的操纵量q,使 被控量受到控制。
.
第三节 过程控制的分类
一、各种分类方法
1)按被控量分类:温度控制系统,压力控制系统, 流量控制系统,液位控制系统等。
2)按控制系统回路分类:开环控制系统及闭环控制 系统,单回路控制和多回路控制。
3)按控制器的控制算法分类:比例控制系统,比例 积分控制系统,比例积分微分控制系统及位式控制 系统等。
过程控制系统及其应用
.
目录
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成
一、被控对象 二、 传感器和变送器 三、 控制器 四、 执行器 五、 控制阀
第三节 过程控制的分类 一、各种分类方法 二、设定值分类
第四节 生产对过控制的要求和指标 一、生产对过程控制的要求 二、过程控制系统的品质指标
第三节 变风量空调系统 一、变风量空调系统概述 二、变风量空调系统的自动控制
参考文献
.
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成 第三节 过程控制的分类 第四节 生产对过程控制的要求和指标
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第一节 过程控制的发展概况
自20世纪50年代以来,由于计算机技术的发 展,带来了自动化发展的惊人成就。自动化的发

过程控制技术-第一章 过程控制系统的基本概念

过程控制技术-第一章 过程控制系统的基本概念

1 过程控制系统的基本概念
1.1过程控制系统的组成及其分类 1.1过程控制系统的组成及其分类
过程控制系统的组成及其分类 自动控制是在人工控制的基础上发展起来 的。下面先通过一个示例, 将人工控制与过程 控制进行对比分析,看过程控制系统是由哪些 部分组成的。
1 过程控制系统的基本概念
通过上述示由被控对象、 测量变送器、控制器、 控制阀四个基本环节 所组成。
2.基本要求 2.基本要求 (1)弄清楚组成过程控制系统的结构,掌握描述控 制系统的原理图和方块图及其专用术语。 (2)掌握闭环控制系统实现自动控制的基本原理, 尤其是负反馈在过程控制中的作用。学会用负反 馈原理构成简单的闭环控制系统。 馈原理构成简单的闭环控制系统。 (3)了解开环控制与闭环控制的差别及各自的特点。 (4)弄清楚定值控制系统与随动控制系统的区别, 连续系统与离散系统的区别。 连续系统与离散系统的区别。 (5)理解控制系统过渡过程(或时间响应)的概念。
1 过程控制系统的基本概念
当锅炉汽包水位控制系统处于平衡状态即 静态时,扰动作用为零,设定值不变,系统中 控制器的输出和控制阀的输出都暂不改变,这 时被控变量汽包水位也就不变。一旦设定值有 了改变或扰动作用于系统,系统平衡被破坏, 被控变量开始偏离设定值,此时控制器、控制 阀将相应动作,改变操纵变量给水量的大小, 使被控变量汽包水位回到设定值,恢复平衡状 态。
1 过程控制系统的基本概念
在生产过程中,不仅要了解系统的静态, 更需要了解系统的动态。当过程控制系统在动 态阶段中,被控变量是不断变化的,这一随时 间变化的过程称为过程控制系统的过渡过程或 时间响应。即一个过程控制系统在外作用下从 原有稳定状态过渡到另一个稳定状态的过程, 称为过程控制系统的过渡过程。

过程控制知识点

过程控制知识点

第一章过程控制定义:用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制称为过程控制。

过程控制特点:连续生产自动控制过程控制系统由过程检测控制仪表组成被近期过程是多种多样的、非电量的过程控制的控制过程多属慢过程而且多半参量控制定值控制是过程控制的一种常用形式。

过程控制组成:由测量元件、变送器、调节器、调节阀和被控过程等环节。

分类:结构特点:反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统。

定值信号特点:定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统。

第二章2-22利用热电偶温度计测温时为什么要使用补偿导线及其对冷端温度进行补偿?利用热电阻温度计测温时,为什么要采用三线制接法?测量低温时通常为什么采用热电阻温度计,而不采用热电偶温度计?答:(1)由热电偶测温原理可知,只有当它的冷端温度不变时,热电动势是被测温度的单值函数,所以在测温过程中必须保持冷端温度恒定,为了使它的冷端温度恒定,采取补偿导线法为了消除冷端温度变化对测温精度的影响,采用冷端温度补偿(2)在使用热电阻测温时,为了提高精度,采用三线制接法(3)原因有两点:在中低温区热电偶输出的热电势很小对测量仪表放大器和抗干扰要求很高由于冷端温度化不易得到完全补偿在较低温度区内引起的相对误差就很突出2-27 DDF-3型温度变送器具有哪些主要功能?什么是变送器的零点、零点迁移和量程调节?为什么要进行零点迁移和量程调节?3型温度变送器是怎样进行零点迁移和量程调节的?答:1.DDz-3具有热电偶冷端温度补偿,零点调整、零点迁移。

量程调节以及线性化等重要功能。

2零点:输入为零点时输出为4mm的点,零点迁移:即把测量起始点由零迁移到某一正值或负值。

量程调节:相当于改变变送器的输入输出特性的斜率3零点迁移的目的是使其输出信号的下限Ymin与测量范围的下限值Xmin相对应。

零点迁移之后,其量程不变,即斜率不变,却可提高灵敏度。

量程调节的目的是变送器的输出信号的上限值Ymax与测量范围的上限值相对应4调零点调量程方法:RP1为调零电位器。

过程控制系统(1)

过程控制系统(1)

第一章过程控制系统概述1.五大参量:温度、压力、流量、物位(液位)、成分2.过程控制系统的组成:控制器,执行器,被控过程和测量变送等组成;除被控对象外都是变送单元。

过程控制系统由两大部分组成:过程仪表和被控对象过程控制系统由三大部分组成:检测变送单元,控制器,被控对象。

系统中的名词术语:1)被控过程:生产过程中被控制的工艺设备或装置(即从被控参数检测点至调节阀之间的管道或设备)。

2)检测变送器:检测量转换为统一标准的电信号。

3)调节器(控制器):实时地对被控系统施加控制用。

4)执行器:将控制信号进行放大以驱动调节阀。

5)被控参数:被控过程内要求保持稳定的工艺参数。

6)控制参数:使被控参数保持期望值的物料量或能量。

7)设定值:被控参数的预定值。

8)测量值:测量变送器输出的被控参数值。

9)偏差:设定值与测量值之差。

10)扰动作用:作用于被控对象并引起被控变量变化的作用。

11)控制作用:调节器的输出(控制调节阀的开度)。

控制器,执行器和检测变送环节称为过程仪表;过程控制系统由过程仪表和被控过程组成。

3.性能指标:包含了对控制系统的稳定性、准确性和快速性三方面的评价。

稳态误差ess:描述系统稳态特性的唯一指标(静态指标)。

衰减比n:n<1,表示过渡过程为发散振荡;n=1,表示过渡过程为等幅振荡;n>1,表示过渡过程为衰减振荡。

一般为4:1-10:1,4:1为理想指标,也是用来调试的。

前馈,反馈控制特点(1)反馈控制系统:根据系统被控参数与给定值的偏差进行工作;是按照偏差进行调节,达到减小或消除偏差的目的;偏差值是系统调节的依据;可以有多个反馈信号;属于闭环控制系统。

(2)前馈控制系统:根据扰动大小进行控制,扰动是控制的依据;控制及时;属于开环控制系统;实际生产中不采用第二章过程检测仪表控制器输出:1.电动仪表:4-20mA,DC(远距离);1-5V,DC(短距离)气动仪表:20-100Kpa(100m)直流电流4-20mA,空气压力20-100Kpa为通用标准信号。

第一章-过程控制基本概念

第一章-过程控制基本概念

第一 章 过 程控制基 本概念教学要求:了解过程控制的发展概况及特点;掌握过程控制系统各 部分作用,系统的组成;图绘制方法,认识常见图形符号、文字代号;管道及仪表流程图;掌握静态、动态及过 ,学会计算品质指标。

点:自动控制系统的 组成及各部分的功能; 负反馈概念;控制系统的基本控制要求及质量指标。

难 点:常用术语物理意义(操纵变量与扰动量区别);根据控制系统要求绘制方框图; 静态,过渡过程概念。

自动控制技术在工业 、农业、国防和科学技术现代化中起着十 分重要的作用,自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。

随着国民经济和国防 建设的发展,自动控制技术的应用日益广泛,其重要作用也越来越显著。

生产过程自动控制(简称过程控制)---- 自 动 控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用,是自动化技术的重要组成部分。

§ 1.1 过程控 制 的 发展 概 况 及特 点一、过 程控制的发展概况在过程控制发展的历 程中,生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段 的进展三者相互影响 、相互促进,推动了过程控制不断的向前 发展。

纵观过程控制的发展历史,大致经历了以下几个阶段:20 世纪 40 年代:手工操作状态,只有 少量的检测仪表用于生产过程,操作人员 主要根据观测 到的反映生产过程的 关键参数,用人工来改变操作条件,凭经验去控制生产过程。

20世纪40年代末〜50年代:过程控制系统:多为单输入、单输出简单控制系统过程检测:采用的是 基地式仪表和部分单元组合仪表(气动I 型和电动I 型);部分生产过程实现了仪表化和局部自动化控制理论:以反馈为中心的经典控制理论掌握控制系统的基本 控制要求(稳定、快速、准确 ); 掌握渡过程概念; 掌握品质指标的定义20 世纪 60 年代:过程控制系统:串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。

自动化仪表:单元组 合仪表(气动n 型和电动n 型)成为主流 产品60 年代后期,出现了 专门用于过程控制的小型计算机 ,直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。

1-3 自动化仪表基础知识

1-3 自动化仪表基础知识

在测量系统中,当被测量随 时间变化时,在测量信号的转换 和传递过程中,会遇到各种运动 惯性和时间上的滞后,使得表示 值(输出量)在时间上不能与被 测量的实际值(输入量)精确吻 合。
3-4 基本技术指标
1 量程 量程:该仪表按规定的精度进行测量 的被测变量的范围。 测量下限:测量范围的最小值,简称 下限。 测量上限:测量范围的最大值,简称 上限。
按使用能源分:
液动仪表、气动仪表和电动仪表 按结构形式分:
基地式仪表、单元组合式仪表和 组装式仪表等
按信号类型分: 模拟式仪表和数字式仪表
按单元组合方式分: 气动单元组合仪表和电动单元组 合仪表
标准信号:
气动控制仪表:0.02~0.1MPa 的模拟气压信号,作为仪表间
的标准联络信号。
电动控制仪表:
2 1 100% 2% 100 0 2 2 100% 1% 300 100
一台仪表的精度等级为2.5级,而另一 台仪表的精度等级为1级。
去掉最大引用误差的“%”号, 其数值分别为2和1,由于国家规定 的精度等级中没有2级仪表,同时该 仪表的误差超过了1.5级仪表所允许 的最大误差,所以这台仪表的精度 等级为2.5级,而另一台仪表的精度 等级正好为1级。
3-3 测量基本知识
1、分类 (1)直接测量 (2)间接测量 (3)组合测量
按被测量在测量过程中的状态 (1)动态测量 (2)静态测量
2、组成
(1)传感器 (2)变送器 (3)传输通道 (4)显示装置
3、误差
(1) 绝对误差和相对误差
绝对误差:测量结果与被测量的 真值之间的差值。 绝对误差=测量值-真值 相对误差:测量的绝对误差与约 定值的百分比。
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过程装备控制技术及应用复习题1-10页

过程装备控制技术及应用复习题1-10页

《过程装备控制技术及应用》(本)课后复习题第一章控制系统的基本概念一、填空题1、评定过渡过程的性能指标主要有。

2、自动控制系统按设定值的不同形式可分为、、等控制系统。

3、过程控制系统基本组成是、、和等环节。

二、判断题1、系统的过渡时间短,则调节系统能及时克服干扰作用,调节质量就越高。

()2、余差是指调节过程结束后,被调参数稳定值与测量值之差。

()三、选择题1、系统的衰减一般为时最好。

A.20︰1 B. 8︰1 C. 4︰12、系统过渡过程中的最大偏差是指调节过程中出现的最大差值。

A.被调参数指示值与给定值的 B. 被调参数指示值与测量值的C. 新的稳定值与给定值的四、简答题1、在阶跃扰动作用下,自控系统的过渡过程有哪些基本形式?其主要品质指标有哪些?2、化工自动化主要包括哪些容?3、自动控制系统主要由哪些环节组成?4、图1-1为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

图1-1 某列管式蒸汽加热器控制流程图[P16,图1-17]5、在自动控制系统中,测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用?6、图1-2为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。

⑴指出每种过程曲线的名称。

⑵试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求?哪些不能?为什么?图1-2 过渡过程曲线7、试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线?五、计算题某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。

为确保生产安全,控制中温度最高不得超过850℃。

现运行的温度控制系统,在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-3所示。

⑴分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按±2%新稳态值即视为系统已稳定来确定)和振荡周期。

⑵说明此温度控制系统是否满足工艺要求。

图1-3 温度控制系统过渡过程曲线第二章过程装备控制基础一、填空题1、按对象静态特性选择调节参数时,调节通道放大倍数越大,则克服干扰能力就越。

《过程控制原理及应用》阶段练习题—1答案

《过程控制原理及应用》阶段练习题—1答案

《过程控制原理及应用》阶段练习题一1答案第一章控制系统的基本概念1.1.答:自动控制系统主要由被控对象、测量元件和变送器、调节器和执行器等环节组成。

自动控制系统中常用的术语包括:被控变量y、给定值y s、测量值y m、操纵变量m、干扰f、偏差信号e、控制信号u。

被控变量y:是指需要控制的工艺参数,是被控对象和控制系统的输出信号;给定值y s:生产过程中被控变量的期望值;测量值y m:由检测元件得到的被控变量的实际值;操纵(控制)变量m:用以实现干扰作用,实现控制作用的变量,是调节阀的输出信号;干扰f:引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素;偏差信号e:被控变量的给定值与测量值之差;控制信号u:调节器将偏差按一定规律计算得到的量。

1.2答:自动控制系统的方框图是由环节方块、信号线、比较点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。

控制系统的典型方框图如下:于干扰作用(干扰变给定值图1-1控制系统的方框图1.3答:①系统的方框图如图1-3所示。

②TT环节的输入信号:温度T,输出信号:T mTC环节的输入信号:偏差e,输出信号:控制信号u调节阀环节的输入信号:控制信号u,输出信号:操纵变量m 换热器环节的输入信号:操纵变量m和干扰f,输出信号:温度T整个系统的输入信号是热物料设定温度T SP和干扰f,输出信号是热物料出口温度T O*调节阀换热器图1-3换热器出口温度控制系统方框图③系统遇到干扰作用后,如冷物料流量突然增大△ q v,被控变量热物料出口温度T将下降,温度测量变送器TT测得信号T,与T S比较后得到偏差信号e,调节器TC根据e值的大小按照一定的控制规律计算得到控制信号u, 并送给调节阀,调节阀根据控制信号u改变阀门开度,调节蒸汽用量m,调节热物料的出口温度,使其回复到给定值附近。

1.4答:①贮槽液位控制系统的方框图如图1-5所示。

*调节阀图1-5贮槽液位控制系统方框图②在该液位系统中,被控对象贮槽;被控变量液位L;操纵变量调节阀控制的出水流量q v2;干扰作用贮槽入水流量q vi的变化1.5答:处于平衡状态下的自动控制系统,在受到干扰作用后,被控变量发生变化偏离给定值,这时调节器开始起调节作用,直到使被控变量回复到给定值附近范围内。

过程控制-第一章

过程控制-第一章
被控过程在输入量作用下,其平衡状态被破坏后,没有人和仪 器干预,依靠自身能力,不能恢复其平衡状态,这种特性称为 无自平衡能力。
过程控制 二、建模的目的和要求
➢ 设计过程控制系统和整定调节器参数 ➢ 指导设计生产工艺设备 ➢ 进行仿真试验研究 ➢ 培训运行操纵人员 ,等等 要求: 准确可靠;但并不意味着愈准确愈好。 鲁棒性 实时性要求。往往需要做很多近似处理,比如线性化、 模型降阶处理等。
dh
A
R dt
hKuRu
令: A=C,容量系数 T=RC,时间常数 K=KuR,放大倍数
TdhhKu dt
对应的传递函数为:
G( s ) H( s ) K U( s ) Ts 1
过程控制
该对象对应的方框图:
过程控制
U(s)
Qi(s)
1
Ku
+-
Cs
Qo(s)
1
R
H(s)
G(s)H(s) KuC 1S KuR K U(s) 11 1 RCS1 Ts1 CSR
过程控制
Q1(s)

Q2(s)
H1(s)
1
1
c1s
R2
Q2(s)
1
- c2s
Q3(s)
1 R3
对象框图
过程控制
H2(s)111过程来自制G(s) H2(s)
C1s R2 C2s
Q1(s) 1 1 1 1 1 1 1 1 1
C1s R2 C2s R3 C1s R2 C2s R3
R3
C1R2s C2R3s C2R3s C1R2s 1
过程控制
1、 数学模型定义 被控过程的数学模型(动态特性),是指过程在各输入量 (包括控制量与扰动量)作用下,其相应输出量(被控量) 变化函数关系的数学表达式。

第一章过程控制系统基本概念介绍

第一章过程控制系统基本概念介绍

特点:有较高的控制精度和较好的适应能力,有很强的抗干 扰能力 ;当系统的惯性滞后和纯滞后较大时,控制作用对 扰动的克服不及时,从而使其控制质量大大降低。
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闭环控制系统分类
分三类: 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

定值控制系统: 设定值保持不变(为一恒定值)的反馈控 制系统称为定值控制系统。 程序控制系统:设定值也是变化的,但它是一个已知的时 间函数,即根据需要按一定时间程序变化。 随动控制系统:设定值不断变化,且事先是不知道的,并 要求系统的输出(被控变量)随之而变化。 注意它们的区别和联系
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图1-1 锅炉汽包水位控制示意图
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二、过程控制系统组成
1、控制系统常用术语(教材P4)
①被控过程(对象):自动控制系统中,工艺参数需要 控制的生产过程设备或机器。 ②被控变量:被控过程内要求保持设定值的工艺参数。 ③给定值:工艺参数所要求保持的数值。 ④操纵变量:受控制器操纵,用以克服干扰的影响使被 控变量保持设定值的物料量或能量(流过控制阀介质 的流量)。 ⑤扰动量:除操纵变量外,作用于被控过程并引起被控 变量变化的因素(使被控变量偏离给定值)。 ⑥偏差:测量值与设定值之差。
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§1-1过程控制系统组成和表示形式
一、过程控制系统定义 第一章-1-23分钟.wmv
过程控制:工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产 过程自动控制。 过程控制系统:在工业生产中在没有人直接参与的条件下, 工艺参数能自动按照预定的规律变化的控制系统。实例
过程控制的作用:
1、实现最优技术指标,提高产品质量。 2、提高经济效益 3、提高劳动生产率 4、改善劳动条件 5、保护环境
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自动检测系统 利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录 自动信号和联锁保护系统 自动信号系统:当工艺参数超出要求范围,自动发出声光信号 联锁保护系统:达到危险状态,打开安全阀或切断某些通路,
必要时紧急停车
过程控制的主要内容
自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统:根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某 种周期性操作 自动开停车系统:按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入 运行或自动停车 自动控制系统: 利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制,
过程控制系统的发展状况及特点
20世纪60年代: 过程控制系统:串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂 控制系统。 自动化仪表:单元组合仪表(气动Ⅱ型和电动Ⅱ型)成为主流 产品。60年代后期,出现了专门用于过程控制的小型计算机,直 接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领
域。
控制理论:出现了以状态空间方法为基础,以极小值原理和动 态规划等最优控制理论为基本特征的现代控制理论,传统的单输
装置的主流。 控制理论:形成了大系统理论和智能控制理论。模糊控制、专家 系统控制、模式识别技术
过程控制系统的发展状况及特点
20世纪90年代至今:信息技术飞速发展 过程控制系统:管控一体化现场,综合自动化是当今生产过程
控制的发展方向。
自动化仪表:总线控制系统的出现,引起过程控制系统体系结构 和功能结构上的重大变革。现场仪表的数字化和智能化,形成
过程控制系统的两种表示形式
方框图
组成 控制系统或系统中每个环节的功能和信号流向的图解表示
方框、信号线、比较点、引出点
带有输入输出信号的方框
比较点
分支点
过程控制系统的两种表示形式
绘制方框图注意事项
反馈
负反馈 正反馈
通过测量变送装置将被控变量的测量值送回到系统的输入端
过程控制系统的两种表示形式
连接线
盛克仁 吴勤勤
国防工业出版社
化学工业出版社 化学工业出版社
控制仪表与装置
化工过程控制工程 过程控制工程 计算机过程控制系统 过程计算机控制
向婉成
王骥程 邵裕森 刘宝坤 王锦标
机械工业出版社
化学工业出版社 机械工业出版社 机械工业出版社 清华大学出版社
第一章 过程控制系统 基本概念
过程控制系统的发展状况及特点
通用的仪表信号线和能源线的符号是细实线。连接线表示相
连及交叉时,可采用图(a)(b)形式。在复杂系统中,当
有必要表明信息流动方向时,应在信号线符号上加箭头,如 图(c)所示。
(a)
(b)
(c)
过程控制系统的主要类型
闭环控制系统 指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的控制系统。 不管任何扰动引起被控变量偏离设定值,都会 产生控制作用去克服被控变量与设定值的偏差。
自动化技术的应用范畴
宇航方面: 同步卫星(随动控制系统)卫星的发射与回收(神州5号飞船, 航天飞机)自动关机、点火系统 军事方面: 火炮自动点火、巡航导弹
其他方面:农业(病虫害防治、专家系统)
社会科学(计划生育,人口增长模型) 现代管理:办公自动化
工业生产:自动车床、加热炉、发酵罐
过程控制的主要内容
使他们在受到外界扰动的影响而偏离正常状态时,能自动的回
到规定范围。
过程控制系统的组成
过程控制系统
检测元件(装置)
检测被控制的物理量
控制器
将设定值与测量信号进行比较,求出它们之间 的偏差,然后按照预先选定的控制规律进行计 算并将计算结果作为控制信号送给执行装置
执行器(装置)
作用是接受控制器的控制信号,直 接推动被控对象,使被控变量发生 变化
入单输出系统发展到多输入多输出系统领域。
过程控制系统的发展状况及特点
20世纪70~80年代 过程控制系统:最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、
模糊控制
自动化仪表:气动Ⅲ型和电动Ⅲ型,以微处理器为主要构成单 元的智能控制装置。集散控制系统(DCS)、可编程逻辑
控制器 (PLC) 、工业PC机、和数字控制器等,已成为控制
作用:克服扰动的影响,使被控变量保持在工艺要求的数值上
过程控制系统的主要类型
随动控制系统 特点:设定值是一个未知的变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。 作用:以一定的精度跟随设定值的变化而变化
E 滑线电阻 指示记录仪
up 放大器 ut
被测电压
可逆电机
自动平衡电位差计的方框图
过程控制系统的主要类型
5.非振荡发散过程——曲线⑤所示
y ① y ② y ③y ④y ⑤t Nhomakorabeat
t
t
t
t
生产过程自动控制
自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十 分重要的作用,自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术 先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展,自 动控制技术的应用日益广泛,其重要作用也越来越显著。 生产过程自动控制(简称过程控制)是自动控制技术在石油、化
工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用,
是自动化技术的重要组成部分。
过程控制系统的发展状况及特点
过程控制系统发展状况
20世纪40年代
手工操作状态,只有少量的检测仪表用于生产过程。 20世纪40年代末~50年代
过程控制系统:多为单输入、单输出简单控制系统
自动化仪表:采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表(气动Ⅰ 型和电动Ⅰ型);
控制理论:以反馈为中心的经典控制理论
主 讲: 孟 华
课程特点
课程内容涵面广
自动控制原理 检测技术 控制仪表及装置 过程计算机控制 化工过程控制工程
集散控制系统
内容以叙述性为主,理论推导较少
参考文献
化工仪表及自动化例题习题集 厉玉鸣 工业过程仪表与控制 陈诗涛 化学工业出版社 轻工业出版社
自动控制原理
化工测量仪表 控制仪表及装置
李友善
闭环控制系统的优点:
由于闭环控制系统的控制作用只有在偏差出现后才产 闭环控制系统的缺点: 生,当系统的惯性滞后和纯滞后较大时,控制作用对 扰动的克服不及时,从而使其控制质量大大降低。
过程控制系统的主要类型
闭环控制系统分类
根据设定值分为定值控制系统,随动控制系统和程序控制系统。
定值控制系统
特点:设定值是固定不变的闭环控制系统称为定值控制系统。
了真正意义上的全数字过程控制系统。各种智能仪表、变送器、
无纸纪录仪 控制理论:人工智能、神经网络控制
过程控制系统的发展状况及特点
过程控制系统特点
生产过程的连续性 在过程控制系统中,大多数被控过程都是
以长期的或间歇形式运行,在密闭的设备中被控变量不断的受到各 种扰动的影响。
被控过程的复杂性 过程控制涉及范围广,被控对象较复杂 控制方案的多样性 过程控制系统的控制方案非常丰富
数学表达式为:r (t )

当A=1时称为单位阶跃信号。 特 点 易产生 对系统输出影响大 便于分析和计算
过程控制系统的性能指标及要求
在阶跃信号作用下,被控变量随时间的变化有以下几种形式 1.发散振荡过程——曲线①所示 2.非振荡衰减过程——曲线②所示 4.衰减振荡过程——曲线④所示
3.等幅振荡过程——曲线③所示
程序控制系统
特点:设定值是变化的,且按一定时间程序变化的时间函数
作用:以一定的精度跟随设定值的变化而变化 程序控制系统可以看成是随动控制系统的特殊情
况,其分析研究方法与随动控制系统相同。
过程控制系统的性能指标及要求
常见典型信号
阶跃信号 阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。
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