过程控制7
(工业过程控制)7.比值控制
为防止异常情况对系统造成损害,需 设计安全保护措施,如联锁、紧急停 车等。
控制参数的整定
确定控制参数
根据控制目标和工艺要求,确定合适的控制参数,如比例系 数、积分时间等。
整定控制参数
通过实验或仿真,调整控制参数,以达到最佳的控制效果。
05
比值控制系统的调试与优化
系统调试
硬件设备检查
确保所有硬件设备如传感器、执行器、控制 器等都已正确安装并正常工作。
03
程的稳定和排放达标。
比值控制的重要性和优势
提高产品质量和产量
通过精确控制物料比例,可以 稳定生产过程,提高产品质量
和产量。
节能降耗
合理地控制物料比例可以降低 能耗和物耗,提高生产效率和 经济性。
减少环境污染
通过精确控制反应过程,可以 减少副反应和废弃物的产生, 降低对环境的污染。
提高生产安全
比值控制可以减少人工操作和 人为误差,降低生产事故的风
参数整定
根据实际工艺需求,对控制器参数进行整定, 以获得最佳的控制效果。
软件配置
根据比值控制需求,对控制软件进行配置, 包括输入输出信号、控制算法等。
模拟测试
在调试过程中,通过模拟测试来验证比值控 制系统的功能和性能。
系统优化
01
控制策略优化
对比值控制算法进行优化,以提高 系统的响应速度和稳定性。
求进行。
调节阀的安装位置和方式应合理 选择,以保证调节的准确性和可
靠性。
03
比值控制策略
固定比值控制
总结词
固定比值控制是一种简单的比值控制策略,通过设定固定的比例来控制两个或多 个输入流之间的输出比例。
详细描述
固定比值控制通常用于工业过程中需要保持恒定比例的场合,例如气体混合、液 体配料等。通过设定固定的比例系数,可以确保输入流之间的输出比例保持不变 。这种控制方法简单易行,但缺乏灵活性,无法应对输入流变化的情况。
SIMATIC_PCS_7过程控制系统
SIMA TIC PCS 7应用于所有工业领域的过程控制系统点击看大图西门子PCS 7系统是完全无缝集成的自动化解决方案。
可以应用于所有工业领域,包括过程工业,制造工业,混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。
作为先进的过程控制系统,SIMATIC PCS7 形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统。
SIMATIC PCS 7 -西门子过程控制系统之特点∙基于标准的SIMATIC软件和硬件组件∙先进的分布式客户机/服务器架构∙可伸缩性强,从小型实验室系统,到具有高达60,000个过程对象的大型工厂∙可用于连续和批处理应用∙可用于所有工业领域:过程、制造以及混合工业∙强大的HMI系统,带有集成的基于SQL服务器的归档系统∙基于IEC 61131 的集中式,工厂范围内的工程系统∙通过现场总线PROFIBUS,现场设备和驱动系统均可很灵活和容易的集成∙无缝集成的安全系统,通过TüV*验证的可满足AK6/SIL3∙在同一个可编程控制器中可以混合运行标准和故障安全相结合的形式,高可用性和故障安全相结合的形式∙可在所有层级实现冗余,提高可用性∙符合ISA S 88.01 和FDA 21 CFR Part 11规范的模块化批处理系统SIMA TIC BA TCH∙通过SIMATIC IT架构实现MES/ERP层级的接口比过程化自动市场要求做得更加完美——SIMATIC PCS 7 ——一个真正的现代DCS系统HMI∙具有多用户能力的HMI组件∙大容量架构∙客户机-服务器结构∙冗余∙在线修改AS, I/O 模块, I/O∙热插拔(运行中插入和拔出模块)∙运行中可进行扩展/ 修改∙用于危险区域的I/O 模块∙冗余(控制器、模块和PROFIBUS)∙集成的故障安全技术∙智能现场设备/驱动设备的集成通讯∙快速以太网和PROFIBUS DP/PA∙光纤交换技术∙冗余(系统总线和现场总线)∙在线扩展工程∙集中式工程工具,简单易用,通用操作∙批量工程,具有导入/导出功能∙应用图形化和面向PLT的工具进行全面、有效的工程∙集成的SIMATIC PDM软件对智能现场设备进行集中参数化∙软件模拟和测试∙修改跟踪功能∙分布式、并行工程功能Batch∙配方与单元和设备无关∙层级配方,符合ISA S88.01∙从小型工厂到超大型工厂,灵活伸缩-单用户系统或客户机-服务器结构∙冗余性∙符合21 CFR Part 11 规范,查账索引,路径保护,电子签名∙紧密集成在HMI和工程系统中产品部门:AS 所属行业:城市工业水处理工程来源:SIAS工程概述:该工程设计规模为日处理污水50万吨, 主要收集某市区的城市污水及某县极大部分的工业废水和生活污水。
7发酵过程控制
二
微生物培养过程的参数检测
参数在线检测
在线检测必须用专门的传感器(也叫电极或探头) 放入发酵系统,将发酵的一些信息传递出来,为发酵控 制提供依据。
由于微生物培养过程是纯培养过程,无菌要求高, 因此对传感器有特殊要求: 插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌 (材料、数据)
传感器结构不能存在灭菌不透的死角,以防染 菌(密封性好)
发酵过程的中间分析
发酵过程的中间分析是生产控制的眼睛,它显示了发酵过 程中微生物的主要代谢变化。因为微生物个体极微小,肉 眼无法看见,要了解它的代谢状况,只能从分析一些参数 来判断,所以说中间分析是生产控制的眼睛。 这些代谢参数又称为状态参数,因为它们反映发酵过程中 菌的生理代谢状况,如pH,溶氧,尾气氧,尾气二氧化碳, 粘度,菌浓度等
实验:甘油发酵是在髙渗透压环境中进行的, 因此可望通过热冲击来提高发酵甘油的产量
正交条件A 冲击温度(0C) 40,45,50
B 开始时机(h)
8,16,30
C 冲击时间(分) 15,30,60
A 温度;B 开始时机;C 冲击时间
• 结果发酵16小时,45℃ 冲击30分钟最佳, 发酵96小时后甘油浓度提高32.6%
配制不同初始pH的培养基,摇瓶考察发酵情 况
pH对产海藻酸裂解酶的影响
数理统计学方法:运用统计学方法设计实验和分
析实验结果,得到最佳的实验条件。如正交设计、 均匀设计、响应面设计。 优点 同时进行多因子试验。用少量的实验,经过 数理分析得到单因子实验同样的结果,甚至更准确, 大大提高了实验效率。 但对于生物学实验要求准确性高,因为实验的 最佳条件是经过统计学方法算出来的,如果实验中 存在较大的误差就会得出错误的结果。
过程控制系统第7章 思考题与习题
第7章 思考题与习题1.基本练习题(1)什么叫比值控制系统?它有哪几种类型?画出它们的原理框图。
答:1)比值控制系统就是实现副流量2F 与主流量1F 成一定比值关系,满足关系式:21F K F的控制系统。
2)比值控制系统的类型:开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。
3)结构原理图分别如图7-1,图7-2,图7-3,图7-4所示:图7-1开环比值控制系统(a )开环比值控制系统原理图(b )开环比值控制系统方框图图7-2单闭环比值控制系统(a)单闭环比值控制系统原理图 (b )单闭环比值控制系统方框图(a )原理图(b )方框图(a) 原理图(b) 方框图(b)方框图图7-3双闭环比值控制系统(a)双闭环比值控制系统原理图(b)双闭环比值控制系统方框图(b)方框图图7-4变比值控制系统(a)变比值控制系统原理图(b)变比值控制系统方框图(2)比值控制中的比值与比值系数是否是一回事?其关系如何?答:1)工艺要求的比值系数K,是不同物料之间的体积流量或重量流量之比,而比值器参数K’,则是仪表的读数。
它与实际物料流量的比值K,一般情况下并不相等。
因此,在设计比值控制系统时,必须根据工艺要求的比值系数K计算出比值器参数K’。
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K’必须由实际物料流量的比值系数K折算成仪表的标准统一信号。
2)当物料流量的比值K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。
当物料流量的比值K一定,流量与其检测信号呈线性关系时,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。
(3)什么是比值控制中的非线性特性?它对系统的控制品质有何影响?在工程设计中如何解决?答:1)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。
2)非线性特性使系统的动态特性变差。
第7章 过程控制与质量改进
平均水深 4M
啊 !平均水深 不是说 4m吗 ?
六西格玛的介绍
从运营角度看Six Sigma
所有业务Process当中减少散布!
6 Sigma 吵扁 荤捞努 鸥烙
散布是需要我们消灭的敌人!
- Mikel J. Harry -
Process Data USL 30.0000 Target * LSL * Mean 15.1823 Sample N 150 StDev (Within) 3.19239 StDev (Overall) 3.19590
六西格玛的价值观(三)
聚焦于过程改进
理解过程,精研过程,聚焦于过程的改进,为顾客创造
价值是建立优势的有效方法。 过程在六西格玛中是成功的关键。一切活动都是过程, 所有的过程都有变异,六西格玛帮助我们有效减少过程 的变异。
六西格玛的价值观(四)
有预见的积极管理
“积极”是指主动地在事情发生之前进行管理,而不是被动地处 理那些令人忙乱的危机,或称为“救火”。“有预见的积极管理”意 味着我们应当关注那些常被忽略的业务运作,并养成习惯:确定远大 的目标并且经常加以检视;确定清晰的工作优先次序;注重预防问题 而不是疲于处理已发生的危机; 常质疑「为什么要这么做」,而不是常说「我们都是这么做的」!
- 6Sigma目标是 达成6Sigma水准品质。 品质的提高和效率用6Sigma来体现
最后是为了改善企业收益性。
☞ 即;6Sigma是为了挣钱。
努力挣钱
GE 实施6σ 投入与产出
Í Ó ¨ Ã ç Æ µ ø 1996 1997 1998
Ï ¿ î Ä ¼ ° à Ñ Å µ Ñ ² 2Ò Ú 3Ò Ú 4.5Ò Ú
第4节 质量问题与质量改进
发酵过程控制7发酵过程泡沫的形成与控制
胶束
定向吸附层
溶 液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时,
以第一种情况为主;
表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二种
情况。 在泡沫不断增加时,表面活性剂会从胶束中不
断转移到新产生的气液界面上
超过表面 活性剂形 成胶束的 最低浓度 后,溶液 表面张力 不再降低
表面活性剂为什么会定向排列在表面?
明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、皂素等。
• 应用 泡沫浮选,泡沫灭火剂,泡沫杀虫
剂,泡沫除尘...
• 泡沫的破坏 消泡
分物理方法 化学方法
搅动、加热和冷却的交替、 加压与减压、过滤、离心或超声波处理等方 法进行消泡。
物理方法
化学方法 两方面:抑泡 (防止泡沫形成)
和破泡 (消除已生成的泡沫)。常用加入泡沫 抑制剂和消泡剂。
定向吸附层。与液体亲和性弱的一端朝着气泡内部,与液体
亲和性强的一端伸向液相,这样的定向吸附层起到稳定泡沫 的作用。
3、起泡速度高于破泡速度
起泡的难易,取决于液体的成分及所经受的条件; 破泡的难易取决于气泡和泡破灭后形成的液滴在表面自由能上的 差别;同时还取决于泡沫破裂过程进行得多快这一速度因素。 高起泡的液体,产生的泡沫不一定稳定。体系的起泡程度是起泡难 易和泡沫稳定性两个因素的综合效果。 泡沫产生速度小于泡沫破灭速度,则泡沫不断减少,最终呈不起
PU泡沫性能 容重(kg/m3) 抗压强度(Mpa) 地面 43±3 ≥0.30 墙面 35±2 ≥0.10 顶面 32±2 ≥0.10
阻燃性
闭孔率 尺寸稳定性
离火自熄时间3~5秒
≥90% ≤ 3%
导热系数
≤0.026 Kcal/m• h ℃
GRACO-GUSMER高压专业设备
过程装备控制技术及应用7
过程装备控制技术及应用(第7组)选择题1下列哪一项不是生产过程自动化包含的内容(D)A 自动检测系统B 自动控制系统C信号联锁系统D自动识别系统答案:D 生产过程自动化主要包含自动检测系统、信号联锁系统、自动操纵系统、自动控制系统2闭环控制系统是根据______B_____信号进行控制的。
A被控量B偏差C扰动D给定值3 下列关于串级控制系统说法错误的是(B)A 串级控制系统包含两个回路,主环和副环B 应使系统中主要干扰包含在主环内C应使非线性环节尽量包含在副环中D 当对象具有较大的纯滞后时,应使副环尽量少包含或不包含纯滞后4根据爆炸气体的分级和分组,下列气体最危险的是( D )A甲烷(ⅠT1)B丁烷(ⅡA T2)C异戊二烯(ⅡB T3)D硝酸乙酯(ⅡC T6)5对于PID调节器,I的作用是( B )AI的作用是减小动态偏差B I的作用是消除静态偏差CI的作用是消除动态偏差D I对静态偏差无作用6.关于工艺介质分路以下哪个是正确的 DA.静态性能好B.响应快C.可以采用三通阀D以上都是7.继电器的作用有哪些 DA控制B放大C保护和调节D以上都是8.电动仪表控制的特点(D)A.能源简单 B.防爆 C.可实现无滞后的远距离传送D以上都是9.在化学反应器的控制中,以下属于约束条件的是EA催化剂活性 B 温度压力 C 反应物配比 D 流速 E 以上都是10.不是精馏塔的控制特性是哪一个 AA对象是线性,系统动态响应快B多输入,多输出,被控变量,操纵变量多C系统间关联D控制要求高,方案多判断题1.过程控制系统可分为开环控制与闭环控制正确2.控制系统中,当控制对象具有较大的纯滞后时,应使副环尽量少包含或不包含纯滞后正确3.均匀控制指的是控制方案而不是控制功能错误4.当生产过程中某一变量超过安全软限时,可用另一控制回路代替原有的控制回路正确5.交流接触器铁芯使用硅钢片冲压而成,通常采用灭弧能力较强的磁吹灭弧装置错误6.前馈控制按直接按干扰作用的大小进行控制,比反馈控制要及时。
过程控制系统与仪表习题答案 第七章
第7章思考题与习题7-1 与单回路系统相比,串级控制系统有哪些主要特点?解答:P212—7.1.27-2 分析串级系统的工作原理,说明为什么副回路的存在会使系统抑制扰动的能力增强。
解答:P208—7.1.17-5 在串级控制系统中当主回路为定值(设定值)控制时,副回路也是定值控制吗?为什么?解答:P212不是,副回路是随动控制。
7-8 在某生产过程中,通过加热炉对冷物料加热,根据工艺要求,需对热物料出口温度进行严格控制。
对系统分析发现,主要扰动为燃料压力波动。
故设计如图7-43所示的控制系统。
要求:(1)画出控制系统框图;(2)为保证设备安全,炉温不能过高。
确定调节阀的气开、气关形式。
(3)确定两个调节器的正反作用。
解答:(1)控制系统框图如图所示。
(2)气开式。
(3)副调节器:反作用;主调节器:反作用。
7-9 简述前馈控制的工作原理,与反馈控制相比,它有什么优点和局限?解答:1)当系统出现扰动时,立即将其测量出来,通过前馈控制器,根据扰动量的大小来改变控制量,以抵消扰动对被控参数的影响。
P2212)优点:前馈控制器在扰动出现时立即进行控制,控制及时,对特定扰动引起的动、静态偏差控制比较有效。
局限:P224—1)、2)7-10 为什么一般不单独采用前馈控制方案?解答:由于前馈控制的局限性。
7-14 图7-44为一单回路水位控制系统。
如果蒸气用量经常发生变化,为了改善控制质量,将单回路控制系统改为前馈-反馈复合控制系统,画出控制系统工艺流程图和框图,并对新增回路的功能进行简单说明。
解答:1)控制系统工艺流程图如图所示。
控制系统框图如图所示。
2)新增回路功能说明:7-19 物料比值K与控制系统比值系数K'有何不同?怎样将物料比值转换成控制系统比值系数K'?解答:1)K是工艺规定的流量比;K'是仪表信号之间的比例系数。
2)用P234式(7-37)和P235式(7-38)进行转换。
7 发酵过程控制
4. 温度对产物合成的影响
影响发酵过程中各种反应速率,从而影响微生物的生 长代谢与产物生成。 e.g. 青霉菌发酵生产青霉素 青霉菌生长活化能E1=34kJ/mol
青霉素合成活化能E2=112kJ/mol
∴青霉素合成速率Байду номын сангаас温度较敏感
4. 温度对产物合成的影响
改变发酵液的物理性质,间接影响菌的生物合成 。 影响生物合成方向。
dC L 0,OTR>γ dt
当处于高位平衡时,表明供氧性能好。高位平衡通常发生
在正常情况的前、后期。
平衡点分析:
dC L 0,OTR<γ dt
②当CL↓(如对数生长期γ 很大),
∵ OTR KLa C CL , CL , C CL , OTR
dC L ∴OT R γ , 0 ,称低位平衡。 dt
e.g. 丙酮丁醇菌:生长 pH为5.5~7.0;合成pH为4.3~5.3
(2)pH对产物合成的影响
pH影响代谢方向: pH不同,往往引起菌体代谢过程不同, 使代谢产物的质量和比例发生改变。
e.g. 黑曲霉发酵:pH2~3, 柠檬酸;pH接近中性,草酸
酵母菌发酵:pH4.5~5.0,酒精;pH8.0,酒精、醋酸
2. 温度对微生物生长的影响
dx x x dt
1 dx x dt
当μ>>α时,α可忽略,微生物处于生长状态。μ、α皆与T有 关,其关系均可用阿累尼乌斯公式描述:
A1e
E RT
A 2e E
RT
∵Eμ<Eα
∴死亡速率比生长速率对温度变化更为敏感
SIMATIC过程控制系统PCS 7 V8.1及更高版本文档说明书
SIMATIC过程控制系统 PCS 7 PCS 7 文档 (V8.1)目录一览适用于 PCS 7 V8.1 及更高版本03/2015法律资讯警告提示系统为了您的人身安全以及避免财产损失,必须注意本手册中的提示。
人身安全的提示用一个警告三角表示,仅与财产损失有关的提示不带警告三角。
警告提示根据危险等级由高到低如下表示。
危险表示如果不采取相应的小心措施,将会导致死亡或者严重的人身伤害。
警告表示如果不采取相应的小心措施,可能导致死亡或者严重的人身伤害。
小心表示如果不采取相应的小心措施,可能导致轻微的人身伤害。
注意表示如果不采取相应的小心措施,可能导致财产损失。
当出现多个危险等级的情况下,每次总是使用最高等级的警告提示。
如果在某个警告提示中带有警告可能导致人身伤害的警告三角,则可能在该警告提示中另外还附带有可能导致财产损失的警告。
合格的专业人员本文件所属的产品/系统只允许由符合各项工作要求的合格人员进行操作。
其操作必须遵照各自附带的文件说明,特别是其中的安全及警告提示。
由于具备相关培训及经验,合格人员可以察觉本产品/系统的风险,并避免可能的危险。
按规定使用Siemens 产品请注意下列说明:警告Siemens 产品只允许用于目录和相关技术文件中规定的使用情况。
如果要使用其他公司的产品和组件,必须得到Siemens 推荐和允许。
正确的运输、储存、组装、装配、安装、调试、操作和维护是产品安全、正常运行的前提。
必须保证允许的环境条件。
必须注意相关文件中的提示。
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印刷品中的数据都按规定经过检测,必要的修正值包含在下一版本中。
过程控制理论课件6-7工程设计实例
广西大学电气工程学院
控制方案的确定
如果采用一般线性调节器,在pH值等于7的 工况下整定,比例增益Kc很小,在其它工况 下必然将使调节速度慢,而且调节偏差大。 反之,如果按pH值远离设定点的情况下整 定调节器,比例增益Kc将很大,当工况变化 到pH值等于7附近时,又将造成控制系统的 不稳定。
旁路 风管
干
TC TT
燥
器
风管 换热器
产品
蒸汽
广西大学电气工程学院
(3)控制器:
高
根据过程特性与工
位 槽
艺要求(偏差
≤±2℃),可选用
PID控制规律。
根据构成系统负反
馈原则,控制器采
鼓 风
用正作用方式。 机
气关阀,为反作用方向; 过程为正作用方向; 所以控制器应选“正作用”; 校核。
(4)控制器参数整定。
过滤器
旁路 风管
干
TC TT
燥
器
风管 换热器
产品
蒸汽
广西大学电气工程学院
课程设计:
P207/6-22 要求:
用A4纸打印; 最后一次课提交。
广西大学电气工程学院
例二:贮槽液位控制系统设计
工艺过程及要求 选择被控参数 选择控制参数 选用过ห้องสมุดไป่ตู้检测控制装置
广西大学电气工程学院
一、工艺过程及要求
第六章
简单控制系统的设计
第七节
简单控制系统 工程设计实例
例一:喷雾式干燥设备控制系统设计
工艺过程及要求 被控参数选择 控制参数选择 过程检测、控制设备的选用
高层结构设计过程中控制7个比值
见高规 4.3.5。周期比不满足要求,说明结构的扭转刚度相对于侧移
层墙、柱或梁的刚度。
刚度较小,结构扭转效应过大。
四、位移比
周期比不满足时的调整方法:
主要为掌握结构平面规则性,以避开产生过大的偏心而导致结构
1.程序调整:SATWE 程序不能实现。
魏
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2.人工调整:只能通过人工调整转变结构布置,加强墙、柱等竖
待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标
向构件的刚度。
准层;这样可以削减建模过程中的重复修改,加快建模速度。
7、层间受剪承载力比
掌握竖向不规则性,以免竖向楼层受剪承载力突变,形成薄弱层,
魏
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2.人工调整:只能通过人工调整转变结构布置,提高结构的扭转
见抗规 3.4.2,高规 4.4.3;对于形成的薄弱层应按高规 5.1.14 予以加
刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当减弱结构
强。
中间墙、柱的刚度。
层间受剪承载力比不满足时的调整方法:
六、刚重比
1.程序调整:在 SATWE 的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”
2.人工调整:假如还需人工干预,可适当提高本层构件强度(如
差,宜适当削减墙、柱等竖向构件的截面面积。
增大配筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构
刚重比不满足时的调整方法:
件的承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力。
1.程序调整:SATWE 程序不能实现。
假如结构竖向较规则,第一次试算时可只建一个结构标准层,
剪重比不满足时的调整方法: 1.程序调整:在 SATWE 的“调整信息”中勾选“按抗震规范 5.2.5 调整各楼层地震内力”后,SATWE 按抗规 5.2.5 自动将楼层最小地震 剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层 地震剪力,以满足剪重比要求。 2.人工调整:假如还需人工干预,可按以下三种状况进行调整: a.当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜 适当加大墙、柱截面,提高刚度; b.当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜 适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标; c.当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在 SATWE 的“调 整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于 1 的系数增大地
过程控制基础第7章控制系统的误差分析与计算
(7-14)
s 0
静态位置误差系数Kp定义为
Kplsi m 0G(s)G(0)
所以
ss
R 1 Kp
(7-15) (7-16)
由于系统的结构不同,系统的开环传递函数G(s) 是不同的,因而Kp也就不同。
(1) 0 型系统(N=0)
静态位置误差系数为:
Kplsi m 0G(s)
limK(1s1)(2s1)......(ms1)K
即
ss
ess (s) H (0)
(7-12)
从式(7-8)和式(7-11)可以看出,系统的稳 态误差取决于系统的结构参数和输入信号的性 质。
二、静态误差系数
图7-2所示的单位反馈系统,其开环传递函数G(s), 可写成下面形式:
G (s)sK N ((T 1 1 ss 1 1 ))((T 22 ss 1 1 ))............((T m n ss 1 1 )) (7-13)
差,即
ss lsi m 0s1G 1(s).sR 2 limsR G(s) s 0
静态速度误差系数Kv定义为:
Kv
limsG(s) s0
( 7-17 ) ( 7-18)
所以
ss
R Kv
( 7-19)
(1) 0 型系统(N=0) 静态速度误差系数为:
Kv lsi m 0sG(s)
系统按开环传递函数所包含的积分环节的数目不 同,即N=0、N=1、N=2......分别称为0型、Ⅰ型、 Ⅱ型系统,Ⅱ型以上的系统则很少,因为此时系 统稳定性将变差。
1.静态位置误差系数Kp 系统对阶跃输入X(s)=R/s的稳态误差称为位置误
差,即
ss1RRlims.s 0 1G(s) s 1lim G(s)
07过程方法和过程控制教案(第7章,失控模式)
1 1 1
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
比率
0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 1
1 2
1 1 1
UCL=0.0433 _ P=0.0277
22 1 1 1 1 1 1 11
1
1
1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1
21
LCL=0.0121
改进后的控制图
设备整修之后的数据建立的 p 控制图
0.018 0.016 0.014 0.012 0.010
第一节
σ
组间变异和组内变异
组间变异和组内变异
特殊(可指定的或者是外生的)变异源可以 分为两类: 周期性失调(组间变异) 持续性失调(组内变异)。
8.1.1 周期性失调
周期性失调能够产生对过程间歇影响的 特殊变异源,这些变异源的间歇性属性 影响样本观测值是以时间点为区别的, 因为会在不同的子组上体现出来,这就 是组间变异。 组间变异的影响效果就是产生出子组统 计数值超出控制限的控制图模式,或者 说,是对子组统计数值来说控制限变得 过于狭窄。
p控制图分析
在这个轮轴切割问题中存在3个注意事项。 首先,子组的选择结果必须合理,也就 是说,样本应该分别从机器A和机器B中 选取。 其次,机器B生产残品的原因必须修正。 最后,两个机器都需要不断地使用统计 方法进行改进。
6.1.3 区分组内 特殊变异和一般变异
组内特殊变异源和一般(或者内生的)变异 源都是持续性的。然而,两者主要的差 别是组内特殊变异源是外部的或者说是 过程的外生干扰,而组内一般变异源是 内部的,或者说是过程的内生干扰。 我们需要意识到在过程稳定之前必须要 把组间和组内的特殊变异都处理掉。如 我们所讨论的那样,稳定性对过程改进 来说是最基本的。
过程控制系统第7章 软测量技术
2.测量数据的处理 (1)误差处理
(2)数据变换
(1)误差处理 根据误差出现的规律,测量数据可分为系统误差、随机误差和 粗大误差三类。通常情况下检测仪表已将系统误差尽可能减到 最小,在实际使用过程中主要是随机误差和粗大误差。 随机误差是指在同一测量条件下,多次重复测量同一被测量时, 其绝对值和符号以不可预见的方式变化,即具有随机性的误差。 由于随机误差在多次重复测量中符合统计规律,因此可取多次 重复测量的平均值或采用适当的数字滤波来减少或消除。
(2)数据变换
图7-2
标度变换框图
测量数据的变换包括标度变换、转换和权函数3个方面。 1)将各个具有不同性质、不同量级的辅助变量信号统一起 来,进行规格化以满足软测量模型输入所需要的信号范围 称为软测量的标度变换。2)有些辅助变量在进入软测量模 型前除了要进行标度变换外还需进行其他变换,如按某个 函数形式进行转换,通过对这些测量数据的转换,可以有 效降低软测量模型的非线性特性,提高模型的性能。 3)有些辅助变量对主导变量的动态响应与其他辅助变量有 较大差异,为了提高软测量模型的整体动态特性,需要对 某些辅助变量用权函数进行动态特性的补偿。
2.测量数据的处理
3.软测量模型 辅助变量一定是在线可测的,而且相应的检测仪表
应有较高的测量准确度。
2)经济性 作为检测辅助变量的仪表价格是合理的,且使用成 本不高。 3)灵敏性 辅助变量应对主导变量的输出贡献较大,即主导变 量对辅助变量有较高的灵敏度,同时对模型误差不敏感。
输出和输入对其进行训练,确定神经网络的各权函数和阈值。
3.神经网络在检测技术中的应用 5)如果设计的神经网络达不到预期的效果,要考虑重新调整神
经网络的结构,包括输入节点数、中间层节点数的增加,采用
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关联分析与解耦控制 第一放大系数p 第一放大系数 ij的定义 pij是指耦合系统中 , 除所观察的那个调节量 j 是指耦合系统中,除所观察的那个调节量X 改变了一个∆ 以外, 改变了一个∆Xj以外,其它调节量 Xk( k ≠ j )均不变的情况下,Xj与Yi之间通道 均不变的情况下, 均不变的情况下 外的开环增益, 显然它就是除X 通道外, 外的开环增益 , 显然它就是除 j到 Yi通道外 , 其它通道全部断开时所得到的X 其它通道全部断开时所得到的 j到 Yi通道的静 态增益, 态增益,
第二放大系数q 第二放大系数 ij的计算 关联分析与解耦控制
R1
K c1
X 1 (1)
( 2)
K11 K 21 K12
Y1
(3)
R2
Kc 2
X 2 ( 4)
K 22
Y2
第二放大系数q 是在其它通道闭合且保持Y 第二放大系数 ij是在其它通道闭合且保持 k( k ≠ i )恒定的条件下,该通道的静态增益。仍以图 恒定的条件下,该通道的静态增益。仍以图8-7双变 恒定的条件下 双变 量静态耦合系统为例说明的q 计算。为了确定U 量静态耦合系统为例说明的 ij计算。为了确定 1到Y1通 道之间的第二放大系数q 必须保持Y 恒定, 道之间的第二放大系数 11,必须保持 2恒定,
关联分析与解耦控制 下面简要介绍直接法。 下面简要介绍直接法。 直接法 试用直接法分析图7.5所示双变量耦 例 7.1 试用直接法分析图 所示双变量耦 合系统的耦合程度。 合系统的耦合程度。
R1 X1
1
3 s +1
5 s +1
Y1
4 s +1
R2
1
X2
5s + 1 s +1
Y2
图7.5 双变量耦合系统
关联分析与解耦控制 方程式中的系数则代表每一个被控量与每一 个调节量之间的耦合程度。系数越大, 个调节量之间的耦合程度。系数越大,则耦 合程度越强,反之,系数越小, 合程度越强,反之,系数越小,则耦合程度 越弱。 越弱。 上述耦合程度分析, 上述耦合程度分析,虽然是基于系统的静态 耦合结构, 耦合结构,但其基本结论对系统的动态耦合 结构也是适用的。 结构也是适用的。
k ≠i
)不变时,Xj到 不变时, 不变时
Yi通道之间的静态增益。qij可表示为 通道之间的静态增益。
∂Yi qij = ∂X j
(7-7)
Yk = const
关联分析与解耦控制
R1
Gc1 ( s )
X1
Gp11(s)
Y1
G p12 ( s)
G p 21 ( s )
R2
Y2
Gc 2 ( s )
X2
Gp22(s)
关联分析与解耦控制 相对增益λij的定义。pij与qij之比定义 相对增益λ 的定义。 为相对增益或相对放大系数λ 为相对增益或相对放大系数λij , λij可表示为
∂Yi λij = = qij ∂X j pij
X k = const
∂Yi ∂X j
Yk = const
(7-8)
关联分析与解耦控制 由相对增益λ 由相对增益λij元数构成的矩阵称为相对增益矩 阵 Λ。 即
关联分析与解耦控制
x1 的改变不仅仅影响 y1 , 同时还会影响 y2 ; 的改变不仅仅影响y 同时还会影响y 的改变不仅仅影响y 同时还会影响y 同 x2 的改变不仅仅影响 y2 , 同时还会影响 y1 。 这两个控制回路之间存在着相互关联、 这两个控制回路之间存在着相互关联、相互 耦合。 耦合。 耦合是过程控制系统普遍存在的一种现象。 耦合是过程控制系统普遍存在的一种现象。 耦合结构的复杂程度主要取决于实际的控制 对象以及对控制系统的品质要求。 对象以及对控制系统的品质要求。
关联分析与解耦控制
另一种方法是先计算第一放大系数, 另一种方法是先计算第一放大系数,再由第一 是先计算第一放大系数 放大系数直接计算第二放大系数, 放大系数直接计算第二放大系数,从而得到相 对增益矩阵,即所谓的第二放大系数直接计算 对增益矩阵, 法。
关联分析与解耦控制
第一放大系数p 第一放大系数 ij的计算
关联分析与解耦控制
R1
Gc1 ( s )
X1
Gp11(s)
Y1
G p12 ( s )
G p 21 ( s )
R2
Y2
Gc 2 ( s )
X2
Gp22(s)
图7.2 精馏塔温度控制系统方框图
关联分析与解耦控制 7.1.2 耦合程度分析方法 确定各变量之间的耦合程度是多变量耦合控 制系统设计的关键问题。 制系统设计的关键问题。 常用的耦合程度分析方法有两种: 常用的耦合程度分析方法有两种: 即直接法和相对增益法。 即直接法和相对增益法。
关联分析解耦控制
7.2 相对增益矩阵
7.2.1 相对增益矩阵的定义 相对增益作为衡量多变量系统性能尺度的方法, 相对增益作为衡量多变量系统性能尺度的方法, 通常称为Bristol—Shinskey方法。 方法。 通常称为 方法 相对增益可以评价一个预先选定的调节量X 相对增益可以评价一个预先选定的调节量 j对一 个特定的被控量Y 的影响程度, 个特定的被控量 i的影响程度 , 这种影响程度是 Xj相对于过程中其他调节量对该被控量 i而言的 。 相对于过程中其他调节量对该被控量Y 而言的。
关联分析与解耦控制 直接法是借助耦合系统的方框图, 直接法是借助耦合系统的方框图,直接解析地 是借助耦合系统的方框图 导出各变量之间的函数关系, 导出各变量之间的函数关系,从而确定过程中 每个被控量相对每个调节量的关联程度, 每个被控量相对每个调节量的关联程度,该方 法具有简单、直观的特点。 法具有简单、直观的特点。 相对增益分析法是一种通用的耦合特性分析工 相对增益分析法是一种通用的耦合特性分析工 它通过计算相对增益矩阵, 具,它通过计算相对增益矩阵,不仅可以确定 被控量与调节量的响应特性, 被控量与调节量的响应特性,并以此为依据去 设计控制系统, 设计控制系统,而且还可以指出过程关联的程 度和类型,以及对回路控制性能的影响。 度和类型,以及对回路控制性能的影响。
K11 K 21 K12
Y1
( 2)
(3)
R2
Kc2
X 2 ( 4)
K 22
Y2
图7.7 双变量静态耦合系统
关联分析与解耦控制
当计算p 可将支路( 断开, 当计算 p11 时 , 可将支路 (2) 、 (3) 、 (4) 断开 , 或令控制器G (s)的增益 的增益K 或令控制器 Gc2(s) 的增益 Kc2= 0 , 改变调节 求出被控量Y 量X1,求出被控量Y1, 这两者的变化量之比即为P 不难看出, 这两者的变化量之比即为P11,不难看出, p11=K11 。 同 理 可 得 , p21=K21 , p12=K12 , p22=K22。
13 1 Y1 = − R1 + R2 ≈ −0.9286 R1 + 0.1429 R2 14 7
5 6 Y2 = R1 + R 2 ≈ 0 .1786 R1 + 0 .8571 R 2 28 7
主要取决于R 但也和R 有关。 Y1主要取决于R1,但也和R2有关。Y2主要取 决于R 但也和R 有关。 决于R2,但也和R1有关。
第一放大系数p 是在其余通道开路情况下, 第一放大系数 ij是在其余通道开路情况下 , 该通道的静态增益。 该通道的静态增益。 以图7.7所示双变量静态耦合系统为例说明 以图 所示双变量静态耦合系统为例说明pij 所示双变量静态耦合系统为例说明 的计算。 的计算。
关联分析与解耦控制
R1
K c1
X 1 (1)
关联分析与解耦控制
R1
X 1 (1) Y1
K c1
K11 K 21 K12
( 2)
(3)
R2
Kc 2
X 2 ( 4)
K 22
Y2
固 定 Y2 的 方 法 之 一 是 令 控 制 器 Gc2(S) 的 增 为纯比例环节, 益 K c 2 = ∞ 假设控制器 c2(S)为纯比例环节, 。假设控制器G 为纯比例环节
λ11 λ12 λ λ22 21 Λ= M M λn1 λn 2
L λ1n L λ2 n O M L λnn
(7-9)
关联分析与解耦控制 7.2.2 相对增益的计算 确定相对增益, 确定相对增益,关键是计算第一放大系数和 第二放大系数。 第二放大系数。 最基本的方法有两种。一种方法是按相对增 最基本的方法有两种。一种方法是按相对增 益的定义对过程的参数表达式进行微分, 益的定义对过程的参数表达式进行微分,分 别求出第一放大系数和第二放大系数, 别求出第一放大系数和第二放大系数,最后 得到相对增益矩阵。 得到相对增益矩阵。
关联分析与解耦控制
解
用直接法分析耦合程度时, 用直接法分析耦合程度时,一般采用静
态耦合结构。 态耦合结构。 静态耦合是指系统处在稳态时的一种耦合结 与图7 构 , 与图 7.5 动态耦合系统对应的静态耦合 结构如图7 所示。 结构如图7.6所示。
关联分析与解耦控制
R1
1
X1
3 s +1
5 s +1 4 s +1
关联分析与解耦控制
在这种情况下, 在这种情况下,多个控制回路之间就有可能 产生某种程度的相互关联、 产生某种程度的相互关联、相互耦合和相互 影响。 影响。 而且这些控制回路之间的相互耦合还将直接 妨碍各被控量和调节量之间的独立控制作用, 妨碍各被控量和调节量之间的独立控制作用, 有时甚至会破坏各系统的正常工作。 有时甚至会破坏各系统的正常工作。
关联分析与解耦控制
xD
y1
GC1
x1
GC2
r1