过程控制系统第八章第五六七八节
过程控制系统教案
过程控制系统教案一、教学目标1. 了解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
2. 掌握过程控制系统的常见参数及其作用。
3. 熟悉过程控制系统的典型应用和优点。
4. 学会分析过程控制系统的设计和实施方法。
二、教学内容1. 过程控制系统的概念及分类1.1 过程控制系统的定义1.2 过程控制系统的分类1.3 过程控制系统的基本组成2. 过程控制系统的常见参数2.1 流量参数2.2 压力参数2.3 温度参数2.4 液位参数3. 过程控制系统的典型应用3.1 工业生产过程控制3.2 楼宇自动化控制3.3 环保监测与控制4. 过程控制系统的优点4.1 提高生产效率4.2 保障产品质量4.3 降低能源消耗4.4 提高系统安全性三、教学方法1. 采用案例分析法，结合实际应用场景，让学生了解过程控制系统的原理和作用。
2. 利用仿真软件，让学生动手操作，掌握过程控制系统的参数调整和优化方法。
3. 开展小组讨论，培养学生团队合作能力和问题解决能力。
四、教学资源1. 教学课件：包含过程控制系统的相关理论知识、图片和案例。
2. 仿真软件：用于学生动手实践，如LabVIEW、组态王等。
3. 实际应用案例：涉及工业生产、楼宇自动化、环保监测等领域。
五、教学评价1. 课堂互动：学生参与课堂讨论、提问和回答问题的情况。
2. 课后作业：学生完成相关练习题的情况。
3. 实践操作：学生在仿真软件上的操作成绩。
4. 小组讨论：学生参与小组讨论的表现和成果。
教案剩余章节待您提供要求后，我将为您编写。
六、教学重点与难点教学重点：1. 过程控制系统的概念及其在各个领域的应用。
2. 过程控制系统的基本参数及其调整方法。
3. 过程控制系统的优点及其在提高生产效率和产品质量中的作用。
教学难点：1. 过程控制系统的设计原理和方法。
2. 不同类型过程控制系统的实现技术。
3. 过程控制系统在复杂环境下的性能优化。
七、教学安排课时安排：共计20课时，每课时45分钟。
第8章 过程控制系统的组成与特点
L（Level）：液位 T（Temperature）：温度
八、过程控制系统的性能指标
1、静态（稳态）与动态（瞬态）： 2、系统的过渡过程： 3、影响过程控制系统品质的环节：
-- 控制系统结构 -- 被控过程（对象）特性 -- 过程检测、控制、执行仪表 4、性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或 给定值发生变化后，应 --稳定（稳定性） --准确（准确性） --快速地回复（或趋近）到给定值上。（快速性）
2）过程控制系统组成框图：
3）有关术语：
设定值（Set Point :SP) ：被控变量的预定值。 测量值（Present Value :PV)：被控变量的当前实际测量值。 偏差（Error ：E) ：被控变量的设定值与当前实际值之差。
五、过程控制系统的特点
1、被控过程（对象）复杂多样： 具有非线性、时变、时滞及不确定性等特点，难以获得精
确的过程数学模型。 2、控制过程多属缓慢过程：
具有一定时间常数和时滞，控制并不需在极短时间完成。 3、控制方案多种多样：
同一被控过程，因受扰动不同，需采用不同的控制方案； 同一控制方案可适用于不同的生产过程控制； 控制方案适应性强。 4、过程控制的常用控制形式为定值控制。 5、过程控制实施手段多样性： 可以方便地在计算机控制装置上实现； 可以方便地在控制室或现场获得仪表的信息； 可以直接进行仪表的校验和调整。
也越高。但，一般控制衰减率在ψ=0.75～0.9之间。
衰减比 n=4：1为评价定值控制系统的指标。
衰减比 n=10：1为评价随动控制系统的指标。
C、系统稳定性动态指标：最大动态偏差A或超调量σ ---- 描述被控变量偏离给定值最大程度的物理量。 ---- 最大动态偏差A：被控变量第一个波的峰值与给定值 之差。用于描述定值控制系统。 ----超调量σ ： 被控变量第一个波的峰值与系统最终稳态值之差。用 于描述随动控制系统。一般，超调量以百分数给出：
热工过程控制系统
热工过程控制系统第一章过程控制系统概述过程控制定义及认识过程控制目的 *过程控制系统的组成过程控制系统的特点 *过程控制系统的分类 *过程控制性能指标过程控制仪表的发展过程控制的地位过程控制定义及认识过程控制定义所谓过程控制（过程控制系统组成被控过程（Process），过程检测控制仪表（Instrumentation），包括：测量变送元件（Measurement）；控制器（Controller）；执行机构（Control Element）;显示记录仪表过程控制系统的分类按系统的结构特点来分:：反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统性能指标：对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。
最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess反映系统的准确性，调整时间ts反映系统的快速性。
第三章过程执行器主要内容执行器电动执行器气动执行器调节阀及其流量特性变频器原理及应用本节内容在本课程中的地位执行器用于控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制。
调节阀（调节机构）结构调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。
由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。
调节阀阀的流通截面积。
调节阀的组成送执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置；调节机构：调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。
调节阀分类根据使用能源不同气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号20～100kPa，价格便宜；多用于石油、化工等易燃易爆场合。
电动调节阀：以电为能源，输入信号4～20mA DC，价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可用于易燃易爆场合。
液动调节阀：以高压液体为能源的阀体相同、执行机构不同气动薄膜调节阀的气开、气关形式所谓气开式，即当信号压力增加时，阀门开大；没气时，阀门关闭气关式则相反，即信号压力增加时，阀门关小。
第八章控制系统工程设计 过程控制系统课件
第八章 控制系统工程设计
8.1.3 自控系统工程设计的方法
接到一个工程项目后，在进行自控系统的工程设计时，一般应按照 以下所述的方法来完成。
（1）熟悉工艺流程 熟悉工艺流程是自控设计的第一步。自控设计人员对工艺流程熟悉
和了解的深度将决定设计的好坏与成败。在此阶段还需收集工艺中有关的 物性参数和重要数据。
而文字资料则是对设计第八章控制系统工程设计表81被测变量和仪表功能的字母代号首位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词a分析报警b喷嘴火焰供选用供选用供选用c电导率控制d密度差e电压电动势检测元件f流量比分数g供选用视镜观察h手动高i电流指示j功率扫描第八章控制系统工程设计自动手动操作器k时间时间程序变化速率l物位指示灯低m水分或湿度瞬动中中间n供选用供选用供选用供选用oo供选用节流孔p压力真空连接或测试点q数量积算累计r核辐射记录s速度频率安全开关联锁第八章控制系统工程设计t温度传送变送u多变量多功能多功能多功能v振动机械监视阀风门百叶窗w重量或力套管x未分类x轴未分类未分类未分类y供选用y轴继动器继电器计算器转换器z位置尺寸z轴驱动器执行元件第八章控制系统工程设计对于表81中所涉及的内容简要说明如下
第八章 控制系统工程设计
8.1.1 工程设计的基本任务和设计步骤
1．基本任务与设计宗旨 自控系统工程设计的基本任务是：依据生产工艺的要求， 以企业经济效益、安全、环境保护等指标为设计宗旨，对生产 工艺过程中的温度、压力、流量、物位、成分及火焰、位置、 速度等各类质量参数进行自动检测、反馈控制、顺序控制、程 序控制、人工遥控及安全保护（如自动信号报警与联锁保护系 统等）等方面的设计，并进行与之配套的相关内容（如控制室、 配电、气源，以及水、蒸汽、原料、成品计量等）的辅助设计。 在实际工作中，必须按照国家的经济政策，结合工艺特点 进行精心设计。一切设计既要注意厂情，又要符合国情，严格 以科学的态度执行相关技术标准和规定，在此基础上建树设计 项目的特色。总之，工程设计的宗旨应切合实际、技术上先进、 系统安全可靠、经济投入/效益比要小。
过程控制系统2
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。
3、求取 H1(S) / Qi(S ， H2(S) / Qi(S）
2、相互影响的双容过 程
求 H1(S) / Qi(S）
1）列方程式 h1-h2/R1=Q1 A1dh1/dt=Qi-Q1 A2dh2/dt=Q1-Q2 h2/R2=Q2
2)画方框图
3）传函
结论：
1）同无相互影响的双容过 程相比H1(S) / Qi(S）为二阶 环节
K
0q1 (t
K0 T0s
1
0)
e 0s
(2
9)
无纯滞后
有纯滞后
纯滞后单容过程及其响应曲线
(三)、多容过程的数学模型
1、相互无影响自衡双容过程是工业生产中常见的，如下 两图。
（1） 根据自衡对象特性，可直接写出水槽特性 1)水槽1：A1 S H1(S)=Qi(S)-Q1(S) H1 (S) 1/R1= Q1(S) 2)水槽2： A2 S H2(S)=Q1(S)-Q2(S) H2(S) 1/R2= Q2(S) （2）根据上述式子可以画出方框图
..........
.(2 5)
q1
q2
A
过程控制系统
(控制器“±”)(控制阀“±”)(对象“±”)=“-”
过程控制系统
三、控制阀作用方式的选择
(一)、气开气关方式的选择 选气开还是气关式，由生产工艺的要求决定。 1、从生产的安全出发 2、从保证产品质量考虑 3、从降低原料和动力的损耗考虑 4、从介质特点考 (二)、执行机构正、反作用方式的选择
一般认为，n=4:1时稳定性好，但温度等慢变化过 程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
过程控制系统
2．超调量和最大动态偏差：
随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义为：
B1 100%
C
定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。即
3．余差： A B1 C
它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作用下， 余差为：
2、调节原理 当口径A和差压(P1-P2)一定时，流量Q仅随阻尼的
变化而变化。改变阀门的开启程度，可改变流通阻力而 控制介质流量。
电气阀门定位器
过程控制系统
执行机构 阀体
过程控制系统
反作用
理想流量特性
过程控制系统
在不考虑控制阀前后压差变化 时得到的流量特性称为理想流 量特性。
流量特性
工作流量特性
过程控制系统
一. 控制系统的静态与动态
●静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态 ●动态：被控变量随时间变化的不平衡状态
过程控制系统
二. 控制系统的过渡过程
●定义:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状 态的过程 , 称为系统的过渡过程。
过程控制系统
自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有以下所
示的几种基本形式。
四 控制器的选择
过程控制系统
煤焦油加氢预处理氨水液位控制
离心机 至高空安全处
V1104
L T
LIC 1001
F.C
氨水泵
返回
调节器的“正”“反”作用 如果将调节器的输入信号定义为测量值减去 给定值，那么当偏差增加时，其输出也增加 的调节器，称为“正作用”调节器； 反之，调节器的输出信号随偏差的增加而减 小的称为“反作用”调节器。
控制系统的分类
开环控制系统 控制系统的输出信号（被控变量）不反馈到 系统的输入端，因而也不对控制作用产生影 响的系统，称为开环控制系统。 开环控制系统分为2种。一种是按设定值进 行控制。 另一种是按扰动量进行控制，即 所谓的前馈控制。
闭环控制系统 系统的输出（被控变量） 通过测量变送环节，又 返回到系统的输入端， 与给定信号比较，以偏 差的形式进入调节器， 对系统起控制作用，整 个系统构成了一个封闭 的反馈回路，这种控制 系统称为闭环控制系统， 或成反馈控制系统。
V1101
P-8
串级控制系统中主、副调节器的正反作用 副调节器的作用方向与简单控制系统中调节 器的正反作用的选择方法相同。 主调节器的作用方向可按：当主、副变量增 大（减小），调节阀的动作方向一致的，则 主调节器选“反作用”。反之，主调节器选 “正作用”。
原料油缓冲罐液位控制系统中 副回路 阀门为“F.C”，“+A” 调节阀开大，流量变大“+B” +A*+B=“+”，副调节器为反作用。 主回路 当流量，液位增大时，调节阀都应减小开度， 作用方向一致。则主调节器为“反作用”。
简单控制系统
简单控制系统的组成 简单控制系统又称单回路反馈控制系统。由一个 被控对象、一个测量变送器、一个调节器和一只 调节阀所组成的单回路闭合控制系统。 简单控制系统结构简单，投资少，易于调整和投 运，能满足一般生产过程的控制要求，因而应用 很广泛。它尤其适用于被控对象纯滞后小，时间 常数小，负荷和干扰变化比较缓慢，或者对被控 变量要求不太高的场合。 简单控制系统常用被控变量来划分，最常见的是 温度、压力、流量、液位和成分等5种控制系统。
过程控制系统
3.余差 余差 余差是指过渡过程结束后,被控量新的稳态值与设定值的差值. 余差是指过渡过程结束后,被控量新的稳态值与设定值的差值. 是指过渡过程结束后 它是过程控制系统稳态准确性的衡量指标. 它是过程控制系统稳态准确性的衡量指标. 4.调节时间 和振荡频率 调节时间ts和振荡频率 调节时间 调节时间ts是从过渡过程开始到结束的时间. 调节时间 是从过渡过程开始到结束的时间. 是从过渡过程开始到结束的时间 过渡过程的振荡频率是振荡周期的倒数, 过渡过程的振荡频率是振荡周期的倒数,即 振荡频率是振荡周期的倒数 在同样的振荡频率下,衰减比越大则调节时间越短; 在同样的振荡频率下,衰减比越大则调节时间越短;当衰减比相 同时,则振荡频率越高,调节时间越短. 同时,则振荡频率越高,调节时间越短. 振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控制系统快速性的指标. 振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控制系统快速性的指标. SCAU
教学方法和要求
课堂理论讲授为主 结合工程项目,要求同学们能进行分析工 业过程的控制原理 能够设计简单的单回路控制系统 使用Matlab完成特殊控制的仿真
考试和成绩评定方法
考试方式:闭卷 期末成绩比例:平时SCAU
第一章 绪论
过程控制与自控原理的关系 过程控制的任务与目标 过程系统的组成和特点 性能指标 过程控制发展的概况 控制策略与算法进展
SCAU
3 生产过程的要求 安全性:生产过程中,确保人身和设备安全, 生产过程中,确保人身和设备安全, 生产过程中 是最重要和最基本的要求. 是最重要和最基本的要求 稳定性:系统抑制外部干扰,保持生产过程 系统抑制外部干扰, 系统抑制外部干扰 长期稳定运行的能力. 长期稳定运行的能力 经济性:低成本高效益是过程控制的另一个 低成本高效益是过程控制的另一个 目标. 目标 4 举例 液位控制 火力发电厂 热交换温度控制系统
过程控制系统及其应用PPT课件.
第三个阶段最大成就就是大规模集成电路和微 处理器的产生，这大大加速了工业计算机的商 品化和计算机技术的普及和发展。为了满足工 业计算机可靠性和灵活性的需要，作为一种全 新的工业控制工具，集散控制系统产生了 （Distributed Control Systems, DCS）。 它是集计算机技术、控制技术、通信技术和图 形显示技术于一体的计算机系统。而另一方面， 控制理论和其它学科相互渗透，从而形成了以 大系统理论和智能控制理论为代表的所谓第三 代控制理论。
第七节 现场总线技术 一、现场总线技术及其产生的背景 二、现场总线的工作原理 三、现场总线的技术特点 四、几种典型的现场总线
第九章 过程自动化控制系统的应用实例
第一节 恒压供水控制系统 一、概述 二、恒水压控制装置 三、其他方案
第二节 楼宇设备管理和监控系统 一、概述 二、系统的组成及工作原理 三、系统软件 四、系统的特点
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
四、执行器
执行器接收控制器的控制信号u，经变换或 放大后推动调节阀。目前的执行器有气动执行 器和电动执行器，如控制器是电动的，而执行 器是气动的，则在控制器与执行器之间要有电 气转换器。如用电动执行器，则控制器输出须 经伺服放大器放大才能驱动执行器以推动调节 阀。
五、调节阀
控制器输出控制信号u，经气动或电动执行 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。
过程控制系统
图0.1 锅炉汽包示意图
图0.1所示是工业生产中常见的锅炉汽 包示意图。
锅炉是生产蒸汽的设备，几乎是工业生
产中不可缺少的设备。保持锅炉汽包内的液 （水）位高度在规定范围内是非常重要的， 若水位过低，则会影响产汽量，且锅炉易烧 干而发生事故；若水位过高，生产的蒸汽含 水量高，不仅会影响蒸汽质量，还可能溢出 水。这些都是危险的。因此对汽包液位严加 控制是保证锅炉正常生产必不可少的措施。 其液位是一个重要的工艺参数。
自动化技术的前驱，可以追溯到我国古代，如指南车的出现。 至于工业上的应用，一般以瓦特的蒸汽机调速器作为正式起点。 工业自动化的萌芽是与工业革命同时开始的，这时的自动化装置 是机械式的，而且是自力型的。随着电动、液动和气动这些动力 源的应用，电动、液动和气动的控制装置开创了新的控制手段。
有人把直到20世纪30年代末这段时期的控制理论称为第一代 控制理论。第一代控制理论分析的主要问题是稳定性，主要的数 学方法是微分方程解析方法。这时候的系统（包括过程控制系统） 是简单控制系统，仪表是基地式、大尺寸的，满足当时的需要
绪论
生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建 材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产 过程的自动控制。电力拖动及电机运转等过程的自动控制一般不包括在 内。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进 行的自动控制通称为过程控制。过程控制是自动控制学科的一个重要分 支
过程控制系统可分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控 制系统两大类。前者在生产过程自动化中应用最早，已有六十余 年的发展历史，这是本书要介绍的主要内容。后者是自20世纪70 年代发展起来的以计算机为核心的控制系统，这部分内容将在 《计算机过程控制》课程中予以专门介绍，因此不再纳入本书的 讨论范围。
过程控制系统教案
过程控制系统教案一、课程简介本课程旨在让学生了解和掌握过程控制系统的基本概念、原理和应用。
通过本课程的学习，学生将能够理解过程控制系统的分类、特点、组成及工作原理，掌握过程控制系统的分析和设计方法，以及熟悉常见的过程控制系统应用实例。
二、教学目标1. 了解过程控制系统的定义、分类和特点；2. 掌握过程控制系统的组成和基本原理；3. 学会过程控制系统的分析和设计方法；4. 熟悉常见的过程控制系统应用实例；5. 培养学生的实际操作能力和创新意识。
三、教学内容1. 过程控制系统的基本概念1.1 定义1.2 分类1.3 特点2. 过程控制系统的组成2.1 控制器2.2 执行器2.3 传感器2.4 反馈环节3. 过程控制系统的原理3.1 控制原理3.2 控制规律3.3 控制器设计原则4. 过程控制系统的分析方法4.1 动态特性分析4.2 稳态特性分析4.3 频率响应分析5. 过程控制系统的应用实例5.1 工业生产过程控制5.2 楼宇自动化控制系统5.3 交通运输过程控制四、教学方法1. 讲授：讲解过程控制系统的基本概念、原理和应用；2. 案例分析：分析实际过程中的控制系统案例，让学生更好地理解理论知识；3. 实验操作：安排实验室实践，让学生动手操作，提高实际操作能力；4. 小组讨论：分组讨论问题，培养学生的团队合作意识和创新能力。
五、教学评价1. 平时成绩：包括课堂表现、作业完成情况等，占比30%；2. 实验报告：实验操作及报告，占比30%；3. 期末考试：理论知识测试，占比40%。
六、教学资源1. 教材：《过程控制系统》，张著；2. 课件：PowerPoint演示文稿；3. 实验设备：控制器、执行器、传感器等；4. 网络资源：相关学术论文、案例分析等。
七、教学安排1. 课时：共计32课时，其中包括课堂讲授、实验操作等；2. 授课方式：课堂讲授结合实验操作；3. 实验安排：每2课时安排1次实验操作，共计8次实验。
《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。
8过程控制系统分析
控制参数的选择
• 一旦确定了控制参数后，其它的可供选择的 工艺变量（参数）成为影响被控参数的扰动 因素。 • 由于控制参数与扰动参数具有这种互换性， 因此，在分析与设计控制回路时，应选择控 制作用强，动态响应快的因素作为控制参数。 • 控制参数应该具有足够的能力，能克服其它 扰动因素的影响。
9
测量反馈
27
扰动通道动态特性
• 假定三个水箱均为一阶惯性环节，它们对扰 动有滤波作用。所以当扰动进入系统的位置 离被控参数愈近时，影响愈大；相反，当扰 动离被控参数愈远（即离调节阀愈近）时， 则影响愈小。 • 由于控制变量与扰动变量有互换性，因此， 这个结论对控制作用也成立。 • 结论：选择控制参数应尽量接近被控参数。 尽量缩短控制通道长度。
测量反馈
• 图6-1-2为测量变送器对应三种不同信号 的输出。
11
测量反馈
• 减小测量变送器的τm和Tm对提高系统的控制 质量有利。 • 放大系数Km是可调整参数。 • 检测元件的特性非常重要，特别要求检测元 件特性要长期稳定。安装位置和安装方式要 恰当。尽量避免或减小测量过程中带来的噪 声干扰和纯时延。 • 许多实际情况，测量变送器的反映速度远远 高于过程变量的变化，因此常将测量变送器 简化为比例（放大）环节。 12 • 同样执行器也常简化为比例环节
单回路控制系统
如图所示系统,称为单回路闭环控制系统， 其 中G(s) 为被控对象(参数)，GC(s) 为控制器 （调节器）、 Gv(s)为执行器，Gm(s)为测量变 送器。这是最简单的闭环控制系统,也是工业 过程控制中用的最多的控制系统。
4
被控参数的选择
• 对于一个生产过程来说，影响正常操作的因素很多， 但是，并非所有影响因素都需加以控制。应根据工 艺要求，找出对产品的产量和质量、生产安全性、 经济性等具有决定性作用的、必须的一个或几个参 数组成控制回路 。例如，蒸汽锅炉控制系统，锅炉 水位直接与锅炉安全运行有关，水位过高或过低均 会造成严重事故。因此，必须对锅炉水位进行控制。 • 这样的参数称为被控参数（也称为被控对象，被控 变量）。 • 对一个设备或生产流程而言，被控参数的数量并不 是越多越好。
过程控制系统教学课件
页。分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控
制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总 体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。 由于采用了分散的结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再 加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组 态、扩展极为方便，还有众多的控制算法(几十至上百种) 、较好 的人—机界面和故障检测报告功能。经过20 多年的发展，它已 日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此， 可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里 程碑。
§0-4 过程控制的组成及术语
一、系统组成
以液体储槽的水位控制为例进行说明。 1、控制原理(如下图) 液位变送器
液位控制器 执行器
1-1典型单回路控制系统
2、系统方块图
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元：仪表课中已做介绍。 (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
优化。它表现的最大特征是仿人脑功能，这一点在某种程
度上是回复到初级阶段的人工控制，但更多的是在人工控 制基础上的进步与飞跃。
§0-3 过程控制的特点
过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一 定值或按一定规律变化。
1、被空对象的多样性 2、对象特性的难辨性
白色系统、黑色系统、灰色系统的概念 3、普遍存在滞后 4、特性往往具有非线性： 如间歇式加温、齿轮运动等。
有气动和电动两种。
(5)、控制阀：控制进料量。有气开式和气关式之别。
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要点
1）了解比值控制的工业应用背景，熟悉比值控制系统的结构类型； 2）掌握比值控制系统中比值器参数计算方法； 3）了解比值控制系统中的非线性补偿、动态补偿以及实施方案等； 4）了解均匀控制的特点及设计方法； 5）了解分程控制的特点及应用场合； 6）了解自动选择性控制的特点及应用场合。
比值设定方法：
给定值
F1T
F2T
F2 C
相乘比值
F1T
F2T
给定值
F2 C
相除比值
4、 变比值控制系统。。。
基于除法器的变比值控制
应该注意: 在变比值控制系统中，比值通常只是一种控制手段不是最终目的，而第三参数y(s)往往是 产品质量指标。
在有些生产过程中，要求两种物料的流量比随第三个工艺参数的要求而变化，也就是比值系数不 是固定的而是随工况而变化的，这就是变比值控制。
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2、比值控制系统中的非线性补偿
比值控制系统中的非线性特性是指被控过程的静态放大系数随负荷变化而变化的特性，在设计比值控制 系统时必须要加以注意。
（1）测量变送环节的非线性特性
流量与测量信号无论是呈线性关系还是呈非线性关系， 其比值系数与负荷的大小无关，均保持其为常数。但是， 当流量与测量信号呈非线性关系时对过程的动态特性却 是有影响的。
3．比值控制系统中的动态补偿
在某些特殊的生产工艺中，对比值控制的要求非常高，即不仅在静态工况下要求两种物料流量的 比值一定，而且在动态情况下也要求两种物料流量的比值一定。
为实现动态比值一定，必须满足
Q2 Q1
s s
K
K为常数
动态补偿器的传递函数为
G Zs1 G G m 1c2ssG G c202ssG G 02m 2ssq q1 2m m aax x
前塔的液位变化有一个规定的上、下限。同样，后塔的进料流量也不能超过它所能承受的最 大负荷和最低处理量，否则不能保证反应塔的正常工作。
注意：由于从动流量总要滞后于主动流量，所以动态补偿器一般应具有超前特性。
4．比值控制系统的实现 比值控制的具体实现方案有两种: 一、把两个流量的测量值相除，其商作为调节器的 反馈值，称为相除控制方案。
二、把一个流量的测量值乘以比值系数，其乘积作 为副调节器的设定值，称为相乘控制方案。
在工程上，具体实现比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选用，相当方便。
实例 硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程
2比值控制系统的设计
1、比值器参数的计算
如上所述，比值控制是解决不同物料流量之间的比例关系问题。当使用单元组合仪表时，因输入－ 输出参数均为统一标准信号，所以，比值器参数必须由实际物料流量的比值系数折算成仪表的标准统一 信号。以下分两种情况。
（1）流量与检测信号呈非线性关系
第六节 均匀控制系统 1 均匀控制的提出与特点
1．均匀控制的提出 均匀控制系统具有使控制量与被控制量均匀缓慢地在一定范围内变化的特殊功能。
图示
控制目标： 1、 稳定塔A的液位 的方法： 增加中间储存容器 2、稳定塔B的进料流量 解决的方法： 采用均匀控制
解决
均匀控制的设计思想： 将液位控制与流量控制统一在一个控制系统中，从系统内部解决两种工艺参数供求之间的矛盾，即 使A塔的液位在允许的范围内波动的同时，也使流量平稳缓慢地变化。 液位控制时前后设备的液位、流量关系
K' K
q1max
说明：当物料流量的比值一定、流量与其检测信号呈平方关 系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之比的 乘积也呈平方关系。
（2）流量与检测信号呈线性关系
K' Kq1max q2max
I2' I1'
4 4
说明：当物料流量的比值一定、流量与其测量信号呈线性 关系时，比值器的参数与物料流量的实际比值和最大值之 比的乘积也呈线性关系。
（2）非线性补偿
为了克服这一不利影响，通常用开方器进行补偿，即在差压变送器后串接一个开方器，使流量与测 量信号之间呈现线性关系。
差压变送器的输出电流信号与开方器的输出电流信号之间的关系为：
I2' 4 I2 4
测量变送环节和开方器串接后总的静态放大系数为：
K2'
I2' q2
q
q
4 q2max
2 20
常量，它已不再受负荷变化的影响
2、参数有变化，而且是缓慢地变化 因为均匀控制是前后设备物料供求之间的均匀，所以表征两个物料的参数都不应是某一
固定值。那种试图把两个参数都稳定不变的想法绝非均匀控制的目的。无需将两个参数平均 分配，而是视前后设备的特性及重要件等因素来确定其主次。
3、参数应在限定范围内变化 在均匀控制系统中，被控变量是非单一、非定值的，允许它们在一定的范围内变化，但
其输入－输出关系有：
p2 k q22
p2max
k
q2 2max
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信号线性地转换为 电流信号：
I2
p2 (204)4 p2max
测量变送环节是非线性的，其静态放大系数为：
K2
I2 q2
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q q q2q2 0
2 2max
20
问题：当负荷增大时，调节器的整定参数如果不能随之改变，则系统的运行质量就会下降 。
（3）实例计算 已知某流量比值系统采用差压式流量计测量主副流量，其最大量程分别为：
Q1max 12.5m3 / h Q2max 20m3 / h
工艺要求
K Q2 1.4 Q1
试计算不加开方器与加开方器后仪表的比值系数K’。
解: 不加开方器时:
加开方器后:
K' K2Q Q 2 12 2m maax x1.4212.2 5 2 020.766 K' 1.412.50.875
第五节 比值控制系统 1比值控制系统概述
工艺要求。。。
1、开环比值控制系统
问题：Q2容易受干扰和非线性的影响 而破坏Q1与Q2的比值关系。
2、单闭环比值控制系统
问题：这种单闭环 比值控制系统可以 精确的控制Q1与 Q2的比值关系但 Q1的值不可控。
3、双闭环比值控制系统
问题：该控制方案所用仪 表较多，投资较高。
图a图c是普通的单回路控制系统的控制结果，只有图b才体现了均匀控制的思想，即L和F 都缓慢波动且都稳定在一定范围内。
2. 均匀控制的特点 1、结构上无特殊性 同样一个单回路液位控制系统，由于控制作用强弱不一，既可以是单回路定值控制系统
，也可以是均匀控制系统。因此均匀控制是靠降低控制回路的灵敏度而不是靠结构变化获得 的。