过程控制系统李国勇电子教案第1章概述
1-01 过程控制技术与系统PPT课件
衡量控制系统的品质指标: • 1）单项指标：稳定性、准确性、快速性 • 2）综合指标：适当组合单项指标
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过程控制 第一章
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§1.3.2 以过渡过程形式表征的性能指标
1．稳定性 2 ．准确性 3 ．快速性
（1）开环控制系统（前馈控制系统）
控制设备和控制对象在信号关系上没有形成闭合回路。
特点； 优点： 缺点：
是按扰动进行控制。 结构简单，速度快 精度差，只能克服单一扰动。
（2）闭环控制系统（反馈控制系统）
被控量信号反馈到控制设备的输入端，成为控制设备生产控制作用的依据
特点； 基于偏差，消除偏差 优点： 可以克服各种扰动对被控量的影响 缺点： 控制作用落后于干扰，速度慢 （3）复合控制系统
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（3）顺序控制
顺序控制一般可分为: 时间定序式
过程定序式
时间定序式: 指按预定的时间顺序而触发控制作 按照用生产的过发程生工（艺如要启求预动先／拟停定止的、顺闭序，合有／计断划开、等有）步骤；、
自动地对生产过程进行一系列的操作
主要过用于程主定机序或式辅:机依的自据动生启产停过程程序进控制行，的以状及态辅决助定系统下的一 程序序控步控制制、控。定制如期作汽排用机污是的和否自定动期发启吹生停灰。程的序程控序制控、制磨等煤 。机自动启停程
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（4）自动保护：
在发生故障时，自动采取保护措施，使故障及时消 除或保护设备不受严重破坏。
要求： 为确保设备的安全
发生故障时能自动地完成必要的操作，使故障及 时消除（防患于未然）
第1章 过程控制系统概述ppt课件
三、过程控制系统的分类
１. 按结构特点分类 (１) 反馈控制系统 (２) 前馈控制系统
(３) 前馈—反馈控制系统（复合控制系统）
２. 按给定信号的特点分类 (１) 定值控制系统
(２) 程序控制系统 (３) 随动控制系统
(１) 方框图中每一个方框表示一个具体的实物。 (２) 方框之间带箭头的线段表示它们之间的信号联系，与 工艺设备间物料的流向无关。 (３) 比较点不是一个独立的元件，而色色 ２. 控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 ３. 控制方案多种多样 ４. 定值控制是过程控制的一种主要控制形式
要求学生能应用控制理论和工程处理方法，掌握 过程控制系统控制方案的分析、设计和工程实施能 力。
§１—２ 过程控制系统的组成、特征及分类
一、过程控制系统的组成
１. 常用术语（见表１—２—１）
２. 方框图
方框图是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，是控制系统进行理论分析、设计中常用到的一种形 式。每一个方框表示系统中的一个组成部分（也称为环节）， 方框内填入表示其自身特性的数学表达式或文字说明。
学习目标
１. 了解过程控制的发展历程和发展方向。 ２. 了解本课程的地位和性质。 ３. 掌握过程控制的定义，弄清过程控制的目的。 ４. 掌握过程控制系统的组成和特点。 ５. 掌握过程控制系统的分类以及相互之间的区别。
§1—1 绪论
一、过程控制概述
1．定义 过程控制系统是以表征生产过程的参量为被控制量，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。表征过程的主要参量有温度、压力、 流量、液位、成分和浓度等。过程控制系统的任务就是通 过对过程参量的控制，使生产过程中产品的产量增加、质 量提高、能耗减少，实现工业生产过程自动化。
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。
过程控制系统电子教案01
1.1 过程控制的要求与任务过程控制(Process Control)是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部门以连续性物流为主要特征的生产过程的自动控制。
➢过程控制的任务：在充分了解生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上，应用控制理论对系统进行分析与综合，以生产过程中物流变化信息量作为被控量，选用适宜的技术手段和自动化装置，达到优质、高产、低耗的控制目标。
➢过程控制的目标：安全性越限、事过程控制的目标故报警；连锁保护；故障预测与诊断；容错稳定性抑制干扰、保持生产过程的稳定运行经济性低成本、高效益、少能耗1.2.1 系统组成电加热器加热水产生一定压力的水蒸汽，并通过上部的输汽管供给用户或下一个工序，为了及时补充因蒸发而不断减少的锅炉水量，在锅炉下部用水泵连续地加入冷水。
由电加热炉控制系统可知，过程控制系统由以下几部分组成：1．被控过程（或对象）；2．用于生产过程参数检测的检测与变送仪表；3．控制器；4．执行机构；5．报警、保护和连锁等其它部件。
1.2.2 过程控制系统特点1. 被控过程的多样性石油化工过程、钢铁生产中的冶炼过程……被控量的多样性：压力温度流量液位……不同于运动控制系统。
2. 控制方案的多样性系统硬件：调节仪表、控制器、执行机构（调节阀）、检测与变送仪表控制算法：PID控制、复杂控制、先进控制、智能控制等控制方案结构：单变量控制系统、多变量控制系统、单回路控制、多回路控制3. 被控过程属慢过程、多参数控制连续工业过程大惯性和大滞后决定了被控过程为慢过程被控量有压力、流量、液位、温度、成分等多个4. 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。
基本要求：稳定性、准确性和快速性定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系统的被控参数能稳、准、快地保持接近或等于设定值。
随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即稳、准、快地跟踪设定值。
1．衰减比和衰减率衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。
《过程控制系统》课程介绍与教学大纲
《过程控制系统》课程简介课程编号：06024012课程名称：过程控制系统/ Process Control System学分：2.5学时：40 （课内实验：4 上机：课外实践：）适用专业：自动化专业建议修读学期：7开课单位：测控技术与仪器系先修课程：《自动控制原理》《自动检测技术》等考核方式与成绩评定标准：考试，成绩=期末成绩（70%） +平时成绩（30%）教材与主要参考书目：《过程控制系统》（第二版）方康玲主编武汉理工大学出版社2007.2《过程控制工程》，蒋慰孙、俞金寿编著，中国石化出版社，1999《过程控制系统及工程》，翁维勤、周庆海编，化学工业出版社，1996《过程控制工程》，孙洪程等编，高等教育出版社，2006《工业生产过程控制》，何衍庆等编，化学工业出版社，2004内容概述：中文：过程控制和运动控制是自动控制技术的两个重要分支。
本课程主要介绍了过程控制的基本概念、组成以及简单过程控制、复杂过程控制系统的基本原理、系统设计技术以及应用技术等。
在介绍每一种控制策略的同时，都给出了其在不同实际场合下的具体应用实例。
英文：Process control and motion control are the two important branch of automation control technology. This course mainly introduce the basic concept of process control, constitution and the basic principle, system design technology, and application technology of process control. At the same time, concrete examples are given to introduce the different control strategy applied in practice.《过程控制系统》教学大纲课程编号：06024012课程名称：过程控制系统/ Process Control System学分：2.5学时：40 (课内实验：4 上机：课外实践： )适用专业：自动化专业建议修读学期：7一、课程性质、目的与任务本课程是自动化专业必修课。
过程控制系统教案
过程控制系统教案一、教学目标1. 理解过程控制系统的概念及其重要性。
2. 掌握过程控制系统的分类和基本组成。
3. 了解过程控制系统的性能指标和应用领域。
4. 学会使用过程控制系统的基本工具和软件。
二、教学内容1. 过程控制系统的概念及其重要性1.1 定义及作用1.2 过程控制系统与自动控制系统的区别2. 过程控制系统的分类和基本组成2.1 连续过程控制系统2.2 离散过程控制系统2.3 开环控制系统与闭环控制系统2.4 过程控制系统的硬件和软件组成三、教学方法1. 讲授法：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
2. 案例分析法：分析实际应用中的过程控制系统案例，加深学生对过程控制系统的理解。
3. 实验法：安排实验室实践，让学生动手操作过程控制系统。
4. 小组讨论法：分组讨论过程控制系统的设计和应用，提高学生的团队协作能力。
四、教学资源1. 教材：过程控制系统相关教材。
2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解过程控制系统相关知识。
3. 实验室设备：供学生进行实验操作的过程控制系统设备。
4. 网络资源：查找与过程控制系统相关的视频、案例等资源，用于课堂拓展。
五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的课堂表现、发言和作业完成情况。
2. 实验报告：评估学生在实验室实践过程中的操作能力和分析问题能力。
4. 期末考试：设置相关试题，测试学生对过程控制系统的理解和掌握程度。
六、教学安排1. 课时：本课程共计32课时，包括理论讲授16课时，实验操作16课时。
2. 授课计划：第1-8课时：讲解过程控制系统的概念、分类和基本组成。
第9-16课时：分析过程控制系统的性能指标和应用领域。
第17-24课时：学习过程控制系统的设计方法和工具。
第25-32课时：实验室实践和案例分析。
七、教学注意事项1. 确保学生掌握基本概念和原理，避免过于深入的技术细节。
2. 注重理论与实践相结合，让学生在实际操作中巩固知识。
3. 鼓励学生提问和参与讨论，提高课堂互动性。
过程控制系统第1章-过程控制系统概述课件
2.自动化仪表的发展
自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换 和表达，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频 率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字 量形式。自动化仪表的发展一直适应着工业的需要，经历了自 力式、基地式、单元组合式、智能式和总线式几个发展阶段。 按照工作能源的不同，单元组合仪表还可分为电动单元组合仪 表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类，它们都经历了Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型3个阶段。智能仪表就是在普通的模拟仪表基础上增 加微处理器电路而形成的仪表。这里所谓的“智能”，是指现场 仪表具有普通模拟仪表拥有的信号变换、补偿、驱动等常规功 能以外，还具有一定的拟人智能的特性或功能，例如自适应、 自学习、自校正、自诊断和自组织等。
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1.传递函数
图1-13 环节的输入-输出关系
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2.框图变换 (1)框图的基本元素 (2)框图运算法则 (3)复杂框图的化简及应用
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2.框图变换
图1-14 简单控制系统框图
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(1)框图的基本元素 构成控制系统框图的基本元素包括信息、分支点、汇合点和 环节。 1)信息 2)分支点 3)汇合点 4)环节
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1.控制理论的发展
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展 初期是以反馈理论为基础的自动调节原理。根据自动控制技术 发展的不同阶段，自动控制理论相应经历了从经典控制理论、 现代控制理论，到控制论、信息论、系统论等学科交叉的若干 发展阶段。 经典控制理论是指在20世纪40年代到50年代末期所形成的理论 体系，它主要是研究单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析 和设计，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数，解 决SISO系统的稳定性问题。
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。
1过程控制概述
下篇 过程计算机控制
第10章 计算机控制系统概述 第11章 直接数字控制系统 第12章 集散控制系统 第13章 现场总线控制系统 第14章 计算机控制系统的工程设计
课程基本要求
掌握过程控制和计算机控制系统的基础知识； 初步具备根据工业过程被控对象特点正确选用变 送器、执行器、过程通道的能力；具备正确选择 控制方案、设计控制系统的能力；理解工业过程 计算机控制系统的实现和整定方法，初步具备设 计计算机控制系统的能力。
第1章 过程控制概述
1.1 过程控制发展概况
直接数字控制DDC和监督控制SCC
显示 计 输出接口 执行器 打印 算 机 输入接口 测量变送 报警
SCC 计 算 机 给定 测量 DDC╱调节器 控制 生 产 过 程
…
生 产 过 程
…
DDC
SCC
第1章 过程控制概述
1.1 过程控制发展概况
3.基于网络的全盘自动化阶段（20世纪70年代中期——） 过程控制发展的高级阶段。主要特点： (1)开始采用智能单元组合仪表； (2)成份在线检测与数据处理技术的应用日益广泛； (3)模拟调节仪表的品种不断增加，可靠性不断提高； (4)电动仪表实现了本质安全防爆； (5)过程控制由单一的仪表控制发展到计算机/仪表 分布式控制，如DCS、FCS； (6)过程辨识、最优控制、最优估计以及多变量解耦 控制等获得广泛应用。
第1章 过程控制概述
1.1 过程控制发展概况
使用常规仪表的中央控制室
第1章 过程控制概述
1.1 过程控制发展概况
2.基于仪表/计算机的综合自动化阶段
（20世纪60年代前后）
主要特点： （1）大量采用单元组合式仪表（气动、电动）或 组装式仪表； （2）相继出现各种高性能或特殊要求的控制系统； （3）计算机开始应用于过程控制领域，出现了直接 数字控制DDC和监督控制SCC； （4）理论基础：基于状态空间法的现代控制理论； （5）控制系统由单变量发展到多变量。
第一章过程控制系统概述ppt课件
第1章 过程控制系统概述
二.过程控制系统的特点
1．控制对象复杂、控制要求多样
石油化工过程、钢铁生产中的冶炼过程、核工业中的动力核反应过程。过程 控制系统中的被控对象（被控量）是多样的。
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
3
FC
4
2
FT
5
氧气
1
转炉
图1.2 转炉供氧控制系统
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第1章 过程控制系统概述
过热蒸汽控制
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第1章 过程控制系统概述
过程控制系统特点
一．过程工业的特点 过程控制是指连续过程工业， 特点主要指连续过程生产， 过程工业是十分复杂的大系统， 存在不确定性、时变性以及非线性等因素， 过程控制的难度是显而易见的， 工业过程生产环境恶劣，生产条件苛刻， 采用智能控制方法和计算机控制技术。
当被控对象受到干扰、被控变量发生变化时，控制系统抵制 干扰、纠正被控变量的过程，反映了控制系统的优劣。为此，要 有评价控制系统的性能指标。
单项性能指标以控制系统被控参数过渡过程的单项特征量作 为性能指标，而偏差积分性能指标则是一种综合性指标。由于在 多数情况下，都希望得到衰减振荡过程，所以以衰减振荡的过渡 过程形式为例，讨论控制系统的品质指标。
• （4）设定值r(t)：与被控参数相对应的设定值； • （5）反馈值z(t)：被控参数经测量变送后的实际测量值； • （6）偏差e(t)：设定值与反馈值之差； • （7）控制作用u(t)：控制器的输出值。
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第1章 过程控制系统概述
控制器（或称调节器）根据系统输出量测值与设定值的偏差，按 照一定的控制算法输出控制量，对被控过程进行控制。
2010过程控制系统课程教案参考
3、加干扰，观察过程。根据匹配原则，适当调整控制器参数，直到主变量控制质量最好。
4、若有"共振"现象，改变参数（加大任何一个参数）即可消除。若共振强烈，可先切换到手动，稳定后，再投入自动，进行整定。二、经验试凑法
三、临界比例度法
四、衰减曲线法
五、响应曲线法
本次课主体教学方式、方法：
1-3、过程控制系统的组成
1，被控对象2，检测元件和变送器3，控制器4，执行器与控制阀
1-4、过程控制系统的类别
各种类型的划分：
按参数划分：温度、压力、流量、液位、浓度控制
按参任务分：比值、均匀、前馈、串级等
按规律划分：比较、PI、PID、补偿控制
按设定值划分：定值、随动、程序控制
1-5、过程控制系统的品质指标
3分析法：例题冷热水控制
4实验法：建模经验
教学难点:对生产过程物理参数的描述方法---构成一个控制回路重要因素。法---分析法---Analytic Approach
分析法建立系统数学模型的几个步骤：
•建立物理模型。
•列写原始方程。利用适当的物理定律—如牛顿定律、基尔霍夫电流和电压定律、能量守恒定律等）
1、被控对象的多样性，
2、对象存在纯滞后，
3、对象具有非线性，
4、控制系统比较复杂
第3节过程控制系统的发展概况
1，初期阶段：40’年代
2，仪表阶段：50’
3，综合自动化：60-70，集散控制
4，集成化阶段：80--，多级网络的整体
教学重点:面临现实世界的真实要求，—控制理论的抽象性—还原为应用
理论与实践结合
1，递减比2，动态偏差3，调整时间4，静态偏差。
过程控制工程第三版教学设计
过程控制工程第三版教学设计一、教学目标本课程旨在使学生掌握以下知识和技能：1.掌握过程控制的基本概念。
2.理解过程控制系统的组成结构和控制策略。
3.掌握常见的过程控制系统的设计方法和优化技术。
4.能够使用现代过程控制软件工具进行过程控制系统建模、仿真和分析。
5.熟悉常见的过程控制系统实现和调试技术。
6.培养学生团队合作和创新意识，提高解决实际问题的能力。
二、教学内容及课时安排第一章概述 (2学时)1.1 过程控制的基本概念1.2 过程控制的历史发展1.3 过程控制的应用领域和发展趋势第二章过程控制系统组成及控制策略 (4学时)2.1 过程控制系统的组成结构2.2 反馈控制的基本概念2.3 前馈控制的基本概念2.4 比例-积分-微分（PID）控制器的设计原理和应用第三章过程控制系统设计方法 (8学时)3.1 控制系统设计的基本流程3.2 过程控制系统建模和仿真方法3.3 控制系统的稳态和动态响应分析3.4 控制系统的稳定性分析和控制器调节方法3.5 多输入多输出（MIMO）控制系统的设计和优化3.6 基于模型预测控制（MPC）的过程控制系统设计和优化第四章过程控制系统实现及调试技术 (8学时)4.1 过程控制系统的硬件和软件实现技术4.2 控制系统的调试方法和技术4.3 控制系统的在线监测和维护技术第五章实验和项目设计 (8学时)5.1 基础实验5.2 综合实验5.3 课程设计项目三、教学方法1.授课方式：讲授 + 实践2.实践方式：仿真实验、实验和项目设计3.手段：讲授、案例分析、互动探讨、实验实践和个人学习四、教材及参考书目1.《过程控制工程基础》（第二版），林仲彬，东南大学出版社，2017年。
2.《过程控制工程设计》，M. Luyben，《Process Modeling,Simulation, and Control for Chemical Engineers》中文版，化学工业出版社，2011年。
过程控制系统[李国勇][电子教案]第1章概述
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1.3 过程控制系统的性能指标
工业生产过程对控制的要求，可以概括为准确性、 稳定性和快速性。另外，定值控制系统和随动（伺服） 控制系统对控制的要求既有共同点，也有不同点。定 值控制系统在于恒定，即要求克服干扰，使系统的被 控参数能稳、准、快地保持接近或等于设定值。而随 动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即稳、准、 快地跟踪设定值。根据过程控制的特点，主要讨论定 值检测的性能指标。图1-3为一个过程控制系统的阶 跃响应曲线。
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1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 过程控制系统组成 在生产过程中有各种各样的控制系统，图 1-2所示为几个简单控制系统的示例。
图1-2
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过程控制系统一般由被控过程（或称被控 对象）、测量变送装置、执行器和控制器（或 称调节器）等环节组成。 （1）被控过程 （2）测量变送装置 （3）执行器 （4）控制器 （5）报警、保护和连锁等其他部件
y1 y 3 100 % y1
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2. 最大动态偏差和超调量 最大动态偏差是指设定值阶跃响应中，过 渡过程开始后第一个波峰超过其新稳态值的 幅度，如图1-3中的。 最大动态偏差占被控变量稳态变化幅度的 百分数称为超调量。对于二阶振荡过程而言， 超调量与衰减率有严格的对应关系，即超调 量可表示为
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随着现代工业生产的发展，工业过程越来 越复杂，对过程控制的要求也越来越高，传统 的模拟式过程检测控制仪表已经不能满足控制 要求，因而采用计算机作为控制器组成计算机 过程控制系统。从控制方法的角度看，有单变 量过程控制系统，也有多变量过程控制系统。 同时，控制算法多种多样，有PID控制、复杂 控制，也有包括智能控制的先进控制方法等等。
0
(2)绝对误差积分(IAE) (3)平方误差积分(ISE)
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李国勇 编著
电子工业出版社
第1章 概
目 录
述
1.1 过程控制的要求与任务 1.2 过程控制系统的组成与特点 1.3 过程控制系统的性能指标 1.4 过程控制系统的设计 1.5 过程控制的发展与趋势 本章小结
2
1.1 过程控制的要求与任务
生产过程是指物料经过若干加工步 骤而成为产品的过程。该过程中通常会 发生物理化学反应、生化反应、物质能 量的转换与传递等等，或者说生产过程 表现为物流变化的过程。伴随物流变化 的信息包括体现物流性质（物理特性和 化学成分）的信息和操作条件（温度、 压力、流量、液位或物位等）的信息。
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(3) 被控过程属慢过程，且多属参数控制 连续工业生产过程大惯性和大滞后的特点 决定了被控过程为慢过程。被控过程是物流变 化的过程，伴随物流变化的信息（物性、成分、 温度、压力、流量、液位或物位）表征为被控 过程状态的参数，也是过程控制系统的被控变 量。
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为了实现过程控制，以控制理论和生产 要求为依据，采用模拟仪表、数字仪表或 计算机等构成的控制总体，称为过程控制 系统。
图1-1 转炉供氧控制系统
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图1-1表示转炉供氧量控制系统。转炉是炼钢 工业生产过程中的一种重等要设备。熔融的铁水 装入转炉后，通过氧枪供给一定的氧。其目的是 使铁水中的碳氧化燃烧，以不断降低铁水中的含 碳量。控制吹氧量和吹氧时间，可以获得不同品 种的钢产品。由图1-1可见，从节流装置1采集到 的氧气流量，送入流量变送器FT，再经过开方器 2，其结果送到流量控制器FC，流量控制器FC根 据氧气流量的测量值与其设定值的偏差，按照一 定的控制算法输出控制信号，去控制调节阀3的 开度，从而改变供氧量的大小，以满足生产工艺 的要求。
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(2) 控制方案的多样性 由工业生产过程的特点以及被控过程的多 样性决定了过程控制系统的控制方案必然是多 样的。这种多样性包含系统硬件组成和控制算 法以及软件设计。对于图1-1和图1-2所示的简 单过程控制系统，早期的控制器采用的是模拟 调节仪表，如果将控制器、执行器和检测元件 与变送器统称为常规检测控制仪表，则一个简 单的过程控制系统可以被认为是由被控过程和 常规检测控制仪表两部分组成，这样的系统也 称之为常规仪表过程控制系统。
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1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 过程控制系统组成 在生产过程中有各种各样的控制系统，图 1-2所示为几个简单控制系统的示例。
图1-2
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过程控制系统一般由被控过程（或称被控 对象）、测量变送装置、执行器和控制器（或 称调节器）等环节组成。 （1）被控过程 （2）测量变送装置 （3）执行器 （4）控制器 （5）报警、保护和连锁等其他部件
生产过程的总目标，应该是在可能获得 的原料和能源条件下，以最经济的途径将 原物料加工成预期的合格产品。为了达到 该目标，必须对生产过程进行监视与控制。
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对生产过程所进行的控制，称为过程 控制，它是自动控制学科的一个重要分支。 过程控制一般是指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。 它主要针对所谓六大参数，即温度、压力、 流量、液位(或物位)、成分和物性等参数的 控制问题，它能覆盖许多工业部门，诸如 石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、 轻工、纺织、陶瓷、食品及电力等等，因 而，过程控制在国民经济中占有极其重要 的地位。
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随着现代工业生产的发展，工业过程越来 越复杂，对过程控制的要求也越来越高，传统 的模拟式过程检测控制仪表已经不能满足控制 要求，因而采用计算机作为控制器组成计算机 过程控制系统。从控制方法的角度看，有单变 量过程控制系统，也有多变量过程控制系统。 同时，控制算法多种多样，有PID控制、复杂 控制，也有包括智能控制的先进控制方法等等。
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工业生产对过程控制的要求是多方面的， 最终可以归纳为安全性、稳定性和经济性。 （1）安全性
（2）稳定性 （3）经济性
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因此，过程控制的任务是在充分了解、掌 握生产过程的工艺流程和动静态特性的基础上， 根据上述三项要求，应用理论对控制系统进行 分析与综合，以生产过程中物流变化信息量作 为被控变量，选用适宜的技术手段，实现生产 过程的控制目标。
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1.2.2 过程控制系统特点 1. 工业生产过程的特点 由于过程控制主要是指连续工业生产过程的 控制，故工业生产过程的特点主要指连续工业 生产过程的特点。
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工业生产过程伴随着物理化学反应、生化反应、 物质能量的转换与传递，是一个十分复杂的大系统， 存在不确定性、时变性以及非线性等因素。因此，过 程控制的难度是显而易见的，要解决过程控制问题必 须采用有针对性的特殊方法与途径。工业生产过程常 常处于恶劣的生产环境中，同时常常要求苛刻的生产 条件，如高温、高压、低温、真空、易燃、易爆或有 毒等等。因此，生产设备与人身的安全性特别重要。 由连续生产的特征可知，工业生产过程更强调实时 性和整体性。协调复杂的耦合与制约因素，求得全局 优化，也是十分重要的。
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通常，将系统中被控制的物理量称为 被控变量，而被控变量所要求的理想值称 为设定值或给定值。设定值是系统的输入 变量，被控变量是系统的输出变量。
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过程控制系统一般有如下两种运行状态。一 种是稳态，此时系统没有受到任何外来干扰， 同时设定值保持不变，因而被控变量也不会随 时间变化，整个系统处于稳定平衡的工况。另 一种是动态，当系统受到外来干扰的影响或者 在改变了设定值后，原来的稳态遭到破坏，系 统中各组成部分的输入输出变量都相继发生变 化，尤其是被控变量也将偏离原稳态值而随时 间变化，这时就称系统处于动态。经过一段调 整时间后，如果系统是稳定的，被控变量将会 重新达到新设定值或其附近，系统又恢复稳定 平衡工况。
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2. 过程控制系统的特点 (1) 被控过程的多样性 工业生产过程涉及到各种工业部门，其物料 加工成的产品是多样的。同时，生产工艺各不 相同，如：石油化工过程、冶金工业中的冶炼 过程、核工业中的动力核反应过程等等，这些 过程的机理不同，甚至执行机构也不同。因此， 过程控制系统中的被控对象（包括被控变量） 是多样的，明显地区别于运动控制系统。