3 过程控制系统概述
过程控制系统概述
过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321所谓过程控制（Process Control）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.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(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（变量）y(t ) ;控制（操纵）参数（变量）q(t) ;扰动量f(t) ;给定值r(t) ;当前值z(t); 偏差e(t) ;控制作用u(t)三、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1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
过程控制系统第1章 过程控制系统概述
(3)集中型计算机控制系统
图1-1
典型的DDC控制系统原理图
(4)集散控制系统 集中型计算机控制系统由于其可靠性方面的重大缺陷，在当时 的过程控制中并没有得到成功的应用。人们开始认识到，要提 高系统的可靠性，需要把控制功能分散完成；但考虑到生产过 程的整体性要求，各个局部的控制系统之间还应当存在必要的 相互联系，即所有控制系统的运行应当服从工业生产和管理的 总体目标。这种管理的集中性和控制的分散性是生产过程高效、 安全运行的需要，它直接推动了集散控制系统的产生和发展。
(2)单元组合仪表控制系统 单元组合式控制仪表是根据控制系统各组成环节的不同功能和 使用要求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表(称为单元)， 各个仪表之间用统一的标准信号进行联系。将各种单元进行不 同的组合，可以构成多种多样、适用于各种不同场合需要的自 动检测或控制系统，实现如PID控制和串级、均匀、比值、前 馈、选择性等一些常用的复杂控制功能。
(5)现场总线控制系统
图1-3
传统计算机控制结构示意图
1.1.2 过程控制的特点 1)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，被控变量不断地受到各种扰动的
影响。 2)被控过程的复杂性 过程控制涉及范围广：石化过程的精馏 塔、反应器；热工过程的换热器、锅炉等；生物发酵过程的发 酵罐、成品包装系统等。 3)控制方案的多样性 被控过程对象特性各异，工艺条件及要 求不同，过程控制系统的控制方案非常丰富，有常规的单回路
过程控制系统与装 置
第1章 过程控制系统概述 1.1 过程控制的发展和特点
1.2 过程控制系统的组成
1.3 控制系统的过渡过程和品质指标
1.1 过程控制的发展和特点 1.1.1 过程控制的发展概况
第一章过程控制系统概述
11
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
10:12:42
8
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)
第1章过程控制系统概述
☝1-2 过程控制系统的分类
自动控制系统有多种分类方法，站在不同的角度分类不同。
分类特征 按控制方式分 控制方式 开环控制 闭环控制 复合控制 恒值系统 按给定值变化 规律分 随动系统 按偏差调节 闭环反馈为主，开环补偿为辅 保持输出恒定 输出跟随输入变化 特点 按给定值操纵、按干扰补偿
程序控制系统
测量变送 Gm (s)
一般的单回路控制系统
被控对象：工艺参数需要控制的生产过程设备或机器等。 如水箱、热交换器。
☝1-1 过程控制系统的组成
被控对象 扰动 D 干扰通道 GD (s) 偏差 e 控制器 Gc (s) 控制变量 u 操纵变量 q 执行器 Gv (s) 控制通道 Gp (s)
设定值 ysp
☝1-4 过程控制系统的发展历史
3. 单元组合仪表化阶段（20世纪60年代） 特点： 企业界大量使用单元组合仪表及组装仪表，出现了以 4～20mA 和0～10mA为统一信号的电动模拟控制系统；
☝1-4 过程控制系统的发展历史
3. 单元组合仪表化阶段（20世纪60年代） 被控参数：多样化； 控制系统结构：MIMO ； 控制策略：主要是PID控制以及串级、均匀、比值、分程 和选择性等常规复杂控制策略；
TRC 101
加热蒸汽
冷凝水
成品
被控量的测量点，本例指反应器内反应温度
TRC 101
仪表圈，代表广义上的仪表（可以不止一种类 型的仪表）
☝1-6 控制工艺图的组成及符号解释
仪表圈，代表广义上的仪表（可以不止一种类 型的仪表） T RC_1 01 顺序号（一般两位数字，也可三位数字）
101 TRC
工序号（一般一位数字，也可两位数字） 仪表功能字母代号， C（Control）控制，R（Record）记录， A（Alarm）报警，I（Indicate）显示 被测变量字母代号， T（Temperature）温度，P（Pressure）压力， F（Flow）流量，L（Level）液位，A（ Analysis）成分
过程控制系统概述
原料（混合）
TC M
TT
T
冷却液输出
产品 冷却液
⑵ 串级控制系统
原料（混合）
TC1
外给
TT1
T
冷却液输出
TC2
M
TT2
T′
产品 冷却液
㈡、管式加热炉温度控制 1.管式加热炉原理
出口
炉膛 T 燃料
原料油
2.控制方案
⑴ 单回路控制系统 T TT 出口
TC M 燃料 炉膛
原料油
⑵ 串级控制系统
2.局限性：
⑴、不可能针对每一个干扰都设计并应用一套独立的前馈控 制系统。 ⑵、对不可测的干扰无法实现前馈控制。 ⑶、前馈控制调节规律难以实现。
五、前馈控制的几种形式 1.单纯前馈控制控制系统 ⑴ 换热器温度控制
FC
FT
M
∑
TC
TT
⑵ 锅炉汽包液位控制
LT
FT1
FT1
M
FC ∑ LC
※
前馈控制一般不单独使用（因为达不到预期效果），实际上 常与反馈控制混合使用，即组成前馈—反馈控制系统。
TC1 外给 TT1 T 出口
TC2
M 燃料
TT2 T′ 炉膛
原料油
㈢、锅炉主蒸汽温度控制
1.锅炉原理
2.控制方案
⑴ 单回路控制系统
饱和蒸汽 T′ T 过热蒸汽
TT
给水 减温水
M
TC
给定
⑵ 串级控制系统
饱和蒸汽
T′ T 过热蒸汽
TT2
TT1
给水
给定
M TC2 TC1
外给
减温水
二、串级控制系统典型方框图
3.2.2 简单控制系统设计
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。
过程控制工程3
4、复杂控制系统
负荷变化大，纯滞后大，采用PID达不到要求时采用。
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第三节 控制器的选型
五、控制器正、反作用的选择
原则：使整个单回路构成负反馈系统---乘积为负。
1、控制阀：气开式为“＋”，气关式为“-”； 2、控制器：正作用为“＋”，反作用为“-”；
3、被控对象：物料或能量增加时，被控参数随之增加为“＋”，
3.时间常数匹配对控制质量影响
30
第二节 单回路控制系统方案设计
(四).选择控制参数的一般原则
1.控制量应具有可控性，工艺操作的合理性和经济性 2.控制通道的放大系数K0要适当选大一些；时间常数T0要适当小一 些；纯滞后时间0越小越好，0与T0之比应小于1. 2.扰动通道的放大系数Kf应尽可能小；时间常数Tf要大；扰动引入 系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)；容量滞后愈大， 愈有利于控制。 3.如果有N个干扰同时作用于控制系统,由于由检测元件处进入干 扰时被控制量的影响最严重,因此在选择时,应尽力使干扰远离 被控量而诹执行器近些。 4.如果广义对象由几个时间常数环节串联而成，选择控制量时应 尽可能避免几个T相等或相近的状况，越错开越好。
Kf Wf (s) Tf s 1
Ko Wo (s) To s 1
则在定值控制下输出对干扰的闭环传递函数为
Wf (s ) Y(s ) F( s ) 1 Wc (s )Wo (s ) K f (To s 1) ......... (To s 1)(Tf s 1) K c K o (Tf s 1)
31
第二节 单回路控制系统方案设计
(五).实例讨论
例：喷雾式乳粉干燥设备的控制。
1.工艺流程：参见图 2.控制要求：干燥后的产品含水 量波动要小。 3.被控参数选择：干燥器里的 温度
第五章 过程控制系统概述
第五章过程控制系统概述第一节 自动检测与自动控制系统一、自动检测系统实现被测变量的自动检测、数据处理及显示 （记录）功能的系统叫过程自动检测系统。
自动检 测系统由两部分组成：检测对象和检测装置。
如下 图所示：检测部分检测对象 转换放大 就地显示远传显示检测装置 数据处理计算机系统若检测装置由检测部分、转换放大和就地显示环节构 成，则检测装置实际为一块就地显示的检测仪表。
如单圈弹 簧管压力表、玻璃温度计等。
若检测装置由检测部分、转换放大和数据处理环节 与远传显示仪表（或计算机系统）组成，则把检测、转换 、数据处理环节称为“传感器”（如霍尔传感器、热电 偶、热电阻等），它将被测变量转换成规定信号送给远传显 示仪表（或计算机系统）进行显示。
若传感器输出信号为国 际统一标准信号4～20mA DC电流（或20~100KPa气 压），则称其为变送器（如压力变送器、温度变送器等）。
二、过程自动控制系统能替代人工来操作生产过程的装置组成了过程自动控制系统。
由 于生产过程中“定值系统”使用最多，所以常常通过“定值系统” 来讨论过程自动控制系统。
（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，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框图过程控制系统的组成过程控制系统 检测元件和变送器比较机构 检测被控制的物理量，其作用是把被控变量转化为测量值 将设定值与测量值比较并产生偏差值工艺参数需要控制的工艺设备、机器或生产过程， 如上例中的水槽 对象 控制器 根据偏差的正负、大小及变化情况，按预定的控制规律实施控制作用，比较机构和控制器通常组合在一起，它可以是气动控制器、电动控制器、可编程序控制器、分布式控制系统（DCS ）等过程控制系统的组成被控变量 设定值被控对象中，通过控制能达到工艺要求设 定值的工艺变量，如上例中的水槽液位被控变量的希望值，由工艺要求决 定，如上例中的50%液位高度接受控制器送来的信号，相应地去改变操纵变 量q以稳定被控变y，最常用的执行器是气动薄膜 控制阀执行器过程控制系统的组成偏差e 操纵变量 操纵变量q q 设定值与被控变量的测量值（统一标准信号）之差由控制器操纵，能使被控变量恢复到设定值的物理量或能量，如上例中的出水量 被控变量的实际测量值 测量值Z扰动 扰动ff 除操纵变量外，作用于生产过程对象并引起被控变量变化的随机因素，如进料量的波动 起被控变量变化的随机因素，如进料量的波动第二节 传递函数与方块图变换传递函数可以直观、形象地表示出一个系统 的结构和系统各变量之间的关系。
过程控制系统 复习总结!
过程控制系统知识点总结）一、概论1、过程控制概念：五大参数。
过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。
2、简单控制系统框图。
控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。
主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。
控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。
3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。
4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。
QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。
它们之间联用要采用电气转换器。
5、电信号的传输方式，各自特点。
电压传输特点：1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点；3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。
电流信号的特点：1).某台仪表出故障时，影响其他仪表；2).无公共地点。
若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。
6、变送器有四线制和二线制之分。
区别。
1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。
2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。
活零点，两条线既是信号线又是电源线。
7、本安防爆系统的2个条件。
1、在危险场所使用本质安全型防爆仪表。
2、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。
第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪（Recorder ） A ——报警器（Alarm ）加热炉8、安全栅的作用、种类。
过程控制系统的四个环节以及相关概念
过程控制系统的四个环节以及相关概念嘿，伙计们！今天我们要聊聊过程控制系统的四个环节以及相关概念。
别担心，我会用最简单的语言和你们分享这个话题，让你们轻松理解。
我们来了解一下什么是过程控制系统吧。
过程控制系统，简单来说，就是用来控制一个或多个过程的系统。
就像我们的生活一样，有很多事情需要我们去管理、去调整。
而过程控制系统就是帮助我们更好地管理这些事情的一种方法。
那么，这个过程控制系统有哪四个环节呢？接下来，我们就来一一了解一下。
1. 输入(Input)输入就像是给我们的过程控制系统提供了原材料。
比如说，我们在做饭的时候，需要把米、水、油等食材放进锅里，这就是输入。
只有当我们把这些食材准备好了，过程控制系统才能开始工作。
所以说，输入是过程控制系统的第一步。
2. 处理(Processing)处理就像是我们的过程控制系统对原材料进行加工的过程。
比如说，我们把米洗干净，加水煮熟，这就是处理。
处理的过程中，我们需要根据一定的规则和顺序来进行操作，以确保最终的结果是正确的。
所以说，处理是过程控制系统的核心环节。
3. 控制(Controlling)控制就像是我们的过程控制系统对加工后的产品进行监督和管理的过程。
比如说，我们通过温度计来监测水的温度，确保煮饭的过程中水不会沸腾过快或者过慢。
这就是控制。
只有当我们对加工后的产品进行有效的控制，才能保证最终的结果是满意的。
所以说，控制是过程控制系统的关键环节。
4. 输出(Output)输出就像是我们的过程控制系统将加工后的产品呈现给用户的过程。
比如说，我们把煮好的米饭盛到碗里，端到餐桌上，这就是输出。
输出的过程中，我们需要确保产品的质量和数量都是符合要求的。
所以说，输出是过程控制系统的最后一步。
好了，现在我们已经了解了过程控制系统的四个环节：输入、处理、控制和输出。
接下来，我们再来聊一聊与这些环节相关的概念。
1. 反馈(Feedback)反馈是指过程控制系统根据输出结果对控制策略进行调整的过程。
过程控制系统
过程控制系统在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材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称为生产过程自动化。
生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段,是20世纪科学与技术进步的特征,是工业现代化的标志。
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就称为过程控制。
过程控制系统（process control systems）可以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。
随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难达到生产和管理要求，计算机过程控制系统是近几十年发展起来的以计算机为核心的控制系统。
过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。
20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。
60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。
70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。
以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。
这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。
例如，锅炉中蒸汽的产生、分馏塔中原油的分离等。
表征过程的主要参数有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。
通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。
正在加载查看图片集蒸汽锅炉的液位控制系统是过程控制系统的一个例子（图1）。
当产生蒸汽的耗水量与锅炉进水量相等时，液位保持在给定的正常标准值。
蒸汽量的增加或减少即引起液位的下降或上升。
差压传感器将液、汽间的压差（代表实际液位）与给定压差（代表给定液位）比较，得到两者的差值，称为偏差（代表实际液位与给定液位之差）。
控制器根据偏差值按照指定规律发出相应信号，控制调节阀的阀门，使液位恢复到给定的标准位置，从而实现对液位的自动控制。
(完整word版)过程控制系统的简介
当 和 均无量纲（采用计算机控制），则
故此：
（由此可见，比例度与比例系数成反比）
比例度的物理含义：如果 直接代表调节阀开度的变化量，那么 表示调节阀开度改变100%，即从全关到全开所需被调量的变化范围。只有当偏差处在这个范围以内时，调节阀的开度才与偏差成正比。超出比例带外，调节阀已处于全关或全开的状态，此时调节阀的输入输出已不再保持比例关系！
Risetime:上升时间Setting time:调节时间y(t)：输出值 :峰值
1.衰减比 （稳定性）
定义为两个相邻的同相波峰值之比 ,衰减比越大，系统越稳定
系统的响应为衰减振荡 系统的响应为等幅振荡
系统的响应为发散振荡
一般随动系统，常取衰减比为10:1；定值系统常取衰减比为4:1；
2. 衰减率（快速性）ห้องสมุดไป่ตู้
过程控制系统
过程控制的主要控制对象：
温度（Temperature），压力（Pressure），液位（Liquid level），
成分（Component）和物性（Physical property）等参数
控制系统首要的要求：
系统稳定性，所有参数必须保证系统能够运行正常且具有一定的稳定裕度，通常可取衰减比作为稳定指标，随动系统，常取衰减比为10:1；定值系统常取衰减比为4:1；
时域控制性能指标：
以二阶系统的单位阶跃响应输出为例
; ；
:为系统的无阻尼自然振荡角频率
：阻尼比
：系统的振荡周期
上升时间
峰值时间: ( 为第 个峰值，峰值时间 为第一个峰值时间)
最大超调量:
过渡过程时间（调节时间）:
过程控制系统概述
2.试验辨识法
先给被控过程人为地 施加一个输入作用，然后 记录过程的输出变化量， 得到一系列试验数据或曲 线，最后再根据输入－输 出试验数据确定其模型的 结构（包括模型形式、阶 次与纯滞后时间等）与模 型的参数。
主要步骤
3.混合法
机理演绎法与试验辩识法的相互交替使用的一种方法 精品文档
锅炉汽包水位的变化过程为典型的具有反向特性的过程
在给水量阶跃增大而燃料量和蒸汽负荷不变的情况下，由于蒸发率的 降低，于是刚开始时水位会下降，然后才逐渐上升。
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3.1.3 过程(guòchéng)建模方 法
1.机理(jī lǐ)演绎法 根据被控过程的内部机理，运用已知的静态或动态平衡关系，用数学解析的方法求取被控过
3 过程控制系统(kònɡ zhì xì tǒnɡ)概述
LOGO
精品文档
主要 (zhǔyào)内 3容.1 被控过程的数学模型
3.2 简单(jiǎndān) 控制系统 3.3 常用高性能控制系统
3.4 实现特殊工艺要求的控制系统
精品文档
3.1 被控过程的数学模型
3.1.1 被控过程(guòchéng)的数学模型及 其作用 被控(bèi kònɡ)过程的数学模型是指过程的输入变量与输出变量之间定量关系的描述。
衰减振荡的传递函数一般可表示为
Ke s
G(s) (T 2s2 2Ts 1) 精品文档
(0 1)
• 具有(jùyǒu)反向特性的过 程
对过程(guòchéng)施加一阶跃输入信号，若在开始一段时间内，过程(guòchéng)输出先降 后升或先升后降，即出现相反的变化方向，则其为具有反向特性的被控过程(guòchéng)。
（a）
《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。
过程控制系统的基本概念
自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ 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 集散控制系统（ 、可编程逻辑控制器 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，已成为控制装置的主流。 器等，已成为控制装置的主流。 集散控制系统实现了控制分散、危险分散，操作监测和管理集中。 集散控制系统实现了控制分散、危险分散，操作监测和管理集中。 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 控制、 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 20 世纪 90 年代至今：信息技术飞速发展 年代至今： 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。 系统： 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， 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，形成了真正意义上的全数字过程控制系 的重大变革。现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系 各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。 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。 控制理论：人工智能、神经网络控制。 总的来看，过程控制从实践上分 可以分成两个阶段。一个是经典控制 控制从实践上分， 控制理论阶 总的来看，过程控制从实践上分，可以分成两个阶段。一个是经典控制理论阶 一个是现代控制理论阶段 经典控制理论， 阶段。 段，一个是现代控制理论阶段。经典控制理论，大约形成在 1932 年到 1960 年。通 常把它叫做自动控制理论 或者自动调节原理。 经典”两个字一般不出现。 理论， 常把它叫做自动控制理论，或者自动调节原理。 经典”两个字一般不出现。与经典 “ 控制理论相对应的， 现代控制理论。 年以后。通常也 控制理论相对应的，是现代控制理论。形成于 1960 年以后。通常也把它叫做线性系 统理论。 统理论。 二、自动控制技术的应用范畴 自动控制技术的应用范畴 1.宇航方面： 现代控制理论） 宇航方面： 现代控制理论） 宇航方面 （现代控制理论 （ 同步卫星与地面接收站直接对应，偏差影响收看效果（随动控制系统） 同步卫星与地面接收站直接对应，偏差影响收看效果（随动控制系统） 卫星的发射与回收（宇宙飞船，航天飞机）自动关机、 卫星的发射与回收（宇宙飞船，航天飞机）自动关机、点火系统 2.军事方面： 军事方面： 军事方面 火炮自动点火、 火炮自动点火、巡航导弹 3.其他方面： 其他方面： 其他方面 农业（病虫害防治、专家系统） 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） 社会科学（计划生育，人口增长模型） 4.现代管理： 现代管理： 现代管理 办公自动化（以计算机技术和现代通信技术为主体的综合处理与办公活动相关 办公自动化（以计算机技术和现代通信技术为主体的综合处理与办公活动相关 的语言、数据、图像、文字等人及信息系统。 的语言、数据、图像、文字等人及信息系统。 5.工业生产： 工业生产： 工业生产 自动车床、加热炉、 自动车床、加热炉、发酵罐 三、过程控制系统的特点