电子教案与课件：《过程控制及自动化仪表》电子课件 第七章 复杂控制系统
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《过程控制及仪表》课件
2
电气指标和计量单位
电流、电压、电阻、电功率等
பைடு நூலகம்
计量单位的转换
3
仪表信号传输和处理
传感器和信号转换器
信号放大和滤波
控制系统与仪表的应用
工业自动化中的应用
航空航天中的应用
生命科学中的应用
总结
概念、原理和应用
本课件对过程控制和仪表的概念、原理和应用进行了介绍。
为学习和工作提供指导
学生可以通过本课件了解控制系统和仪表相关知识，为今后的学习和工作提供指导。
《过程控制及仪表》PPT课件
# 过程控制及仪表PPT课件 ## 简介 - 本课件主要介绍过程控制和仪表的相关知识。 - 旨在帮助学生了解控制系统和仪表的基本原理以及使用方法。
控制系统
控制系统概述
定义和分类 组成和特点
控制系统建模
系统模型 状态空间模型 传递函数模型
仪表
1
仪表概述
定义和分类
组成和特点
第7章 复杂过程控制系统 《过程控制与自动化仪表》课件
W02*(s)
+
F1(s) + F1(s)
+ Y2(s) Y2(s)
W01(s)
Wm1(s)
Y1(s) Y1(s)
图7-7 串级控制系统等效框图
3.对负荷和操作条件的变化具有一定的适应能力
在串级控制系统中，由于副回路的给定值是随着主 控制器的输出而变化的。主控制器可以按照生产负 荷和操作条件的变化情况相应地调整副控制器的给 定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在新 的负荷和操作条件下，控制系统仍然具有较好的控 制质量。
X1(s) X1(s+)
﹣ Wc1(s) ﹣
X2(s)
X+2(s)
﹣ Wc2(s) ﹣
F1(s) F1(s)
F2(s) F2(s) Y2(s) W02(s) Y2(s) W01(s)
Wf(s)
Y1(s) Y1(s)
图7-15 前馈-串级控制系统结构图
7.3.3 前馈控制的选用与稳定性
1.实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及 不可控性
给定 给定
出口温度
﹣ 控制器 ﹣
炉膛温度
﹣ 控制器 ﹣
执行器
干扰f2、f3
干扰f1
炉膛温度 对象
T2 炉出口温 T2 度对象
T1 T1
炉膛温度测 量、变送
炉出口温度 测量、变送
图7-4 加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统方框图
扰动 f2（t）、 f3（t） 、对出口温度的影响主
要由炉膛温度调节器（副调节器）构成的控制 回路（副回路）来克服，扰动f1(t)、对炉口温度 的影响由出口温度调节器（主调节器）构成的 控制回路（主回路）来消除。
7.2 串级控制系统设计
+
F1(s) + F1(s)
+ Y2(s) Y2(s)
W01(s)
Wm1(s)
Y1(s) Y1(s)
图7-7 串级控制系统等效框图
3.对负荷和操作条件的变化具有一定的适应能力
在串级控制系统中，由于副回路的给定值是随着主 控制器的输出而变化的。主控制器可以按照生产负 荷和操作条件的变化情况相应地调整副控制器的给 定值，使系统运行在新的工作点上，从而保证在新 的负荷和操作条件下，控制系统仍然具有较好的控 制质量。
X1(s) X1(s+)
﹣ Wc1(s) ﹣
X2(s)
X+2(s)
﹣ Wc2(s) ﹣
F1(s) F1(s)
F2(s) F2(s) Y2(s) W02(s) Y2(s) W01(s)
Wf(s)
Y1(s) Y1(s)
图7-15 前馈-串级控制系统结构图
7.3.3 前馈控制的选用与稳定性
1.实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及 不可控性
给定 给定
出口温度
﹣ 控制器 ﹣
炉膛温度
﹣ 控制器 ﹣
执行器
干扰f2、f3
干扰f1
炉膛温度 对象
T2 炉出口温 T2 度对象
T1 T1
炉膛温度测 量、变送
炉出口温度 测量、变送
图7-4 加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统方框图
扰动 f2（t）、 f3（t） 、对出口温度的影响主
要由炉膛温度调节器（副调节器）构成的控制 回路（副回路）来克服，扰动f1(t)、对炉口温度 的影响由出口温度调节器（主调节器）构成的 控制回路（主回路）来消除。
7.2 串级控制系统设计
过程控制与自动化仪表PPT
图1-9 过渡过程品质指标示意图
假定自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的 变化曲线如上图所示，这是属于衰减振荡的过渡过程
过程控制与自动化仪表
37
五种重要品质指标之一
1. 最大动态偏差或超调量
最大动态偏差是指在过渡过程中，被控变量偏 离稳态值的幅度。在衰减振荡过程中，最大偏差 就是第一个波的峰值。特别是对于一些有约束条 件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触 媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有 所限制。
发散震荡过程
X
过程控制与自动化仪表
34
预备知识
○、数学模型的基本概念 一、控制系统的运动微分方程 二、非线性数学模型的线性化
微分方程 传递函数 脉冲响应函数
三、拉氏变换和拉氏反变换 四、传递函数
五、系统方框图和信号流图
六、控制系统传递函数推导举例
11/19/2019 过程控制与自动化仪表
自动化仪表 与
过程控制
1
概念
自动化：机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没
有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、 信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
电力
过程控制 石油
煤炭
自动化钢铁运动控制Fra bibliotek冶金 化工
过程控制与自动化仪表
2
过程控制
过程控制----泛指石油、化工、电力、冶金、核能
态，这种状态就是静态。
过程控制与自动化仪表
29
动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统 重新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环 节和信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控制系统课件
2、单闭环比值控制系统
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
4
制系统
问题：可以精确的控制q1与q2的比值关系，但q1的值不可控，主 流量可以因干扰作用或负荷的升降而任意变化。适用于负荷变化不 大的场合。
丁烯洗涤塔的任务是除去丁烯馏分中所夹带的乙腈，为了保证洗 涤质量，要求根据进料流量配以一定比例的洗涤水量。
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
22
制系统
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。
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
2 20
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。
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
15
制系统
为实现动态比值一定，必须满足
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
8
制系统
硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程图
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
9
制系统
在变换炉生产过程中，半水煤气与水蒸气的量需保持一定的比值， 但其比值系数要随一段触媒层的温度变化而变化，才能在较大负荷变 化下保持良好的控制质量。在这里，蒸汽与半水煤气的流量经测量变 送后，送往除法器，计算得到它们的实际比值，作为流量比值控制器 FC的测量值。而FC的给定值来自温度控制器TC，最后通过调整蒸汽 量（实际上是调整了蒸汽与半水煤气的比值）来使变换炉触媒层的温 度恒定在规定的数值上。
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
4
制系统
问题：可以精确的控制q1与q2的比值关系，但q1的值不可控，主 流量可以因干扰作用或负荷的升降而任意变化。适用于负荷变化不 大的场合。
丁烯洗涤塔的任务是除去丁烯馏分中所夹带的乙腈，为了保证洗 涤质量，要求根据进料流量配以一定比例的洗涤水量。
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
22
制系统
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。
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
2 20
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。
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
15
制系统
为实现动态比值一定，必须满足
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
8
制系统
硝酸生产控制系统
氧化炉温度串级－比值控制流程图
过程控制及自动化仪表第七章实现特殊工艺要求的过程控
9
制系统
在变换炉生产过程中，半水煤气与水蒸气的量需保持一定的比值， 但其比值系数要随一段触媒层的温度变化而变化，才能在较大负荷变 化下保持良好的控制质量。在这里，蒸汽与半水煤气的流量经测量变 送后，送往除法器，计算得到它们的实际比值，作为流量比值控制器 FC的测量值。而FC的给定值来自温度控制器TC，最后通过调整蒸汽 量（实际上是调整了蒸汽与半水煤气的比值）来使变换炉触媒层的温 度恒定在规定的数值上。
《过程控制与自动化仪表》—教学教案
《过程控制与自动化仪表》课程教案（2）闭环控制系统-输入量输出量反馈元件控制器被控对象+反馈量偏差不仅有一条从输入端到输出端的前向通路，还有一条从输出端到输入端的反馈通路。
输出量通过一个测量变送元件反馈到输入端，与输入量比较后得到偏差信号来作为控制器的输入，反馈的作用是减小偏差，以达到满意的控制效果。
闭环控制又称为反馈控制。
如果输入量和反馈量相减则称为负反馈；反之，若二者相加，则称为正反馈。
控制系统中一般采用负反馈方式。
输入量与反馈量之差称为偏差信号。
系统的输出量能够自动地跟踪输入量，减小跟踪误差，提高控制精度，抑制扰动信号的影响。
案例分析：5.过程控制系统的特点（1）系统由被控对象与系列化生产的自动化仪表组成。
（2）被控对象复杂多样，通用控制系统难以设计。
（3）控制方案丰富多彩，控制要求越来越高。
（4）控制过程大多属于慢变过程与参量控制。
（大屏幕投影）解说闭环控制系统，举例分析，让学生加深印象《过程控制与自动化仪表》课程教案教学时间教学内容注释5分钟回顾上节课内容，进行复习提问。
开环和闭环的特点。
80 分钟二、相关知识1.过程控制系统的组成过程控制系统一般由自动化装置及生产装置两部分组成。
（1）被控对象：又称为被控过程。
它是控制系统的主体，在过程控制系统中，是指需要控制其工艺变量的生产设备或机器。
（2）变送器：其作用是将被控制的物理量检测出来并转换成工业仪表间的标准统一信号。
（3）控制器：又称为调节器。
其作用是根据反馈量与输入量比较得出的偏差，按一定的规律运算后对执行器发出相应的控制信号或指令的装置。
（4）执行器：其作用是依据控制器发出的控制信号或指令，改变操纵变量，从而对被控对象产生直接的控制作用。
系统的各种作用量有以下几个：（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。
化工仪表及自动化课件第七章__复杂控制系统
的函数。要求前馈控制器的校正
b
作用使被控变量的静态和动态误
a
差都接近或等于零。
前馈-反馈控制系统
特点：吸收前馈与反馈控制的优点，即前馈控制作用及时 的优点及反馈控制能克服多个扰动和具有对被控参数进行 反馈检测的长处。
实例
FFC
FT F
设定
反馈控制 器
T
TT
∑ T0
TC
G
干扰 前馈控制器 测量变送
控制阀
第七章 复杂控制系统
串级控制系统
本
比值控制系统
章
内
前馈控制系统
容
均匀控制系统
分程控制系统
选择性控制系统
一般情况下，单回路控制系统都能满足大部 分生产控制要求。但当被控对象的容量滞后比 较大，负荷变化比较剧烈、频繁，或者工艺对 产品质量要求很高，此时单回路控制系统就很 难满足控制要求，这就需要设计复杂的控制系 统对生产流程加以控制。
f2
f1
主控制器
副控制器 控制阀
r1
u1
u2
Q
c2
c1
Gc1
Gc 2
Gv
Gp2
G p1
副回路
主回路
副变送器
y2
Hm2
副对象 主对象
主变送器
y1
Hm1
串级控制系统方块 图
燃料 原料
管式加热炉出口温度控制系统
设定+
温度控制器
执行器
f2 f3
炉膛 T2 炉膛壁
f1
出口管 T1
温度检测变送器 系统方框图
所以两个阀组合在一起的可调范围扩大到： R 104 780 0.134
用于控制满足工艺上操作的特殊要求
过程控制与自动化仪表(对象特性)PPT课件
Q1与Q2之差被囤积在水槽中，造成液位上升。
动态平衡关系 （ ∆Ql - ∆ Q2 ）/ A = d∆h / dt
Q2
h Rs
阀门1 Q10
∆ Q1 = Kμ∆μ1
∆h 阀门2
式中：
h0
RS ——阀门2阻力系数；Kμ ——阀门1比例系数；μ1 — Q20 —阀门1的开度；
解得 ddth1A(K1R1s h)
Δh2 Δh2（∞）
程来近似。所谓滞后是
指被控变量的变化落后
0 τc
t
于扰动变化的时间。
W(S) esc
K0
T0S1
在S形曲线的拐点上作一切线，若将它与时间 轴的交点近似为反应曲线的起点，则曲线可表达为 带滞后的一阶特性：
∆h2(t)=
Δh2（∞）
-( t－τc)
K0∆μ1 (1－e T0 ) 0
5.2 单容对象动特性
当对象的输入输出可以用一阶微分方程式来描
述时，称为单容过程（只有一个存储容量）或一阶
特性对象。 阀门1 典型代表是水槽的水位特性。
工艺上要求水槽的液位h保持一
定数值。水槽就是被控对象，液
位h就是被控变量。
h0
Q10 阀门2
Q20
此时，对象的输入量是流入水槽的流量Q1，对 象的输出量是液位h。
用自衡率ρ表征对象自衡能力的大小
1 1 h() K
与放大系数K互为倒数
μ1
Δμ1
如果ρ大，说明对象的自
t
衡能力 大 。即对 象 能以较 小 Δh
的自我调整量Δh（∞），来抵 消较大的扰动量Δμ1。
T
K t
判断对象有无自衡能力的标志——能否对破坏
平衡的扰动作用施加反作用。
《过程控制与仪表》课件
均匀控制系统
均匀控制
均匀控制系统主要用于解决控制过程 中存在的速率问题，通过调节受控变 量的变化速率，使系统达到稳定状态 。这种系统通常用于化工、冶金等行 业的连续生产过程。
05
仪表在过程控制系统中的应用
温度仪表的应用
总结词
温度仪表是过程控制中常用的仪表之一 ，用于测量物体的温度。
VS
详细描述
过程控制系统的故障诊断
观察法
通过观察仪表的显示值、设备的运行状态等 ，初步判断故障原因。
听诊法
通过听设备的运行声音，判断设备是否正常 运转。
触摸法
通过触摸设备的表面，感受设备的温度、振 动等，判断设备是否正常运转。
故障代码法
如果有故障代码显示，可以根据故障代码查 找故障原因。
过程控制系统的故障处理
被控对象，是实现过程控制的基础。
02
仪表基础知识
仪表的分类与选型
分类
根据测量参数和应用领域，仪表可分 为温度计、压力计、流量计、液位计 等。
选型
选择合适的仪表类型需要考虑测量精 度、量程、环境条件、安装要求等因 素。
仪表的工作原理
传感器
传感器是仪表的核心部分，负责将待测参数转换为电 信号。
转换电路
《过程控制与仪表》PPT 课件
• 过程控制概述 • 仪表基础知识 • 过程控制系统的设计 • 常见的过程控制系统 • 仪表在过程控制系统中的应用 • 过程控制系统的维护与故障处理
01
过程控制概述
过程控制的基本概念
01
过程控制是指在工业生产过程中，对工艺参数进行 检测、比较、调整和控制的手段。
02
详细描述
压力仪表的种类包括压力传感器、压力变送 器和压力表等，它们能够将压力信号转换为 电信号或数字信号，传输给控制系统。在石 油、化工、天然气等行业中，压力仪表的应 用非常广泛，对于保证设备和管道的安全运 行以及产品质量具有重要作用。
过程控制与自动化仪表说课PPT课件
工业过程的控制。
第18页/共46页
师资队伍
自动化专业现有专职教师5名，兼职教师3名。其中副教授2名，高 级工程师1名，讲师3名，工程师1名，完全满足理论与实践教学需要。
教学条件
过程控制与仪表现有检测实验室，化工仪表实训室，仿真机房，以 及多媒体教室，完全满足教学需要。
与新疆金特，广汇等企业进行合作，建立各种实训基地，满足学生 实习需求。
第16页/共46页
教学资源
第17页/共46页
教材
高职高专“十一五”规划教 材
作 者：武平丽 主编 出 版 社：化学工业出版社 出版时间：2007-6-1
本书以控制系统为体系，将过程参数检测变 送、显示记录及控制仪表作为组成系统的相应环节， 力求完整体现过程控制的整体内容。在参数检测方面， 深入浅出地介绍了检测原理及方法；依据其代表性及 发展趋势，介绍了目前生产中广泛应用的检测仪表。 在控制仪表方面，根据生产实际情况，介绍了模拟、 数字控制器和电动、气动执行器。在控制系统方面， 着重介绍简单控制系统和几种常用复杂控制系统的设 计，以及分布式控制系统（DCS）的硬件和软件体系 构成与目前国内常见的几种分布式控制系统（DCS）。 此外，还简要介绍了显示记录仪表。最后介绍了典型
第9页/共46页
课时分配
学习项目一预计参考学时为4学时，学习项目二 预计参考学时为12学时，学习项目三预计参考学 时为4学时，学习项目四预计参考学时为14学时。 学习项目五预计参考学时为12学时，学习项目六 预计参考学时为8学时。
共计48学时，其中理论学时44学时，实践学时4 学时。
第10页/共46页
第4页/共46页
前导与后续课程
生产实训
过程控制与自动化仪表
高等数学
第18页/共46页
师资队伍
自动化专业现有专职教师5名，兼职教师3名。其中副教授2名，高 级工程师1名，讲师3名，工程师1名，完全满足理论与实践教学需要。
教学条件
过程控制与仪表现有检测实验室，化工仪表实训室，仿真机房，以 及多媒体教室，完全满足教学需要。
与新疆金特，广汇等企业进行合作，建立各种实训基地，满足学生 实习需求。
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教学资源
第17页/共46页
教材
高职高专“十一五”规划教 材
作 者：武平丽 主编 出 版 社：化学工业出版社 出版时间：2007-6-1
本书以控制系统为体系，将过程参数检测变 送、显示记录及控制仪表作为组成系统的相应环节， 力求完整体现过程控制的整体内容。在参数检测方面， 深入浅出地介绍了检测原理及方法；依据其代表性及 发展趋势，介绍了目前生产中广泛应用的检测仪表。 在控制仪表方面，根据生产实际情况，介绍了模拟、 数字控制器和电动、气动执行器。在控制系统方面， 着重介绍简单控制系统和几种常用复杂控制系统的设 计，以及分布式控制系统（DCS）的硬件和软件体系 构成与目前国内常见的几种分布式控制系统（DCS）。 此外，还简要介绍了显示记录仪表。最后介绍了典型
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课时分配
学习项目一预计参考学时为4学时，学习项目二 预计参考学时为12学时，学习项目三预计参考学 时为4学时，学习项目四预计参考学时为14学时。 学习项目五预计参考学时为12学时，学习项目六 预计参考学时为8学时。
共计48学时，其中理论学时44学时，实践学时4 学时。
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第4页/共46页
前导与后续课程
生产实训
过程控制与自动化仪表
高等数学
化工仪表及自动化课件第七章__复杂控制系统
4 高度动态
具有快速响应和大幅度变化的特点，在控制 中需要实时调节。
化工行业中的复杂控制系统应用案例
石油化工
发电厂控制
在炼油、化工加工等领域应用广泛，如精馏塔温度、 压力控制。
保证功率输出、温度和气体流量的稳定性和高效性。
水处理厂
用于控制投加量、能耗和废水回收，保障水质水量。
反馈控制和前馈控制的区别
复杂控制系统简介
探索复杂控制系统的特点和应用领域，了解它们的基本原理和设计方法，并 探讨优化和调节的最佳实践。
复杂控制系统的特点
1 高度集成
由多个子系统和模块交互作用形成，复杂性 高且相互依赖。
2 多变量
控制多个输入和输出，要考虑多种因素的相 互作用。
3 非线性响应
与系统输入之间存在非线性关系，需要进行 非线性建模和控制。
1
反馈控制
根据输出信号的反馈来调节控制器的输入，在实时中调整控制参数。
2
前馈控制
通过提前计算和预测来预防或纠正系统中的异常，避免震荡和控制错误。
单变量控制和多变量控制的对比
单变量控制
只控制一个特定的过程变量，如温度或流量，适用于简单的系统。
多变量控制
控制多个输入和输出，可同时监测和控制多个过程变量，用于复杂系统。
模型预测控制（MPC）的优势与应用
优势
使用数学模型对系统进行预测和优化，确保系统在发电、水处理等领域的复杂系统 控制中。
自适应控制算法的应用
基本概念
将捕捉的反馈信号与预期模型进行比较，自动调整 控制器的输入参数。
应用实例
在化工、制造和航天等领域得到广泛应用，如火箭 推进系统和异丙醇工艺过程中的控制。
系统优化的目标与方法
《自动化仪表与过程控制》课程教案
大学教案(首页)院(系)：电子工程教研室(系)：自动化大学教案学时：2学时：4学时：4大学教案学时：2本章思考题和习题习题：1-5思考题：哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的思考题：电容式差压变送器测量部分如图所示，问其中哪部分是作为测量膜片的电容动极片？主要参考资料范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题某流量自动控制系统，用纯比例控制器进行控制。
图示为采用不同比例度时系统的过渡过程（其中曲线b、c为比较满意的控制结果）。
试判断四条过渡过程曲线中哪一条对应的比例度最大？A 曲线aB 曲线bC 曲线cD 曲线d主要参考资料历玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社赵玉珠，《测量仪表与自动化》，石油大学出版社张宝芬，《自动检测技术及仪表控制系统》，化学工业出版社周泽魁，《控制仪表与计算机控制装置》，化学工业出版社康光华，《电子技术基础》，高等教育出版社备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题习题：4-3，4-5思考题：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐内液体严禁溢出。
当选择流出量Q 为操纵变量时，其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？（A）气关式、正作用（B）气开式、正作用（C）气关式、反作用（D）气开式、反作用主要参考资料历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编《.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：241。
《过程控制及自动化仪表》 潘永湘-配套课件-第七章ppt
_
Gc1(s)
Kr' +
_
Gc2(s)
Gv2(s)
G02(s) Gm2(s)
Q2(s)
G0(s)
Y(s)
K'
÷ Gm1(s)
Q1(s)
图6.23 变比值控制系统框图
Gm(s)
工作过程：当系统处于稳态，GC1 ( s )输出不变，主副流量恒定， 比值不变；当系统受到干扰，比值虽不变，但由于流量的变化， 使主参数偏高了设定值，致使GC1 ( s )的输出X 2 ( s )产生变化，改 变了GC 2 ( s )的设定值，相当于修正了两个流量的比值，使系统在
'
得换算公式： K ' K Q1max Q2max
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。
p18
（2）流量与测量信号之间成非线性关系 利用节流原理测流量时，流量计输出信号与流量的平方成正比： ∆I=CQ2
则
2 Q1 I1 2 16 4 Q1max
p23
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。
p24
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。
4）在常规状态下，如何保证安全生产问题，即当操作条件达到安全极限时，通过选 择器，选用不安全情况的备用控制系统自动取代正常工况下的控制系统，待工况恢 复正常后，备用控制系统自动脱离，正常工况控制系统又自动投入运行。 —自动 选择性控制
Gc1(s)
Kr' +
_
Gc2(s)
Gv2(s)
G02(s) Gm2(s)
Q2(s)
G0(s)
Y(s)
K'
÷ Gm1(s)
Q1(s)
图6.23 变比值控制系统框图
Gm(s)
工作过程：当系统处于稳态，GC1 ( s )输出不变，主副流量恒定， 比值不变；当系统受到干扰，比值虽不变，但由于流量的变化， 使主参数偏高了设定值，致使GC1 ( s )的输出X 2 ( s )产生变化，改 变了GC 2 ( s )的设定值，相当于修正了两个流量的比值，使系统在
'
得换算公式： K ' K Q1max Q2max
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。
p18
（2）流量与测量信号之间成非线性关系 利用节流原理测流量时，流量计输出信号与流量的平方成正比： ∆I=CQ2
则
2 Q1 I1 2 16 4 Q1max
p23
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。
p24
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。
4）在常规状态下，如何保证安全生产问题，即当操作条件达到安全极限时，通过选 择器，选用不安全情况的备用控制系统自动取代正常工况下的控制系统，待工况恢 复正常后，备用控制系统自动脱离，正常工况控制系统又自动投入运行。 —自动 选择性控制
过程控制与自动化仪表培训课件
过程控制与自动化仪表培训课件
1. 介绍
过程控制与自动化仪表是现代工业中的重要组成部分。
它涉及到测量、控制和监控工艺过程中的各种参数和变量。
本课程旨在向学习者介绍过程控制与自动化仪表的基本概念、原理和应用。
2. 仪表分类
2.1 按测量对象分类
•压力仪表
•温度仪表
•流量仪表
•液位仪表2.2 按信号形式分类
•模拟仪表
•数字仪表2.3 按用途分类
•测量仪表
•控制仪表
•监控仪表
3. 仪表基本原理3.1 传感器原理
•电阻传感器
•压阻传感器
•热敏传感器
•光电传感器3.2 信号处理原理
•放大器
•滤波器
•数字转换器
4. 过程控制基础知识4.1 反馈控制系统
•控制回路结构
•比例控制器
•积分控制器
•微分控制器
•PID控制器4.2 前馈控制系统
•开环控制
•前馈补偿
4.3 多变量控制系统
•多变量控制策略
•协调控制
5. 仪表校准与维护5.1 校准方法
•在场校准
•标准器校准
5.2 维护与保养
•仪表保养
•故障排除
6. 实际应用案例
6.1 汽车制造业
•车身焊接过程控制
•质量检测仪表
6.2 化工行业
•反应过程控制
•温度、压力、流量仪表
6.3 电力行业
•发电机控制系统
•输电线路监控仪表
7. 总结
过程控制与自动化仪表是现代工业中不可或缺的一部分。
通过本课程的学习，希望学习者能够掌握仪表的基本原理和应用，并能在实际工作中灵活运用。
欢迎大家提问和讨论，共同进步！。
过程控制系统与仪表 第2版 课件 第7章第2节
Q 1.在觅知网出售的PPT模板是免版税类（RF：Royalty-Free）正版受《中国人民共和国著作法》和《世界版权公约》的1
用比值器联系； 保护，作品的所有权、版权和著作权归觅知网所有，您下载的是PPT模板素材的使用权。
➢ 控制目标：Q =K Q ； F T F C 2.不得将觅知网的PPT模板、PPT素材，本身用于再出售，或者出租、出借、转让、分销、发布或者作为礼物供他人使用
料和空气量成一定比例，以保证燃烧经济性。
1.在觅知网出售的PPT模板是免版税类（RF：Royalty-Free）正版受《中国人民共和国著作法》和《世界版权公约》的
定义：实现两个或多个参数 满足 （主要为流量） 保护，作品的所有权、版权和著作权归觅知网所有，您下载的是PPT模板素材的使用权。
2.不得将觅知网的PPT模板、PPT素材，本身用于再出售，或者出租、出借、转让、分销、发布或者作为礼物供他人使用
F2C
总流量不稳定。
Q2
第7章 复杂控制系统
过程控制系统与仪表
3. 双闭环比值控制系统
为了克服单闭环比版值权控声制明中主流量不受控制的缺
点，增加了主流量控制回路。 感谢您下载觅知网平台上提供的PPT作品，为了您和觅知网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法
➢ 有两个闭环控制回路， 律责任！觅知网将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
2.不得将觅知网的PPT模板、PPT素材，本身用于再出售，或者出租、出借、转让、分销、发布或者作为礼物供他人使用
➢ 控制目标：Q =KQ ； ，不得转授权、出卖、转让本协议或者本协2 议中的权利1。
Q1
➢ 对Q 只测量、不控制。 1
Q2跟随Q1成比例变
用比值器联系； 保护，作品的所有权、版权和著作权归觅知网所有，您下载的是PPT模板素材的使用权。
➢ 控制目标：Q =K Q ； F T F C 2.不得将觅知网的PPT模板、PPT素材，本身用于再出售，或者出租、出借、转让、分销、发布或者作为礼物供他人使用
料和空气量成一定比例，以保证燃烧经济性。
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定义：实现两个或多个参数 满足 （主要为流量） 保护，作品的所有权、版权和著作权归觅知网所有，您下载的是PPT模板素材的使用权。
2.不得将觅知网的PPT模板、PPT素材，本身用于再出售，或者出租、出借、转让、分销、发布或者作为礼物供他人使用
F2C
总流量不稳定。
Q2
第7章 复杂控制系统
过程控制系统与仪表
3. 双闭环比值控制系统
为了克服单闭环比版值权控声制明中主流量不受控制的缺
点，增加了主流量控制回路。 感谢您下载觅知网平台上提供的PPT作品，为了您和觅知网以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法
➢ 有两个闭环控制回路， 律责任！觅知网将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！
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➢ 控制目标：Q =KQ ； ，不得转授权、出卖、转让本协议或者本协2 议中的权利1。
Q1
➢ 对Q 只测量、不控制。 1
Q2跟随Q1成比例变
过程控制与自动化仪表PPT课件
块表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间
的作用信号。
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第二节过程控制系统的组成及其分类
液位自动控制的方块图
• 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差 信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被 控变量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正 反馈。
第二节 过程控制系统的组成及其分 类
1.定值控制方法
“定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作用是使 被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不 变，就需要采用定值控制系统。
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟 随给定值的变化而变化。
第111页6/共41页
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
动态——被控变量随时间变化的不平衡状态 。
从干扰作用破坏静态平衡，经过控制，直到系统重 新建立平衡，在这一段时间中，整个系统的各个环节和 信号都处于变动状态之中，这种状态叫做动态。
结论：在自动化工作中，了解系统的静态是必要的，但是了 解系统的动态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客观存 在的，是不可避免的，就需要通过自动化装置不断地施加控 制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，从而使被控变量保持 在工艺生产所要求控制的技术指标上。
图1-11 温度控制系统过渡过程曲线
第232页8/共41页
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指 标
解 最大偏差A＝230-200＝30℃ 余差C＝205-200＝５℃ 由图上可以看出，第一个波峰值B＝230-205＝25℃， 第二个波峰值B′＝210－205＝5℃， 故衰减比应为B:B′＝25:5＝5:1。 振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔， 故周期T＝20-5＝15（min）
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n单闭环比值控制系统
F1
F1C
F2C
F2
比值器
F2
控制器F2C
执行器
对象
副测量变送
F1 主测量变送
特点------两种物料流量之比较为精确，系统结构简单，实施方便。 不足------两种物料的总量（F1＋F２）不固定。
比值控制系统的类型
n单闭环比值控制系统与串级控制系统比较
设定值
比值器
F2
控制器F2C
图）
7.1 串级控制系统
基本原理及结构 在多回路控制系统中，有两个被控对象、两套测量变送装
置、两台控制器和一个控制阀构成的系统称为串级控制系统。
f2
f1
主控制器
副控制器 控制阀
r1
u1
u2
Q
c2
c1
Gc1
Gc 2
Gv
G p2
G p1
-
- 副回路
主回路
副变送器
y2
Hm2
副对象 主对象
主变送器
y1
H m1
测量变送1
串级控制系统的特点
n在系统结构上，串级控制系统有两个闭合回路：主回路和副回路； 有两个控制器：主控制器和副控制器；有两个测量变送器。
设定值
温度 控制器
干扰
干扰
流量 控制器
控制阀
流量对象
温度对象
釜温
定值控制 系统
随动控制 系统
测量变送 测量变送
串级控制系统的特点
n串级控制系统由于增加了副回路，具有有一定的自适应能力。
执行器
对象
副测量变送
F1 主测量变送
设定值
副控 制器
主控 制器
控制阀
干扰
干扰
副对象
主对象
主变量
测量变送 测量变送
比值控制系统的类型
n双闭环比值控制系统
F1
F1C K
F2C F2
给定
主流量控制器
K 副流量控制器
执行器
F1 主流量对象
主测量、变送
执行器
F2 副流量对象
副测量、变送
特点------两种物料流量之比精确，其总量（F1＋F２）基本保持不变。 不足------系统结构比较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整比较复杂。 使用场合----主流量干扰频繁，工艺不允许有较大波动或工艺上经常需要提升负
设定值
主控 制器
干扰
干扰
副控 制器
控制阀
副对象
主对象
主变量
副测量变送 主测量变送
串级控制系统的设计
n串级控制系统副参数的选择及副回路的设计
•主副变量间应有一定的内在联系 •系统的主要干扰应包围在副回路中 •在可能的情况下，应使副环包围更多的次要干扰 •副变量的选择应考虑主副对象时间常数的匹配，防止共振的发生 •当对象具有较大的纯滞后而影响控制质量时，在选择副变量时应使副环 尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后
示例三
示例四
示例五
串级控制系统适应场合
n被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标 n对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标 n控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰 n被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大
7.2 前馈控制系统
n前馈控制系统与反馈控制比较
串级控制系统的设计
n主副控制器正反作用的选择实例
蒸汽
进料
精
馏
FC TC
塔
设定值
反
温度 控制器
流量 控制器
控制阀
流量对象
温度对象
釜温
测量变送 测量变送
当主、副变量在增加（或减小）时，为使主、副变量减小（或增加），要求控制阀 的作用方向是一致的时候，主控制器应选择反作用；反之选正作用。
示例一
示例二
设定
反馈控制器
干扰
执行器 测量变送
对象
被控变量
前馈控制器 执行器
测量变送
干扰 被控变量
对象
• 前馈控制比反馈控制及时有效 • 前馈控制属于开环控制系统，反馈控制是闭环控制系统 • 前馈控制使用的实施对象特性而定的专用控制器，反馈控制采用通用
PID控制器 • 一种前馈作用之能克服一种干扰，反馈控制只用一个控制器就可克服多
串级控制系统方块图
串级控制系统的特点
n在系统特性上，串级控制系统由于副回路的引入，改善了对象特 征，使控制过程加快，具有超前控制的作用。
X
单单回回路路控控制制系系统统
控制阀
F2
控制阀
对象2 a
测量变送
F1
Y 对象1
b
c
X 主控制器
副控制器
控制阀
F2
对象2 a
F1
对象1 b
Y c
测量变送2
串串级级控控制制系系统统
塔1
塔2
LC
2
FC
1
均匀控制是在连续生产过程中各种设备前后紧密联系的情况下 提出来的一种特殊的液位（或气压）—流量控制。其目的在于 使液位保持在一个允许的变化范围，而流量保持平稳。
均匀控制系统
构成均匀控制系统，液位和流量两个参数的变化应满足如下要求： 1. 两个参数在控制过程中都应该是变化的，且变化是缓慢的。 2. 两个参数必须在允许的范围内变化，均匀控制要求在最大干扰作用 下，液位在塔釜的上下限内波动，而流量应在一定的范围内平稳渐变， 避免对后段工序产生较大的干扰。
比值控制系统-----实现两个或两个机上参数符合 一定比例 关系的控制系统
主物料-------处于主导地位的物料 表征该物料的参数为主动量F1（主流量）
从物料--------随主物料的变化呈比例的变化的另一种物
K ¢ = F2 F1
副流量 主流量
比值控制系统的类型
荷的场合。
比值控制系统的类型
n变比值比值控制系统
F1
FT 1
T
÷
FC
TC
TT
FT 2 F2
主控制器
干扰
比值控制器
控制阀
流量对象 F2 主对象 Y
测量变送器
除法器
测量变送器
F1
测量变送器
特点------两种物料流量的比值能灵活地随第三变量的需要而变化。
设计
7.4 均匀控制系统
n均匀控制系统的基本概念
第七章
本章主要内容
7.1 串级控制系统（基本概念、 特点、系统的设计、应用场合 及应 用中的问题）
7.2 前馈控制系统（基本概念、系统的几种结构形式及其应用场合） 7.3 比值控制系统（基本概念、常用的比值控制方案及系统的设计） 7.4 均匀控制系统（系统的概念、控制方案） 7.5 分程控制系统（系统的基本概念、系统的应用中的几个问题） 7.6 选择性控制系统（基本概念、系统的应用、积分饱和及其防止） 7.7 新型控制系统简介（基本概念） 7.8 控制流程图识图（常规控制流程图识图、计算机控制流程图识
个干扰
前馈控制框图
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前馈控制系统的应用场合
n 系统中存在着可测但不可控的变化幅度大，且频繁的 干扰，这些干扰对被控参数影响显著，反馈控制达不 到质量要求时。
n 当控制系统的控制通道滞后时间较长，由于反馈控制 不及时影响控制质量时，可采用前馈或前馈－反馈控 制系统 。
7.3 比值控制系统