化工自动化7自动控制系统概述
化工仪表及自动化(厉玉鸣)(第三版)第7章自动控制系统概述
第一位字母 被测变量
分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间或时间程序 物位 水分或湿度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 黏度 力 供选用 位置
后继字母 修饰词 功能
报警 控制（调节）
差 检测元件 比（分数） 指示 自动-手动操作器
积分、累积 安全
积分、累积 记录或打印 开关、联锁 传送 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率 为0，不是静止）。
19
第三节 过渡过程和品质指标
当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均 恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态， 系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变 其原先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态， 这种状态就是静态。
9
第二节 自动控制系统的方块图
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。
图7-6 自动控制系统方块图
10
第二节 自动控制系统的方块图
31
第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
32
第三节 过渡过程和品质指标
举例
某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
自动控制系统概述ppt课件
号
号
1 就地安 装仪表
2 集中仪 表盘面 安装仪 表
3 就地仪 表盘面 安装仪 表
4
嵌在管道 中
集中仪表 盘后安装 仪表
5 就地仪表 盘后安装 仪表
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同 功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆 与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同 一图纸上），如下图所示。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统 ）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时 的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也 经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。
执行器
液位自动控制系统方框图
每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭 头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离 开方框的为环节输出。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
注意！
方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。 方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联 系，与工艺流程图上的物料线有区别。 “环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直 接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性” 。 自动控制系统是一个闭环系统
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
化工自动化过程控制系统
化工自动化过程控制系统化工自动化过程控制系统是将计算机技术、仪器仪表技术和控制技术等融入到化工生产过程中，通过自动控制设备和系统来实现化工过程的自动化操作和监测。
该系统在提高化工生产效率、优化生产工艺、提高产品质量等方面具有重要作用。
化工自动化过程控制系统主要包括硬件设备和软件系统两部分。
硬件设备包括传感器、执行器、PLC控制器、数据采集仪表等；软件系统包括数据处理、控制算法、人机界面等。
整个系统通过各个硬件设备的联动和软件系统的协调来完成对化工生产过程的控制和监测。
化工自动化过程控制系统的工作流程主要包括数据采集、数据处理、控制操作和结果输出等环节。
首先，通过传感器采集化工过程中的各种参数和变量，如温度、压力、流量等。
然后，将采集到的数据传输到数据处理系统，进行数据分析和处理，为后续的控制操作提供依据。
接下来，通过控制算法和控制器对数据进行处理，并发送控制命令给执行器，实现对化工设备的自动控制。
最后，通过人机界面向操作人员展示控制结果和过程状态，供操作人员进行监测和调整。
1.提高生产效率：自动化控制系统可以对化工过程进行实时监测和调整，能够更加准确地控制各个参数，提高生产效率，减少能源和原材料的消耗。
2.优化生产工艺：通过数据处理和控制算法的优化，可以对生产工艺进行优化调整，提高产品质量，并减少废品产生。
3.提高安全性：自动化控制系统能够对化工过程中的危险因素进行实时监测和处理，及时发现并解决潜在的安全隐患，保障生产和操作人员的安全。
4.实现远程监控和操作：化工自动化过程控制系统可以实现远程监控和操作，操作人员可以通过远程终端实时监测和调整化工过程，不受时间和空间限制。
5.数据化管理：通过自动化控制系统可以实现对化工过程中的数据进行实时采集和存储，便于后续数据分析和处理，为决策提供科学依据。
综上所述，化工自动化过程控制系统是化工生产中的重要一环，能够提高生产效率、优化工艺、提高安全性，并实现远程监控和数据化管理。
自动控制系统概述
自动控制原理：经典控制理论，即研究反馈控制。 自动化 自动控制（视频资料） 在没有人参与的情况下，通过控制器或控制装置来控制机器或者设备等物理装置，使
得机器设备的受控物理量按照希望的规律变化，达到控制目的。 是研究控制系统的一般规律，不是讲具体的控制对象、系统、元件。 对象：如炼钢、化工反应，航空航天，机械汽车加工。 系统：运动过程，力学、电学、光学、生物等 元件：控制器、执行（电机），传感器
2021/3/27
2
CHENLI
第一章 自动控制系统概述
自动化的发展过程回顾： ①设备自动化 本世纪50年代开始发展起来，由最初的机器、设备的控制问题，引出了机床、轧钢机等设备 的自动化。主要特点：自动调节系统的出现及其大量应用。 ②生产过程自动化 生产过程自动化需要考虑生产过程的协调、优化、计划与调度等问题。它是生产车间级的自动 化。 离散型生产过程的自动化 机械制造自动化，电子制造自动化，…… 连续型生产过程的自动化 化工自动化，冶金自动化，…… ③工厂自动化 工厂是由若干个生产车间组成的、能够完成一定的产品生产任务的实体，工厂自动化实现了产 品加工生产的自动化，工厂自动化=生产过程自动化+管理自动化。 ④企业自动化 企业自动化包括企业的生产加工、企业管理、产品（设计/开发）、市场、销售、计划等方面 的综合自动化，企业自动化的支撑技术包括：制造资源管理MRP-II，企业资源计划ERP，计 算机辅助设计/制造CAD/CAM，计算机集成制造CIM，并行工程CE，产品数据管理PDM，… 计算机集成制造CIM将制造视为一个信息处理、信息转换的过程，将制造过程视为一个集成的 过程，多种计算机技术与工具的综合应用。
化工厂装置自动化控制系统解析
化工厂装置自动化控制系统解析化工厂装置自动化控制系统是现代化工生产的重要组成部分，它通过自动化技术的应用，实现了对生产过程的精确控制和监测。
本文将对化工厂装置自动化控制系统进行解析，探讨其原理、应用以及未来发展趋势。
一、自动化控制系统的原理化工厂装置自动化控制系统的原理主要包括传感器、执行器、控制器和人机界面四个部分。
传感器是自动化控制系统的感知器官，通过测量和检测生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等，将这些参数转化为电信号，并传输给控制器。
执行器是自动化控制系统的执行器官，根据控制器发出的指令，控制生产过程中的各种执行元件，如电动阀门、电机等，实现对生产过程的控制。
控制器是自动化控制系统的大脑，它接收传感器传来的信号，并根据预设的控制策略，计算出相应的控制指令，再将指令发送给执行器，实现对生产过程的控制。
人机界面是自动化控制系统与操作人员之间的桥梁，通过显示屏、键盘、鼠标等设备，将生产过程中的各种参数和状态以图形化、直观化的方式展示给操作人员，同时也接受操作人员的指令和反馈信息。
二、自动化控制系统的应用化工厂装置自动化控制系统广泛应用于各个环节，包括原料输送、反应控制、产品分离、能源管理等。
在原料输送方面，自动化控制系统可以通过对输送管道的压力、流量等参数进行实时监测和调节，确保原料的准确输送和流程的稳定运行。
在反应控制方面，自动化控制系统可以通过对反应温度、压力、物料配比等参数进行控制，实现反应过程的精确控制，提高产品质量和产量。
在产品分离方面，自动化控制系统可以通过对分离设备的温度、压力等参数进行控制，实现产品的分离和回收，减少能源消耗和环境污染。
在能源管理方面，自动化控制系统可以通过对能源设备的运行状态和能耗进行监测和调节，实现能源的高效利用和节约。
三、自动化控制系统的未来发展趋势随着科技的不断进步和应用需求的不断增加，化工厂装置自动化控制系统也在不断发展和改进。
一方面，自动化控制系统将更加注重智能化和自适应性。
化工自动化控制系统
选择控制策略
根据控制需求，选择合适的控制策略， 如PID控制、模糊控制、神经网络控 制等。
硬件设计方案
传感器选型
根据控制需求，选择合适的传感 器类型，如温度传感器、压力传 感器、流量传感器等，并确保其
测量范围和精度满足要求。
执行器选型
根据控制策略和执行器的特性， 选择合适的执行器类型，如电动 阀、气动阀、变频器等，并实现
动化控制系统中得到广泛应用，为系统的远程监控、实时数据传输等提
供有力支持。
THANKS
感谢观看
未来发展方向预测
01
深度学习技术应用
未来，深度学习技术将在化工自动化控制系统中得到更广泛的应用，进
一步提高系统的自适应能力和智能化水平。
02
边缘计算技术应用
随着边缘计算技术的不断发展，未来化工自动化控制系统将更加注重边
缘侧的数据处理和分析能力，提高系统的实时性和效率。
03
工业5G技术应用
工业5G技术具有高带宽、低时延、高可靠性等特点，未来将在化工自
精确控制。
传感器与执行器选型与配置
根据测量需求选择传感器类型
执行器选型考虑因素
根据测量对象、测量范围、精度要求等因素， 选择合适的传感器类型。
根据驱动力类型、动作方式、控制精度等要 求，选择适当的执行器类型。
合理配置传感器与执行器
考虑环境因素
根据工艺流程和控制要求，合理配置传感器 和执行器的数量、位置和参数，确保系统稳 定可靠运行。
05
运行维护与优化
系统日常运行维护
定期检查硬件设备
包括传感器、执行器、控制器等，确保设备正常 运行，无损坏或老化现象。
软件系统维护
定期更新软件版本，修复漏洞，确保系统稳定性 和安全性。
化工自动化的基本概念
概述 化工自动化的基本概念一、化工自动化概述所谓化工自动化就是用自动化装置（自动化仪表、自动装置、计算机等）来代替人，对化工生产过程进行控制和管理的措施（办法）。
如图１、图２所示。
图１ 人工对贮罐液位进行控制 图２ 自动化装置对贮罐液位进行控制化工自动化的基本内容概括起来大致有以下几个方面：图３ 化工自动化的基本内容 １、自动检测系统在化工生产过程中，人们要想知道生产过程状况进行的如何，是通过了解反映生产过程状况的某些物理量的大小来实现的。
通常把这些物理量称为过程变量。
化工生产中常常通过温度、压力、流量、液位、物料、成份等过程变量的大小来反映生产过程状况的好坏。
自动检测系统就是对各种生产过程变量自动地进行检测，并且把检测的结果随时指示或记录下来的自动化系统。
２、自动操纵系统在化工生产过程中，往往会有一些周期循环重复的操作。
这种操作单调乏味容易使人疲劳。
例如：用煤造气的生产过程中，有吹风、上吹、下吹、回收这四个步骤组成一组单调的、周期重复的操作。
为了摆脱这种单调的重复操作，人们设置了由自动机（顺序控制器）和执行器组成的自动操纵系统去自动地完成这组操作。
这种能够按照人们事先规定好的操作顺序，自动地进行单调、周期性重复操作的自动化系统称为自动操纵系统（也称顺序控制系统）。
3、自动控制系统化工生产过程是连续的生产过程，各种过程变量都是连续变化的模拟量。
在化工生产中，常常要求通过操作使得某些表征化工生产过程状况的、重要的过程变量，相对地稳定在生产工艺要求的数值上。
例如：在精馏塔的操作中，提馏段的温度是否稳定在某个量值上，将直接影响到精馏塔工作状况的好坏和产品质量的优劣，通常设置一个自动控制系统对提馏段温度进行自动操作。
这种操纵某种物料量或能量的大小，使得某个过程变量保持在生产工艺要求的给定值上的自动化系统，叫自动控制系统。
4、自动报警系统、自动联锁保护系统在化工生产过程中常常会遇到这样的情况，当某个过程变量的数值超过或低于一定的限制时，就会影响生产的正常进行，甚至会造成种种事故。
1化工自动化的 主要内容
1化工自动化的主要内容：自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制。
2自动控制系统的组成：被控对象,测量元件及变送器,控制器，执行器。
3方框图1. 环节：完成一个独立功能的元件或设备。
2. 被控变量y ：生产过程中需要保持恒定的工艺参数，如上例中的液位。
3. 给定值x ：被控变量希望保持的具体数值。
4. 操纵变量q：具体实现控制作用的参数，如上例中的流量。
5. 操纵剂：流入或流出被控对象用以控制被控变量的物料或能量。
6. 干扰作用f ：影响被控变量偏离给定值的一切外来因素。
7. 输入、输出：凡是一个环节所受到的作用称为该环节的输入，而该作用在环节中引起的变化成为该环节的输出。
8. 控制作用：执行器输出q 的变化。
9. 偏差信号e ：e=x-z4负反馈：系统输出为被控变量，它通过测量变送装置送又回到系统的输入端，这种把输出信号又引回到输入端的做法称为“负反馈”。
5自动控制系统是具有负反馈的闭环系负反馈是自动控制技术最基本的概念和手段6A 分析报警 C 电导率控制 F 流量比I 电流指示M 水分R 放射性记录T 温度传送7自动控制系统的分类按被控参数分类：流量控制、温度控制、压力控制、物位控制按控制规律分类：比例控制、比例微分控制、比例积分控制、、比例积分微分控制按照工艺过程对被控参数的要求是否变化分：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统8自动控制系统过渡过程的几种基本形式：非周期衰减过程衰减震荡，等幅震荡放散震荡二1研究过程的特性，就是用数学的方法来描述出过程输入量与输出量之间的关系，这种过程特性的数学描述就称为对象特性的数学模型。
2建模方法:机理建模，经验建模，混合建模。
3描述过程特性的参数：放大系数K时间常数T滞后时间τ当对象受到阶跃输入后，被控变量达到新的稳态值的63.2％所需的时间，就是时间常数T 当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间。
从加入输入作用后，经过3T时间，液位已经变化了全部变化范围的95％，这时，可以近似地认为动态过程基本结束。
第1章 自动控制系统概述
(1)开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自 动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生 的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开 环控制是有利的。
(2)闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠负反馈 环节进行自动调节，以补偿扰动对系统产生的影 响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但闭环 系统使系统稳定性变差，需要重视并加以解决。
本章作业
P15： 1-7 1-8
我国古代的自动控制技术
东汉时期张衡制造了浑天仪和地动仪
三国时期的马钧、南朝时的祖冲之创造和复制 了指南车。
产业革命时期，自动控制技术取得了巨大的发展
1748年瓦特发明的蒸汽机中的离心调节器
1868年麦克斯韦利用描述系统的微分方 程解释了这种现象，并提出了判别低阶 系统稳定性的判据 1877年和1895年劳斯[英]和数学家胡尔 维茨[瑞士]提出了可以判别高阶线性系统 的稳定性的判据
(3)自动控制系统通常由给定元件、检测元件、比较 环节、放大元件、执行元件、控制对象和反馈环节 等部件组成。系统的作用量和被控制量有：输入量、 反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。 框图可直观地表达系统各环节(或各部件)间的因果关 系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和传 递情况以及它们对输出量的影响。
特点：无反馈环节 优点：结构简单，系统稳定性好，成本也低 缺点：当控制过程受到各种扰动因素影响时，将会直接影 响输出量，而系统不能自动进行补偿。特别是当无法预计的 扰动因素使输出量产生的偏差超过允许的限度时 ，开环控制 系统便无法满足技术要求
适用场合：在输出量和输入量之间的关系固定，且内部参 数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素产生的误差 可以预计确定并能进行补偿，应尽量采用开环控制系统。
自动控制系统概念
许多自动控制系统在关键任务中起到重要作用，如何保证 系统的可靠性和稳定性，防止因故障导致生产事故或安全 事故，也是一个重要的技的行业和应用领域具有 各自的特点和需求，如何根 据具体需求定制和优化自动 控制系统是一个挑战。
人员培训
自动控制系统的应用需要对 操作人员进行专业培训，以 确保他们能够正确地使用和 维护系统。
物联网和通信技术的进步将推动自动控制 系统向网络化方向发展，实现远程监控和 控制。
模块化
安全性
模块化设计将有助于提高自动控制系统的 可维护性和可扩展性，方便系统升级和功 能扩展。
随着网络安全问题的日益突出，自动控制 系统的安全性将受到更多关注，将会有更 多的安全防护措施被应用到系统中。
技术挑战
数据处理
和稳定性。
反馈回路
反馈回路是自动控制系统中不可或缺 的部分，它能够将受控对象的输出信 号反馈给控制器，形成一个闭环控制 系统。
通过反馈回路，控制器可以实时地了 解受控对象的当前状态，并根据需要 调整控制动作，以达到更好的控制效 果。
03
自动控制系统类型
开环控制系统
开环控制系统是指系统中各个环节之 间没有反馈，只将系统输出量直接反 馈到输入端，通过输入端控制输出量 。
系统集成
将自动控制系统与其他设备 和系统集成时，需要解决不 同设备和系统之间的通信和 接口问题。
成本效益
自动控制系统的建设和运行 需要投入大量的资金和技术 支持，如何平衡成本和效益 的关系是一个挑战。
THANKS
感谢观看
传感器的种类和规格非常多，需根据具体的控制 要求进行选择和配置。
传感器的精度和稳定性对整个控制系统的性能有 着至关重要的影响。
受控对象
自动化控制系统概述
自动化控制系统概述自动化控制系统是指能够使各种机械设备、工艺过程、制造流程和生产线自动运行的系统。
它是现代工业制造的关键技术之一，广泛应用于工业生产、交通运输、能源领域、机械设备等各个领域。
本文将对自动化控制系统的概述进行详细介绍。
一、自动化控制系统的定义自动化控制系统是由硬件设备、软件系统、通信网络和人机界面等组成的一套综合系统。
它通过采集、传输、处理和控制相关数据，来实现对设备、过程或生产线的自动控制和运行。
自动化控制系统利用传感器、执行器、控制器和计算机等技术手段，实现了对生产过程的监测、调节和优化，提高了生产效率和产品质量。
二、自动化控制系统的基本组成自动化控制系统一般由传感器、执行器、控制器和计算机等组件组成。
1. 传感器：传感器是自动化控制系统中的重要部件，用于采集和转换被控对象的物理量、化学量或电气量等信息，并将其转化为可供控制器处理的电信号。
2. 执行器：执行器是根据控制器的指令，通过做功元件将电能转化为机械能，控制作业对象的位置、速度、力、温度等参数。
3. 控制器：控制器是自动化控制系统的核心部件，其作用是根据传感器的数据和事先设定的控制策略，采取相应的控制方法对执行器进行控制。
4. 计算机：计算机作为自动化控制系统的主控设备，负责控制、监测、管理和优化自动化系统的运行。
它可以根据实时数据进行监控和调整，同时还可以通过网络传输数据，实现远程控制和管理。
三、自动化控制系统的应用领域1. 工业生产：自动化控制系统在工业生产中得到广泛应用，可以实现生产过程的全面自动化。
它可以提高产品的质量和生产效率，减少人力资源的浪费，降低能源消耗和排放。
2. 交通运输：自动化控制系统在交通运输中的应用包括交通信号控制系统、自动驾驶系统和航空航天系统等。
它可以提高交通运输的安全性和效率，并减少事故的发生率。
3. 能源领域：自动化控制系统在能源领域的应用主要包括电力系统控制、石油化工过程控制和新能源发电等。
简述化工自动控制
简述化工自动控制一、引言化工自动控制是指通过自动化技术和设备来控制化工生产过程中的各种物理、化学和生物变化，以实现高效、安全、稳定的生产运行。
随着科技的不断发展，化工自动控制已经成为现代化工生产不可或缺的重要组成部分。
二、化工自动控制的基本原理1.反馈控制原理：通过传感器采集被控变量，与设定值进行比较，通过控制器输出信号调节执行机构来实现对被控对象的精确调节。
2.前馈控制原理：根据预测模型对未来可能发生的变量进行预测和计算，并在实际变量出现之前提前进行调节，从而达到更好的效果。
3.组合控制原理：将反馈和前馈两种控制方式结合起来，以实现更加精确和可靠的控制效果。
三、化工自动控制系统的组成1.传感器：用于采集被控对象的各种参数信息。
2.执行机构：根据信号输出来调节被控对象。
3.信号处理器：用于将传感器采集到的信息转换为数字信号，并进行处理。
4.控制器：根据反馈信号和预测模型输出控制信号，实现对被控对象的精确调节。
5.人机界面：提供给操作人员进行操作和监控的界面，如计算机屏幕、触摸屏等。
四、化工自动控制系统的应用1.生产过程中的自动化控制：可以实现对生产过程中各种参数的精确调节，提高生产效率和质量。
2.安全监测和报警系统：通过对生产过程中各种参数进行监测，及时发现异常情况并进行报警处理，保障生产安全。
3.环保治理系统：通过对废气、废水等进行监测和处理，在保障环境质量的同时实现资源的最大利用。
五、化工自动控制技术的未来发展趋势1.智能化技术：将人工智能技术应用于化工自动控制领域，实现更加智能化、自主化的生产运行。
2.大数据分析技术：通过对海量数据进行分析和挖掘，提高生产效率和质量。
3.云计算技术：将化工自动控制系统与云计算技术结合起来，实现更加高效、安全、稳定的生产运行。
六、结论化工自动控制技术是化工生产的重要组成部分，随着科技的不断发展，其应用范围和效果将会得到进一步提升。
在未来的发展中，我们需要不断地创新和完善技术，以实现更加智能化、高效化、安全化的生产运行。
自动控制系统基本概念
0 y
t
B 扰动通道 扰动通道存在纯滞后，对 控制系统的品质无影响；扰动通道 存在容量滞后，对系统是有利的。
y
τ0
t
B 0
t
第三节 对象数学模型的建立 1 一、有自衡对象的数学模型 q =q
㈠ 一阶对象（单容对象） 根据平衡关系有：对象物料储存 h=h0 +△h 量的变化率 = 单位时间流入对 象的物料变化量—单位时间流出 对象的物料变化量
1
0
+△ q1
2 q2=q0 +△q2
d M d h =Δq -Δq ① A 1 2 dt dt
d h RA h Rq1 dt 其中T=RA，K=R
d h T h k q1 dt
h q2 R
②
dy T y K x （t-τ) dt
㈡ 二阶对象（双容对象）
二阶对象
二、无自衡对象的数学模型
q1
h q2
d 2 h2 d h2 T1Ta Ta qi (t 0 ) 2 dt dt K 0 s G( S ) e Ta S (T1S 1)
第四节
对象特性的实验测取
所谓对象特性的实验测取，就是在我们所要研究的被控 对象上，人为的施加一个干扰作用(输入量)，然后用仪 表测量和记录对象的输出量随时间而变化的规律，可得 到表征对象特性的一些数据和曲线，而后对这些数据或 曲线进行分析整理，可得描述对象特性的数学表达式。
qi
K 0 s G (s) e TS 1
① ②
h1
Ⅰ R1 q1 h2 Ⅱ R2
d h1 A1 qi q1 dt d h2 A2 q1 q2 dt
q1
q2
自动控制系统的基本概念
y
0
t0
t
2. 衰减振荡过程
y
0
t0
t
3. 等幅振荡过程
0
t0
t
4. 发散振荡过程
三、控制系统的品质指标
自动控制系统的过渡过程是控制系统品质的重要 依据，我们假设在阶跃干扰作用下，取自动控制系统 的衰减振荡过程的形式来讨论控制系统的品质指标。
1、最大偏差和超调量 2、衰减比 3、余差 4、过渡时间 5、振荡周期或频率
绘制方框图注意事项
● 方框图中每一个方框都代表一个具体的装置。 ● 方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联 系，并不代表物料联系。
● 箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图 上的物料线是不同的。 ● 各个组成部分在信号传递关系上都形成一个闭合 环路。
进料
蒸汽 凝液
TC TT
出料
①指出此控制系统中被控对象、被控变量和操纵变量。 ②试画出此自动控制系统的方框图。
坏； 通常而言，反馈控制就是指负反馈控制。 闭环系统必须考虑稳定性问题
干扰
给定值
比较、计算
－
执行
被控量 控制对象
测量
按偏差调节的闭环控制系统
闭环系统与开环系统 的区别
与开环控制系统相比，闭环控制系统的最大特点是检测偏差、纠正 偏差 ；
从系统结构上看，闭环系统具有反向通道； 从功能上看，闭环系统具有如下特点：
或外来扰动的变化都比较小，或这些扰动因素可以事先确定并 能给予补偿，则采用开环控制也能取得较为满意的控制效果； 对扰动没有抑制能力。
给定值
（控制装置）
计算
执行
干扰
被控量 控制对象
按给定值操纵的开环控制系统
化工自动化过程控制系统
化工自动化过程控制系统在当今的化工生产领域，自动化过程控制系统已经成为了提高生产效率、保障产品质量、确保生产安全的关键手段。
它犹如化工生产的“智慧大脑”，精准地指挥着各种生产环节，实现了从原材料投入到产品产出的全流程智能化管理。
化工自动化过程控制系统是一个复杂而又精密的体系，它融合了计算机技术、控制理论、传感器技术、通信技术等多种先进技术。
通过对生产过程中的温度、压力、流量、液位等各种参数进行实时监测和控制，使得化工生产能够在最优的条件下进行。
在化工生产中，温度控制是至关重要的一环。
例如，在化学反应过程中，温度的高低直接影响着反应的速率和产物的质量。
自动化过程控制系统能够通过温度传感器实时获取反应釜内的温度信息，并根据预设的温度范围，自动调节加热或冷却装置的工作状态，从而确保温度始终保持在理想的范围内。
同样，压力控制对于化工生产的安全性也具有重要意义。
过高的压力可能导致设备破裂，引发严重的安全事故；而压力过低则可能影响反应的进行和产品的质量。
系统中的压力传感器会实时监测压力变化，一旦压力超出正常范围，控制系统会立即采取措施，如调整阀门开度或启动泄压装置，以保障生产的安全稳定进行。
流量控制在化工生产中也不可或缺。
准确控制原材料和各种介质的流量，不仅能够保证生产过程的顺利进行，还能够实现原材料的精确配比，从而提高产品的质量和收率。
液位控制则主要用于保障容器内液位的稳定，防止出现液位过高导致溢出或液位过低影响设备正常运行的情况。
化工自动化过程控制系统的核心组成部分包括传感器、控制器和执行器。
传感器就像是系统的“眼睛”，负责收集各种生产数据，并将其转化为电信号传递给控制器。
控制器则相当于系统的“大脑”，它对传感器传来的数据进行分析和处理，然后根据预设的控制策略计算出控制指令，并将指令发送给执行器。
执行器就像是系统的“手脚”，它根据控制器的指令来执行相应的操作，如调节阀门开度、改变电机转速等，从而实现对生产过程的控制。
化工自动化控制系统
化工自动化控制系统化工自动化控制系统是指将电子技术、计算机技术和自动控制技术等应用于化工过程控制的一种系统。
它通过采集和处理各种过程参数，实现对化工生产设备的自动控制和调节，提高生产效率、产品质量和安全性。
本文将从系统组成、工作原理和应用价值等方面进行介绍。
一、系统组成化工自动化控制系统由以下几个主要组成部分构成：1. 传感器：用于检测和测量化工过程中的各种参数，如温度、压力、流量、液位等。
常用的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器和液位传感器等。
2. 执行器：根据控制系统的指令，控制化工生产设备的操作，如启动、停止、调节等。
常见的执行器有电动执行器、气动执行器和液压执行器等。
3. 控制器：它是化工自动化控制系统的核心部分，负责采集传感器的信号，经过处理后发出控制信号给执行器，实现对化工过程的调控。
控制器能够根据设定的参数和算法，实时监测和调整化工过程的状态。
4. 通信网络：用于传输和交换控制系统中的数据和信息。
通信网络可以是有线网络，也可以是无线网络。
近年来，随着无线通信技术的快速发展，越来越多的化工企业采用无线通信网络来构建自动化控制系统，提高生产效率和灵活性。
5. 监视与操作界面：化工自动化控制系统通常配备了人机界面，操作人员通过界面可以实时监视和控制化工过程。
界面可以是触摸屏、计算机软件等形式，方便操作人员进行设备的参数设定、趋势曲线显示和故障诊断等操作。
二、工作原理化工自动化控制系统的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 传感器采集数据：传感器负责采集化工过程中的各种参数，如温度、压力等，并将数据转化为电信号或数字信号输出。
2. 控制器处理数据：控制器通过接收传感器的信号，对数据进行处理和分析，并根据事先设定的控制策略和算法，生成控制信号。
3. 控制信号传输：控制信号通过通信网络传输给执行器，控制执行器的操作。
执行器根据接收到的信号，调整化工设备的工作状态，以实现对化工过程的控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其他控制系统
用同一种形式地方块图可以代表不同的控制
系统
当进料流量或温度变化等
因素引起出口物料温度变化
时，可以将该温度变化测量
后送至温度控制器TC。温度
控制器的输出送至控制阀，
以改变加热蒸汽量来维持出
口物料的温度不变。
图7-7 蒸汽加热器温度控制系统
11
第二节 自动控制系统的方块图
为了便于分析,有时将控制器以外的各个环节 (包括 被控对象、测量元件及变送器、控制阀)组合在一起看 待,称之为广义对象,这样,整个系统可认为是由控制器与 广义对象两者所构成,其方块图可简化。
y K x
1 K 如果K很大, K 》1 ,则
y 1 x
单位反馈系统
yx
（7-1） （7-2）
14
第二节 自动控制系统的方块图
小结
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 它与自动测量、自动操纵等开环系统比较,最本质的 差别,就在于控制系统有无负反馈存在。
操纵指令
操纵作用
工艺参数
自动操纵装置
对象
35
第三节 过渡过程和品质指标
2.时间域的综合指标
综合性指标往往通过偏差的某些函数对时间的积分值 来表达,以兼顾最大偏差、超调量、衰减比、过渡时间等 各方面的因素。
以偏差e表示过渡过程中被控变量与新稳态值的差值, 即 e(t) = y(t) - y(∞)。
36
第三节 过渡过程和品质指标
三种综合指标
超调量也可以用来表征被控变量偏离给定值的程度。
28
第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之二 （2）衰减比
衰减比是衰减程度的指标，它是前后相 邻两个峰值的比。习惯表示为 n:1，一般 n 取为4～10之间为宜。
29
第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之三 （ 3 ） 余差
当过渡过程终了时，被控变量所达到的 新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差 ，或者说余差就是过渡过程终了时的残余 偏差。有余差的控制过程称为有差调节， 相应的系统称为有差系统。反之就为无差 调节和无差系统。
9
第二节 自动控制系统的方块图
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。
图7-6 自动控制系统方块图
10
第二节 自动控制系统的方块图
给定值
x - 控制器
干扰作用f
被控变量测量值z 广义对象
图7-8 简化方块图
12
第二节 自动控制系统的方块图
三、反馈
自动控制系统是一个闭环系统，是由于反馈的 存在造成的。
x eK
y
z
β
图7-9 负反馈系统
y Ke
e x y
13
第二节 自动控制系统的方块图
两式联立,消去e,则有
y Kx Ky
➢ 这种形式的干扰比较突然、 危险，且对被控变量的影响 也最大。如果一个控制系统 能够有效地克服这种类型的 干扰，那么一定能很好地克 服比较缓和的干扰。
➢ 这种干扰的形式简单，容易 实现，便于分析、实验和计 算。
24
图7-12 阶跃干扰作用
第三节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
34
第三节 过渡过程和品质指标
分析：过渡时间与规定的被控变量限制范 围大小有关，假定被控变量进入额定值的 ±2％，就可以认为过渡过程已经结束，那 么限制范围为200×（±2％）＝±4℃，这 时，可在新稳态值（205℃）两侧以宽度 为±４℃画一区域，上图中以画有阴影线 的区域表示，只要被控变量进入这一区域 且不再越出，过滤过程就可以认为已经结 束。因此，从图上可以看出，过渡时间为 22min。
26
第三节 过渡过程和品质指标
1.时间域的各种单项指标
假定自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的变 化曲线如下图所示，这是属于衰减振荡的过渡过程
图7-14 过渡过程品质指标示意图
27
第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之一 （ 1 ）最大偏差或超调量
最大偏差是指在过渡过程中，被控变量偏离给定值的最 大数值。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。
图7-10 自动操纵系统方块图
15
第二节 自动控制系统的方块图
四、自动控制系统的分类
按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统；
按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分 、比例微分、比例积分微分等控制系统；
将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定 值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系 统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序 控制系统。
图7-4 简单水槽
u u1 A u2 B
图7-5 信号分叉点
8
第二节 自动控制系统的方块图
二、自动控制系统方块图
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一 般都用方块图来表示控制系统的组成。
下页图为液位自动控制系统地方块图每个环节表示组成 系统的一个部分，称为“环节”。两个方块之间用一条 带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方块 表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节 的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。
20
第三节 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。
30
第三节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之四
（4） 过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重 新建立新的平衡时止，过渡过程所经历的 时间叫过渡时间。一般在稳态值的上下规 定一个小范围，当被控变量进入该范围并 不再越出时，就认为被控变量已经达到新 的稳态值，或者说过渡过程已经结束这个 范围一般定为稳态值的±５％（也有的规 定为±２％）。 31
③ 偏差平方值对时间的积分,简记为ISE
ISE e2dt 0
采用平方值,同样可以避免正负偏差积分时的相消现 象。
与IAE相比,它对最大偏差的数值更加敏感。
39
第三节 过渡过程和品质指标
四、影响控制指标的主要因素
一个自动控制系统可以概括成两大部分，即工艺过程 部分（被控对象）和自动化装置部分。前者指与该自动控 制系统有关的部分。后者指为实现自动控制所必需的自动 化仪表设备，通常包括测量与变送装置、控制器和执行器 等三部分。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设
备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简 称对象。
要选择好控制系统 的对象
6
第二节 自动控制系统的方块图
一、信号和变量
载有变量信息的物理变量是信号。
u
y 系统或环节
图7-3 输入、输出变量图
输入变量 输出变量 多输入多数出系统
7
第二节 自动控制系统的方块图
① 偏差绝对值对时间的积分,简记为IAE
IAE
0
et dt
采用绝对值,可避免正负积分面积相消的现象。
37
第三节 过渡过程和品质指标
② 偏差绝对值与时间乘积对时间的积分,简记为ITAE
ITAE
0
et tdt
它对后期的偏差值加大权值,因此对消除偏差所需 的时间比较敏感。
38
第三节 过渡过程和品质指标
21
第三节 过渡过程和品质指标
二、控制系统的过渡过程
系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
举例
给定值 控制器 执行器
-
测量、变送
干扰
当干扰作用于对象，系
被控变量 统输出y发生变化，在
对象
系统负反馈作用下，经
过一段时间，系统重新
恢复平衡。
图7-11 控制系统方块图
22
第三节 过渡过程和品质指标
图7-1 人工操作图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
3
图7-2 液位自动控制图
第一节 自动控制ห้องสมุดไป่ตู้统的组成
图7-2 液位自动控制
4
字母
A C D E F I K L M P Q R S T V W Y Z
表7-1 被测变量和仪表功能的字母代号
第一位字母
被测变量
分析 电导率 密度 电压 流量 电流 时间或时间程序 物位 水分或湿度 压力或真空 数量或件数 放射性 速度或频率 温度 黏度 力 供选用 位置
静态——被控变量不随时间而变化的平衡状态（变化率 为0，不是静止）。
19
第三节 过渡过程和品质指标
当一个自动控制系统的输入（给定和干 扰）和输出均恒定不变时，整个系统就处 于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个 组成环节如变送器、控制器、控制阀都不 改变其原先的状态，它们的输出信号也都
处于相对静止状态，这种状态就是静态。
化工自动化
绪论
自动控制系统概述
内容提要
自动控制系统的组成
自动控制系统的方块图
信号和变量 自动控制系统方块图 反馈 自动控制系统的分类
过渡过程和品质指标