第四章过程控制63页PPT
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过程控制讲义课件(全套)
前馈—反馈控制系统
29
1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 ： 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
30
1.4 过程控制系统的分类
（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统 多变量控制系统
25
1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类：
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
26
1.4 过程控制系统的分类
（1）反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。
23
1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 ：
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类：
29
1.4 过程控制系统的分类
6. 按给定信号的特点分类 ： 定值控制系统 程序控制系统 随动控制系统
（1）定值控制系统：就是系统被控量的给定值保持在规定 值不变，或在小范围附近不变。定值控制系统是过程控 制中应用最多的一种控制系统，因为在工业生产过程中 大多要求系统被控量的给定值保持在某一定值，或在某 很小范围内不变。 例如过热蒸汽温度控制系统、转炉供氧量控制系统 均为一个定值控制系统。
30
1.4 过程控制系统的分类
（2）程序控制系统：它是被控量的给定值按预定的时 间程序变化工作的。控制的目的就是使系统被控量按 工艺要求规定的程序自动变化。 例如同期作业的加热设备(机械、冶金工业中的热 处理炉)，一般工艺要求加热升温、保温和逐次降温 等程序，给定值就按此程序自动地变化，控制系统按 此给定程序自动工作，达到程序控制的目的。
4. 按被控制量的多少分类：
单变量控制系统 多变量控制系统
25
1.4 过程控制系统的分类
5. 按系统的结构分类：
反馈控制系统 前馈控制系统 复合控制系统 单回路控制系统 串级控制系统
26
1.4 过程控制系统的分类
（1）反馈控制系统
它是过程控制系统中的一种最基本的控制结构形 式。反馈控制系统是根据系统被控量的偏差进行工作 的，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差 的目的。如过热蒸汽温度控制系统就是一个反馈控制 系统。另外，反馈信号也可能有多个，从而可以构成 多个闭合回路，称其为多回路控制系统。
23
1.4 过程控制系统的分类
1. 按被控量分类 ：
温度控制系统 压力控制系统 流量控制系统 液位控制系统等
2. 按完成的功能分类：
过程控制-第四章
> 分类
气动调节阀 按使用能源分 电动调节阀 液动调节阀 直行程 角行程 P→l→Q I→l(θ)→Q
气动调节阀（广泛应用） 优点：以压缩气体为能源，结构简单、动作可靠稳定、输出力 大、安装维修方便、价格便宜、防火防爆 缺点：响应时间大、信号不适于远传 电动调节阀 优点：动作较快、特别适于远距离的信号传送、能源获取方便 缺点：价格较贵、一般只适用于防爆要求不高的场合
根据流体通过调节阀时对阀芯的作用方向，分为流开阀和流闭阀。 根据流体通过调节阀时对阀芯的作用方向，分为流开阀和流闭阀。 流开阀 流开阀稳定性好，有利于控制，一般情况下多采用流开阀。 流开阀稳定性好，有利于控制，一般情况下多采用流开阀。 阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移时， 阀芯有正装和反装两种形式。阀芯下移时，阀芯与阀座间的流通截 面积减小的称为正装阀；反之为反装阀。 面积减小的称为正装阀；反之为反装阀。
1.
定义
不同单位制下流量系数的定义不同。采用国际单位制时，流 量系数定义为：
在调节阀全开，阀前后压差为100kPa，流体密度为1g / cm3 (5 ~ 40o C的水) 时，每小时通过阀门的流量数（m3）。
例：若调节阀全开时，阀前后压差为400KPa，每小时通过的清水 400 KPa 流量为100m3 ,问阀的流量系数KV 为多少？ Q 100 解：KV = = = 50 ∆P 4 1 ρ
（4-7）
式中，Qmax ——总管最大流量； Q1min ——调节阀最小流量； Q2 ——旁路流量。
>并联管道时的实际可调比
Rr = Qmax Q1min + Q2 （4-7）
令x为调节阀全开时的流量与总管最大流量 之比，即： Q x = 1max Qmax
过程控制ppt课件
半成品缩口
尺寸、规格、型 号、外观
抽检AQL=1.5 检验水平：Ⅰ级
2小时/次
IPQC/操作工
目视、卡尺、千 分尺、塞规
QC组长
半成品检验 外观、尺寸
全检
每个
PQC
目视、塞规
IPQC
冲缩口
外观、尺寸
抽检AQL=1.5 检验水平：Ⅰ级
2小时/次
IPQC/操作工
目视、卡尺
QC组长
清洗
PQC检验
OK
NG
OK IPQC检验
4.2.1 领料员与仓管员核对所领材料与《领 料单》开列的材料名称、规格数量是 否相符 。
4.2.2 所领材料在生产过程中发现质量问 题，生产部填写《质量信息反馈单》 提请品管部解决；因欠料造成停产， 填写《短料报告》，反馈给相关部门 解决；物料损耗超标时，填写《生产 部补料申请》由生产部补料。
4.3 生产设备的控制 4.3.1 生产部调机员负责生产设备的日常
过程控制（关键质量控制点的识别及管控）
目的： 通过对生产过程中影响产品质量的各个因素 进行控制，保证生产作业按规定的方法和程 序在受控状态下进行，以满足客户和法规的 要求。
1
过程控制（关键质量控制点的识别及管控）
明确职责 1 生产部负责生产现场使用文件和作业活动的正确性控制、 材料控制、产品标识、工序检验、生产设备的日常维护。 2 生产部设备组负责生产设备的定期检查、维修，工艺文件 的完善。 3 品管部负责生产过程的首检、巡检、成品检验工作。 4 业务部、仓管部参与生产安排工作。
过程控制（关键质量控制点的识别及管控）
关键质量控制点的识别及管控 1. 细分工艺流程 (例： 来料检验，松布，裁剪，车缝肩缝，
第四章谷氨酸发酵过程控制
5.工艺控制 （1）接种量4~5% （2）发酵4h添加0.2%吐温-60 （3）pH6.5左右 （4）温度 0~12h，30~33℃； 12~24h，33~34 ℃； 24~26h，34~35 ℃ （5）通风比1:0.3
（二）甘蔗糖蜜添加青霉素流加糖发酵工艺
1.菌株：S9114、F415 2.一级种子培养基： 葡萄糖2.5~3.5%，磷酸氢二钾0.15~0.2%，玉米浆 2.5%，酵母膏0.5%，硫酸镁0.04~0.05%，尿素 0.5%，Mn2+、Fe3+各2mg/L，pH6.7~7.0 3.二级或三级种子培养基 甘蔗糖蜜3~4%，磷酸氢二钾0.15%，硫酸镁0.04%， 尿素0.5%，pH6.7~7.0 4.发酵培养基 甘蔗糖蜜8%，磷酸0.075~0.09%，氯化钾0.08% ， 硫酸镁0.04~0.06%，尿素0.5%，消泡剂 0.03~0.04%，pH7.2~7.5
二、pH值对谷氨酸发酵的影响 1.pH值对谷氨酸发酵的影响 （1）酶的活性 （2）细胞膜所带电荷 （3）物质的离解 （4）代谢途径
2.发酵过程pH 值的变化及控制 pHቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ变化反应谷氨酸发酵的重要指标 控制： 流加尿素、液氨、添加碳酸钙法。
三、供氧对谷氨酸发酵的影响 1.溶解氧与谷氨酸的需氧量 葡萄糖氧化的需氧量： 彻底氧化1：6 合成代谢产物：1：1.9 必须连续向发酵液通入氧。
3. 钾盐 酶的激活剂 钾含量低长菌体，多产谷氨酸。 4. 微量元素 四、生长因子
(1) 生物素 (2) 维生素B1
第二节 培养条件对谷氨酸发酵的影响 一、温度对谷氨酸发酵的影响 1.温度影响细胞中酶的活性,而影响代谢 速度、途径方向 2.酶是蛋白质，受热容易失活，温度愈高 失活愈快,菌体易衰老,影响发酵液的性 质来间接影响发酵。 3.影响基质和氧的溶解从而影响发酵 4.微生物最适的生长温度范围 谷氨酸产生菌：最适生长温度30~34℃ 最适产酸温度35~37℃
《过程控制方法》课件
保证产品质量：过 程控制可以确保生 产过程中的产品质 量，减少不良品的 产生。
降低生产成本：通 过过程控制，可以 减少浪费，降低生 产成本。
提高企业竞争力： 通过过程控制，可 以提高企业的生产 效率和质量，从而 提高企业的竞争力。
过程控制的应用领域
制造业：生产 过程的控制和
优化
化工行业：化 学反应过程的
过程状态符合要求
比较标准与实际状态
测量实际状态：测量实际过 程中的状态
确定标准：设定一个理想的 标准状态
比较差异：比较标准状态和 实际状态之间的差异
调整控制：根据差异调整控 制策略，使实际状态接近标
准状态
采取行动进行纠正
确定问题原因：分析问题产生的原 因，找出关键因素
实施纠正措施：按照制定的纠正措 施进行实施
过程控制方法
汇报人：
单击输入目录标题 过程控制方法概述 过程控制方法分类 过程控制方法实施步骤 过程控制方法优缺点分析 过程控制方法应用案例分析
添加章节标题
过程控制方法概述
过程控制定义
过程控制：指 对生产过程中 的各种因素进 行监测和控制， 以保证产品质 量和生产效率
过程控制方法： 包括统计过程 控制（SPC）、 实时过程控制
集成化：过程控制与其他领域的集成，如物联网、大数据等，实现跨领域的协同控制
绿色化：注重环保和节能，采用绿色工艺和设备，实现可持续发展
网络化：利用互联网、云计算等技术，实现过程控制的远程监控和诊断，提高生产效率 和安全性
THANK YOU
汇报人：
控制方法：采用PID控制、模糊控制等方法进行过程控制
实施效果：产品质量得到提高，能耗降低，生产效率提升 案例启示：过程控制方法在化工行业中具有广泛的应用前景，能够有效 提高生产效率和产品质量。
过程控制仪表及装置PPT课件
抛物线流量特性 3.3 7.3 12 18 26 35 45 57 70 84 100
当相对位移1变00化 0时， 所引起的相对流量的变化量为：
(1R 1)(L l)9.6700 所引起的相对流量的变化率为（以下面几点为例）：
相对 10 0 时 0位 2 .1 7 2 移 1 3 1 30 为 0 0 7 0 0 0 5 相对 50 0 时 0位 6 .3 5 1 . 移 7 5 1 .7 1 1为 0 0 0 1 0 0 0 9 相对 80 0 时 0位 9 .3 8 0 移 .6 8 0 .6 0 1为 0 0 0 1 0 0 01 [说明]：直线流量特性调节阀在小开度工作时，其相对流量
模拟式：传输信号为连续变化的模拟量 基地式、单元组合式、组建组装式
数字式：传输信号为断续变化的数字量 以微型计算机为核心，功能完善、性能优越
供应基地式气动液位 指示调节仪
供应基地式气动温度 指示调节仪
根据动力能源形式的不同，分三大类： 气动执行仪表：（以压缩空气为能源） 特点：结构简单，维修方便，价格便宜，防火防爆。
2 调节机构（调节阀） 局部阻力可变的节流元件
a 分类
大口径的调节阀 一般选用双座阀，其 所需推力较小，动作 灵活，但泄漏较大。
小口径的调节阀 一般选用单座阀，其 泄漏较小。
电动Ｖ型球阀 直行程电动套筒调节阀 电动调节蝶阀
电动三通合流(分流) 调节阀
气动蝶阀
三通球阀
b 流通能力C
调节阀全开，阀差前为 0后 .1M压 P、 a 流体 重量1为 g/cm3时，每小时通过流阀体门流的量 单位 m3或kg。
电动执行仪表：（以电为能源） 优点：能源取用方便，信号传输速度快，传输距离远， 便于信号处理。 缺点：结构复杂，推力小，不太适用于防爆场合（Ⅲ型 仪表已采用了安全防爆措施）。
过程控制系统课件第四章调节单元
u = KC e
即调节作用是以偏向存在为前提条件，不可能
做到无静差调节。
在实际的比例控制器中，习惯上使用比例度δ来表 示比例控制作用的强弱。
所谓比例度就是指控制器输入偏向的相对变化 值与相应的输出相对变化值之比，用百分数表示。
( e / u )100%
em axem in um axum in
式中e为输入偏向；u为控制器输出的变化量； 〔emax - emin〕为输入的最大变化量,及输入量程； 〔umax –umin〕为输出的最大变化量，即控制器 的输出量程。
DDZ-Ⅲ型基型调节器 模拟式控制器用模拟电路实现控制功能。其开展 经历了Ⅰ型〔用电子管〕、Ⅱ型〔用晶体管〕和Ⅲ 型〔用集成电路〕。
1 DDZ-Ⅲ型仪表的特点4～20mA.DC； 内给定信号：1～5V.DC； 测量与给定信号的指示精度：±1％； 输入阻抗影响：≤满刻度的0.1％； 输出保持特性：－0.1％〔每小时〕； 输出信号：4～20mA.DC； 调节精度：±0.5％； 负载电阻：250～750Ω。
1 比例调节规律 比例控制数学表达式 ：
u(t)Kce(t)
u(t)为调节器输出的增量值， e(t) 为被控参数与给定值之差。
纯比例调节器的阶跃响应特性
❖ 比例控制的特点
❖ 控制及时、适当。只要有偏向，输出立即成比 例地变化，偏向越大，输出的控制作用越强。
控制结果存在静差。因为，假如被调量偏向为 零，调节器的输出也就为零
比例度:
( e / u )100%
em axem in um axum in
假如控制器输入、输出量程相等，那么:
u
e100% 1 100%
umax
u
KC
比例度除了表
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前馈控制器设计公式： GFF(s)GYCG (sY)DG(D sM ) (s)
满足该式的前馈补偿装置能使被控变量y(t)不 受扰动量D(t)变化的影响。
不变性原理是前馈控制的理论基础。“不变性 ”是指控制系统的被控变量不受扰动变量变化的影 响。进入控制系统中的扰动会通过被控对象的内部 关联，使被控变量发生偏离其设定值的变化。不变 性原理是通过前馈控制器的校正作用，消除扰动对 被控变量的这种影响。
前馈控制系统实际上是根据不变性原理对干ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 进行补偿的一种开环控制系统。
二、前馈控制系统的特点 （1）前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时
前馈控制是针对干扰作用进行控制的。当干 扰一出现，前馈控制器就根据检测到的干扰，按 一定规律进行控制。当干扰发生后，被控变量还 未发生变化，前馈控制器就产生了控制作用把偏 差彻底消除。
前馈控制与反馈控制的比较
前馈控制
相关干扰可测量 基于干扰操作 操作变量
开环，无稳定性问题
只有部分干扰可检测
控制通道与相关干扰通道的精确 数学模型均需要获得
反馈控制
被控变量可测量 基于被控变量控制误差操作操 作变量 闭环，稳定性至关重要 全部干扰均通过被控变量可感 受
不需要对象的数学模型
（2）前馈控制属于开环控制系统 反馈控制系统是一个闭环控制系统，而前馈
GFF
(s)
GYD(s) GYC(s)
GFF
(s)
GYD(s) GYC(s)
用一阶加纯滞后模型来近似：
GYD(s)TYK DsYD 1eYDs
GYC(s)TYK CsYC1eYCs
则
G FF(s)K K Y YD CT TY YD Css 1 1eYDYCs
被控 过程
y(t) D(t)
D (t)
干扰
Dm (t)
FFC
u(t)
测量单元
前馈控制器
GDM (s)
GFF (s)
干扰通道 GYD (s)
＋
控制通道
＋
GYC (s)
广义被控对象
ym (t)
设计目标（系统对扰动D(t)实现全补偿的条件）
Y D m ( ( s s ) ) G Y D (s ) G Y C (s )G F F (s )G D M (s ) 0 ,即 Y m (s )= 0
控制是一个开环控制系统。前馈控制器根据干扰 产生控制作用对被控变量进行影响，而被控变量 并不会反过来影响前馈控制器的输入信号（扰动 量）。因此，采用前馈控制时，对被控对象的了 解必须比采用反馈控制时清楚得多。
（3）前馈控制采用的是由对象特性确定的“专用” 控制器
一般的反馈控制系统均采用通用的PID控制器， 而前馈控制器是专用控制器，对于不同的对象特 性，前馈控制器的形式是不同的。
流量比值控制问题
物料 B
QB 后续
物料 A
QA
装置
要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流 量， QA 为可控量，要求设计一控制系统通过调节 QA 以实现上述比值控制目标。
一、比值控制系统的概念
在现在工业生产过程中，需要将两种或两种以 上的物料按一定比例混合或进行化学反应。一旦比 例失调，会造成产品质量不合格，甚至造成生产事 故。比如稀硝酸生产中的氧化炉，氨和空气应保持 一定的比例，否则将使反应不能正常进行，而比例 超过一定极限将引起爆炸。
(s)
GYD(s) GYC(s)
干扰通道 GYD (s)
＋
控制通道
＋
GYC (s)
广义被控对象
ym (t)
D (t)
干扰
Dm (t)
FFC
u(t)
测量单元
前馈控制器
GDM (s)
GFF (s)
干扰通道 GYD (s)
＋
控制通道
＋
GYC (s)
广义被控对象
ym (t)
动态前馈的作用是力求在任何时刻均实现 对干扰的补偿，通过合适的前馈控制规律的选 择，使干扰经过前馈控制器到达被控变量这一 通道的动态特性与对象干扰通道的动态特性完 全一致，并且它们的符号相反，从而达到控制 作用完全补偿干扰对被控变量的影响。
控制通道
＋
GYC (s)
广义被控对象
ym (t)
前馈控制器（假设测量变送环节的传递函数为1）：
GFF
(s)
GYD(s) GYC(s)
这种控制器考虑了两个通道的动态特性，是一
种动态前馈控制器，追求的目标是被控变量的绝对不 变性。但在实际生产过程中，有时只需要在稳态下实 现对扰动的补偿。
D (t)
小结
一、前馈控制的基本原理 二、前馈控制系统的特点
谢 谢！
第十五讲 前馈控制系统的结构形式
主要内容
一、静态前馈 二、动态前馈 三、前馈反馈控制 四、前馈控制的实施
一、静态前馈
D (t)
干扰通道 GYD (s)
干扰
Dm (t)
FFC
u(t)
测量单元
前馈控制器
GDM (s)
GFF (s)
＋
怎么办？
将前馈与反馈结合起来，构成前馈-反馈控 制系统，其原理图如图所示：
前馈控制器
++
∑
u(t)
反馈控制器 ysp
过程 y(t)
D(t)
前馈-反馈控制系统优点：
（1）从前馈的控制角度，由于增加了反馈 控制，降低了对前馈控制模型精度的要求，并 且对未选作前馈信号的干扰产生校正作用。
（2）从反馈控制角度，由于前馈控制的存 在，对干扰作了及时的粗调作用，大大减小了 反馈控制的负担。
分析：
G FF(s)K K Y YD CT TY YD Css 1 1eYDYCs
多数的工业对象可用一个带有纯滞后的“超前滞后” 环节来实现补偿。当扰动通道的时滞小于控制通道的
时滞时，即 YDYC 小于0， eYDYCs 超前环节，物
理上无法实现。只能令其为1。
干扰
Dm (t)
FFC
u(t)
测量单元
前馈控制器
GDM (s)
GFF (s)
干扰通道 GYD (s)
＋
控制通道
＋
GYC (s)
广义被控对象
ym (t)
GFF
(s)
GYD(s) GYC(s)
令式中的s为0，得到静态前馈控制算式
GFF(0)G GY YD C((00))=K KY YD C
KYD、KYC分别为干扰通道和控制通道的静态增益。
第十四讲 前馈控制系统基本概念
主要内容
一、前馈控制的基本原理 二、前馈控制系统的特点
反馈控制广泛应用于流程工业，具有通用性强、 鲁棒性好、可克服所有干扰、无需建立对象模型等特 点。
但是，反馈控制只有在被控变量产生偏差以后才 能够产生校正作用，因此不能实现被控变量完全不受 干扰影响的理想控制。
（2）受前馈控制模型精度的限制。
（3）构建的前馈控制器是近似的，当综合 得到的前馈控制算法中包含纯超前环节或纯微 分环节时，它们在物理上是不能实现的，一般 将纯超前环节处理为静态环节，纯微分环节处 理为超前滞后环节。
但是，在前馈控制系统中，不存在被控变 量的反馈，对补偿的效果没有检验的手段。如 果控制的结果无法消除被控变量的偏差，系统 将无法做进一步的校正。
比较：
GFF(0)G GY YD C((00))=K KY YD C
GFF
(s)
GYD(s) GYC(s)
静态前馈是动态前馈的一种特殊情况，动 态前馈可以看成静态前馈和动态补偿两部分， 它们结合在一起，可以提高控制过程的动态品 质。
三、前馈反馈控制
由于下列原因前馈控制会存在偏差：
（1）实际的工业过程中存在多个扰动，若 对每个扰动都设置前馈通道，会增加控制系统 投资费用，一般只选择几个主要干扰加以前馈 控制。
反馈控制不能提供预测的功能，无法补偿已知的 或可以测量的干扰的影响，而且当被控变量不能在线 测量时，反馈控制时无法补偿。
对于那些采用反馈控制无法获得满意效果且干扰 可在线测量的过程，加入前馈控制能够改善控制品质 。
一、前馈控制的基本原理
ysp u(t)
前馈控制器
D1(t) Dn(t)
...
D1(t), …, Dn(t) 表示 某些可测量、且对被
二、动态前馈
静态前馈系统的结构简单，容易实现，可以保证 在稳态时消除扰动的影响，但在动态过程中偏差依然 存在。当在控制通道和干扰通道的动态特性差异很大 时，必须考虑动态前馈补偿。
单个扰动的动态前馈补偿原理如图
D (t)
干扰
Dm (t)
FFC
u(t)
测量单元
前馈控制器
GDM (s)
GFF (s)
GFF
比值控制的目的，就是为了使几种物料混合后 符合一定比例关系，使生产能安全正常进行。
比值控制系统：实现两个或两个以上参数符合 一定比例关系的控制系统。
流量比值控制系统：保持两种或两种以上物料 的流量为一定比例关系的系统。
主物料：在需要保持比值关系的两种物料中， 必有一种物料处于主导地位，称为主物料，表征这 种物料的参数称为主动量，用Q1表示。另一种物 料按主物料进行配比，称为从物料，表征这种物料 的参数称为从动量，用Q2表示。
有以下几种类型的不变性： （1）绝对不变性 指在扰动的作用下被控变 量在整个过程中始终保持不变； （2）误差不变性 指在扰动的作用下被控变量 的波动小于一个很小值； （3）稳态不变性 系统在稳态工况下被控变 量与扰动无关； （4）选择不变性 被控变量往往受到若干个 干扰的影响，若系统对其中几个主要的干扰实现不 变性补偿，就称为选择不变性。