3 化工自动控制系统的基本概念
课件：化工仪表自动化第6章 自动控制系统的基本概念
化工工艺控制流程图
PID图
工艺流程和控制方案的确定后，根据 工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标 注出相应的测量点、控制点、控制系统及 自动信号与联锁保护系统等， 便成了工艺 管道及控制流程图 （PID图）。
自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
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。
6
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 是基于负反馈原理的，包括测
量、放大和反馈三部分。其作用是将检测元件的 输出信号转换成统一标准信号，送到显示仪表或 控制装置进行显示、记录或控制 由于变量种类多，因此，变送器的类型也较多 温度变送器 压力变送器 液位变送器 流量变送器
各系统间的相互关系
自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行 情况的任务；
自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某 种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；
自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行 某种周期性操作；
只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因 素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先 规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的 工艺操作状态。所以，自动控制系统是自动化 生产中的核心部分。
自动报警联锁保护系统的组成
3.自动操纵及自动开停车系统
自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产 设备进行某种周期性操作。
自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤，将生产 过程自动地投入运行或自动停车。
《化工仪表及自动化》第1章
回流罐液位控制系统中的LIC-201是一台具有指示功 能的液位控制器，它是通过改变进入冷凝器的冷剂量来维 持回流罐中液位稳定的。
塔下部的温度控制系统中的TRC-210表示一台具有记 录功能的温度控制器，它是通过改变进入再沸器的加热蒸 汽量来维持塔底温度恒定的。
塔底的液位控制系统中的LICA-202代表一台具有指示、 报警功能的液位控制器，它是通过改变塔底采出量来维持 塔釜液位稳定的。
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。
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℃）。
小结
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 与自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别， 就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被控（工艺） 变量是不反馈到输入端的。
举例
化肥厂的造气自动机就是典型的开环系统的例子
操纵指令
自动操纵装置
操纵作用
对象
工艺参数
开环系统：自动机在操作时， 一旦开机，就只能是按照预 比较 先规定好的程序周而复始地 运转。这时被控变量如果发 生了变化，自动机不会自动 地根据被控变量的实际工况 来改变自己的操作。
图1-16 温度控制系统过渡过程曲线
衰减震荡过程
√Leabharlann 对于控制质量要求不 高的场合，如果被控 变量允许在工艺许可 等幅震荡过程 ？ 的范围内振荡（主要 指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
自动控制系统基本概念化工工艺
AA A
分支点
输入信号:作用于方框上的信号;输出:由方框送出的信号。
二.自动控制系统的表示形式 1. 方框图
•
f 干扰作用
给定值 偏差
操纵变量
被控变量
控制器
控制阀
x
z
e
p
q
对象
y
测量值
测量元件 及变送器
方框图的作用:用箭头表示自动控制系统各个组成环节之 间的相互影响和信号联系。
二.自动控制系统的表示形式
自动控制系统基本概念化工工艺
绪论
主要内容：
•
• 生产过程自动化的含义
• 实现生产过程自动化的目的
• 生产过程自动化的发展状况
• 现代自动化技术特点
• 学习本课程的重要性
一、生产过程自动化的含义
在生产设备上配备一些自动化的装置,代替操作人员的 部分直接劳动,使生产在不同程度上自动地进行的过程
•
称生产过程自动化。
给定值 偏差 控制器
干扰作用 f
操纵变量q
控制阀
对象
被控变量y
x
z
e
p
测量值
测量元件 及变送器
自动控制系统方框图
画出该温度控制系统的方块图,指出被控对象、被控变量、 操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？
•
给定值 偏差 控制器
干扰作用 f
操纵变量q
控制阀
对象
被控变量 y
x
z
e
p
测量值
测量元件 及变送器
给定值 偏差
x
z
e
控制器
p
干扰作用 f
操纵变量q
控制阀
对象
被控变量 y
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
化工仪表及自动化解读
控制器
控制阀
对象
测量元件变送器
2. 检测仪表与传感器
2.1概述 在工业生产中，为了正确的指导生产操作，对过程进行控制，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中的各个有关参数，例如压力、流量、物位、温度等。用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表。用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号（例如电信号或气压信号）的仪表通常称为传感器。当传感器的输出为规定的标准信号时，通常称为变送器。 2.1.1测量误差 在测量过程中，由于所使用的测量工具本身不够准确，观测者的主观性和周围环境的影响等等，使得测量的结果不可能绝对准确。由仪表读得的被测值与被测量真值之间，总是存在一定的差距，这一差距就称为测量误差。误差的分类方法多种多样，按误差出现的规律可分为系统误差、偶然误差和疏忽误差；按仪表使用的条件分为基本误差和附加误差；按被测变量随时间变化的关系分为静态误差和动态误差；按与被测变量的关系分为定值误差、累计误差；按误差的数值表示分为绝对误差、相对误差和引用误差。 测量误差通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。 绝对误差是指仪表指示值和被测量的真值之间的差值。在实际应用中真实值指得是标准表的读数。 ∆＝X-X0 相对误差等于某一点的绝对误差∆与标准表在这一点的指示值X0之比。 Y＝ ∆/X0= (X-X0)/X0
冷液
热液
压力表
蒸汽
TT-101
流量计
冷凝水
TV-101
1. 自动控制系统基本概念
1.1.3自动信号和联锁保护系统 生产过程中，有时由于一些偶然因素的影响，导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况时，就有引起事故的可能。为此，常对某些关键性参数设有自动信号联锁装置，防止事故的发生和扩大。如下图：
温度
化工仪表及自动化考试重点
第一章自动控制系统的基本概念1、化工自动化的主要内容：自动检测系统、自动信号和连锁保护系统、自动操纵及自动开停车系统、自动控制系统。
2、自动控制系统能在没人直接干预的情况下，自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最假的工艺操作状态。
3、自动控制系统的基本组成：被控对象及自动化装置，其中自动化装置又包含测量原件与变送器、控制器和执行器。
4、自动控制系统的方块图：每个方块都代表一个具体装置，方块与方块之间的连接代表方块之间的信号联系，方块之间连接线的箭头代表信号作用的方向。
5、自动控制系统是具有被控变了负反馈的闭环系统。
而自动检测、自动操纵等系统是开环系统。
6、反馈控制方式是按偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控变量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控变量与期望值趋于一致。
7、按被控变量的给定值是否变化和如何变化分类，自动控制系统可分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
8、自动化领域中，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态；把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
9、静态是指系统中各信号的变化率为零，即信号保持在某一常数不变化，而不是物料不流动或能量不交换。
10、自动控制系统在静态时，生产还在进行，物料和能量仍然有进出，只是平衡进行没有改变就是了，这与习惯上所说的静止是不同的。
11、系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程，称为系统的过渡过程。
12、系统中过渡过程中，被控变量随时间变化的。
13、自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程的基本形式：非周期振荡过程、衰减振荡过程、等幅振荡过程和发散振荡过程。
14、衰减振荡的过渡过程的品质指标如下：最大偏差：被控变量偏离给定值的最大数值。
超调量：被控变量偏离新的稳定值得最大数值。
衰减比:前后相邻两个峰值的比。
余差：当过渡过程终了时，被控变量所达到的新的稳定值与给定值之间的偏差。
化工仪表及自动化作业参考答案
第一章自动控制系统基本概念1.自动控制系统主要由哪些环节构成？各组成环节起什么作用？答:自动控制系统主要有俩大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，包括测量元件及变送器、控制器、执行器。
另一部分是受自动化装置控制的被控对象。
测量元件及变送器作用是用来感受被控变量的变化并将它转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电流、电压信号等）。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号发送给执行器,执行器作用是接收控制器送来的控制信号，改变被控介质的流量，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
2.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。
即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看，未构成闭合回路。
开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。
而闭环控制系统可以随时了解被控对象的情况，有针对性的根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向。
3.什么是负反馈？负反馈在控制系统中有什么重要意义？答:反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；意义：当被空变量受到干扰的影响而升高时，只有负反馈才能是反馈信号升高，经过比较到控制器的偏差信号将降低，此时控制器将发出信号而使控制阀的开度发生变化，变化的方向为负，从而使被空变量下降到给定值，这样就达到了控制的目的。
4.什么是控制系统的静态与动态？为什么说研究系统的动态比研究静态更为重要？答:在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为控制系统的静态。
化工仪表及自动化复习
第一章自动控制系统基本概念第一节自动控制系统的基本组成及表示形式液位自动控制的方框图方框图中， x 指给定值；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（主要是进料量的变化，注意：此为对液位控制而言）。
当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈。
其他控制系统用同一种形式的方框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。
小结:自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
举例：乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图第二节自动控制系统的基本组成及表示形式T 温度，P 压力（真空度），L 物位，F 流量I 指示，R 记录，A 报警，C 控制（调节）塔顶的压力控制系统中的PIC-207，PIC的组合就表示一台具有指示功能的压力控制器。
LIC-201是一台具有指示功能的液位控制器。
FRC-210表示一台具有记录功能的温度控制器。
PIC-207表示压力指示调节仪表，该仪表为就地安装，工段号为2，仪表序号为07。
第三节自动控制系统的分类1.定值控制系统：被控变量的给定值不变2.随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值随机变化第四节自动控制系统的过渡过程和品质指标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。
当干扰作用于对象，系统输出y发生变化，在系统负反馈作用下，经过一段时间，系统重新恢复平衡。
常用的是阶跃干扰。
采用阶跃干扰的优点：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。
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。
化工仪表与自动化 控制系统的基本概念
干扰
0
t0
t
图 1 3 -6 阶 跃 干 扰
第二节 过渡过程及品质指标
三、控制系统的品质指标 一般以阶跃干扰作用下，衰减振荡过程为研究依据。 一般以阶跃干扰作用下，衰减振荡过程为研究依据。
y(t)
T A B
y(t)
B'
C
T
yr y (∞ )
A
B B'
y (∞ )
0 0 tr t p
(a) 给定值阶跃变化下的过渡过程
第三篇 过程控制系统
• 第十三章 自动控制系统的基本概念 • 第十四章 简单控制系统 • 第十五章 复杂控制系统 • 第十六章 典型操作单元的控制方案
第十三章
自动控制系统的 基本概念
• 自动控制系统组成及分类 • 过渡过程及品质指标 •小 结
返回
第一节 自动控制系统组成及分类
一、自动控制系统的组成
返回
第十四章 简单控制系统
• 简单控制系统的设计 • 控制系统的投运 •小 结
返回
第一节 简单控制系统的设计
• 设计内容 • 被控变量选择 • 操纵变量选择 • 气动执行器选择 • 控制器选择
返回
第一节 简单控制系统的设计
一、设计的内容 简单控制系统：由一个被控对象、测量变送、 简单控制系统：由一个被控对象、测量变送、控制器和 执行器所组成的单回路反馈控制系统。 执行器所组成的单回路反馈控制系统。
返回
第十三章 小 结
一、自动控制系统组成及分类 由测量变送、控制器、执行器和被控对象等组成。 由测量变送、控制器、执行器和被控对象等组成。 构成负反馈闭环控制系统。控制作用的产生由偏差引起。 构成负反馈闭环控制系统。控制作用的产生由偏差引起。 分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三类。 分为定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统三类。 定值控制系统 三类 二、过渡过程及品质指标 自动控制系统在运行中有动态与静态两种状态。 自动控制系统在运行中有动态与静态两种状态。 动态 两种状态 从一种平衡状态到达另一种新的平衡状态的过程称为过渡 从一种平衡状态到达另一种新的平衡状态的过程称为过渡 过程。 过程。 过渡过程有几种基本形式、评价的品质指标。 过渡过程有几种基本形式、评价的品质指标。
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
化工仪表及自动化总复习及答案(吉珠专用)
化工仪表及自动化总复习第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。
二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。
3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 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12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。
答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。
化工仪表及自动化复习重点
自动控制系统的基本概念系统组成：被控对象+自动控制装置（测量变送+控制器+执行器）测量变送：将现场各种非电量信号转化为电信号输出控制器：它接受变送器送来的信号，与工艺需要进行比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去。
执行器：根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
系统表示形式：1,方框图(简单控制系统）2，管道及仪表流程图基本符号：A报警 C 控制I 指示Q 累计R 记录打印T 传送系统分类：开环，闭环1.定值控制系统：所谓定值就是恒定给定值的简称。
工艺生产中，如果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，那么就需要采用定值控制系统2.随动控制系统（自动跟踪系统）:这类操作系统的特点是给定值不断的变化，而且这种变化不是预先规定好了的,也就是说给定值是随机变化的.3.程序控制系统（顺序控制系统)：这类系统的给定值是变化的，但他是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。
系统品质指标：过渡过程总体要求（稳、快、准）评价一个过程控制系统的性能和质量，主要考虑系统的稳定性、快速性、准确性和相应的品质指标单项指标(最大偏差、过渡时间、衰减比、余差）最大偏差: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。
过渡时间：从干扰作用发生的时刻起,直到系统建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间叫过渡时间.衰减比：表示衰减程度的指标是衰减比，他是前后相邻两个峰值的比.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。
绘制控制系统的管道及仪表流程图自动控制系统的基本概念测量变送部分测量基本概念：仪表性能指标：绝对误差精度等级变差绝对误差：被校仪表值减去标准仪表值.精度等级：精度等级数值越小就表征该仪表的精确度等级越高,也说明了该仪表的精度越高。
常用精度等级有0.005 0。
02 0.05 0。
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。
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S=（Q2-Q1）/（Y2-Y1） 式中： S—容量系数。
Q—容量。
Y—被控变量。
S越大，所引起的被控变量变化就比较慢而小， 对象的灵敏度就较低；相反，对象的灵敏度就高。
华北电力大学 能源工程及自动化教研室
27
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华北电力大学 能源工程及自动化教研室
15
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控制系统的过渡过程
1、控制系统的过渡过程 对于一个自动控制系统，扰动作用是经常存在的。假如一
个自动控制系统原来处于某一相对平衡状态，由于扰动的作用， 平衡被破坏，被控变量也就产生波动，经过控制器的控制作用， 使系统达到一个新的平衡状态。从扰动作用，发生时起到控制 器的控制作用使系统达到新的平衡时为止，这段时间内被控变 量的变化过程，称为控制系统的过渡过程。亦即系统从一个平 衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。
扰动作用
控制作用
控制通道
扰动通道
被控对象
被控变量
华北电力大学 能源工程及自动化教研室
23
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1. 对象的自平衡能力
依控制对象有无自平衡能力划分，可分为有自平衡能 力被控对象和无自平衡能力被控对象。
自平衡能力：指对象在受到扰动后，仅依靠自身能力 而不依靠任何外加的调节作用就能使被调量趋于某一 稳定值的能力。
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4 按系统变量的多少分类
（1） 单变量系统 单变量系统也称作单输入单输出系统，其输
入量和输出量都为1个，系统结构较为简单。
（2） 多变量系统 单变量系统也称作多输入多输出系统，其输
入量和输出量多于1个，系统结构较为复杂。
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《化工仪表及过程控制》
第一章 自动控制系统基本概念
授课教师：朱红路
华北电力大学 能源工程及自动化教研室
华北电力大学 可再生能源学院 能源工程及自动化教研室 华北电力大学 太阳能中心
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(2) 非线性控制系统
当系统中存在非线性特性的组成环节或元件，
系统的特性就由非线性方程描述，这种系统即为 非线性系统。非线性系统不具备叠加性。
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3 按系统信号流的形式分类 （1） 连续控制系统
调节阀 1
Qi
H 调节阀 2
有自平衡能力控制对象举例
Q0
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无自平衡能力的被控对象称为无自平衡能力 被控对象，简称无自平衡对象。
调节阀
Qi H
水泵
Q0 无自平衡能力控制对象举例
按信号流的 形式
连续系统 离散系统
5.
按系统变量 的多少
单变量系统 多变量系统
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本章内容
化工自动化的主要内容 化工自动控制系统的基本组成及方块图 化工自动控制系统的分类 化工自动控制系统的过渡过程及品质指标 工艺管道及控制流程图
程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是根
据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系。
例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的
程序控制系统、电梯升降控制、退火炉的炉温控制
等。
c（t）＝ r（t）
r（t）为已知时间函数。
r（t）
Time
t1
t2
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洲际弹道导弹视屏
时间
0
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当对象的输入作用变化后，输出变量开始变化的速 度非常慢，然后才慢慢加快，最后又变慢，即成“S型 “这种现象叫容量滞后。用符号c表示。
容量滞后一般是由于物料量或能量在传递过程中有 一定有阻力而引起的。
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• 分类小结
开环系统 1. 按结构形式 闭环系统
恒值控制系统
2.
按给定值的 变化形式
程序控制系统 随动系统
3.
按数学模型
线性系统 非线性系统
4.
系统中个部分的信号都是时间变量的连续函数。 连续系统的运动状态或特性用微分方程描述。用模 拟式仪表实现自动化的过程控制系统均属此类系统。
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（2）离散控制系统
A/D 计算机 D/A
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线性系统的主要特征是满足叠加原理，即：当系统
在输入信号r1(t)的作用下产生系统的输出c1(t)，当系 统在输入信号r2(t)的作用下产生系统的输出c2(t)。如 果系统的输入信号为
ar1(t)+br2(t)
冷流体
温度计
输入
蒸汽
热பைடு நூலகம்体
输出
时间
夹套间壁 装料容器
冷凝水
c
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时间 29
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5.对象的时间常数
当对象的输入作用变化后，输出量以最快速度 达到新的稳态值所需要的时间，称对象的时间常数。 用符号T表示。
保持器 受控对象
测量
系统某处或多处的信号为时间上离散的脉冲序列或 数码形式时，该系统为离散控制系统。
离散控制系统用差分方程描述。
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化工自动化的主要内容 化工自动控制系统的基本组成及方块图 化工自动控制系统的分类 化工自动控制系统的过渡过程及品质指标 工艺管道及控制流程图
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1 按给定值的变化形式分类 （1）定值控制系统
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2. 对象的放大系数 对于有自衡能力的对象，输入量一定时，输出量最终
也是一定的，且不同的输入量对应着不同的输出量。把自 衡对象的前后两个状态(平衡状态)的输出变化量与输入变 化量之比，称为对象的放大系数。
r（t）
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Time
4
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（2）随动控制系统
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（3）程序控制系统
定值控制系统：也称恒值控制系统。输出量以一定 的精度等于给定值，而给定值一般不变化或变化很 缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生 产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒 温系统，石油部门的恒压系统等。
c（t）＝ r（t）＝ const 其中 r（t）给定值，c（t）被控量。
r（t）
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（一）被控对象特性对控制质量的影响
什么叫被控对象的特性呢？就是指对象受到扰动 作用后，被控变量是如何变化的。换句话说，就是对 象的输入发生变化时，其输出是如何变化的，变化的 快慢如何，以及最终变化了多少等等。
被控变量
（2）等幅荡过程
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设定值 时间
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被控变量
（3）衰减振荡过程
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设定值 时间
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2、影响控制系统过渡过程的主要因素 过渡过程由控制系统本身决定！
一个简单的自动控制系统由４个环节组成，可以 概括为由被控对象和自动化装置两个部分组成。影响 控制系统过渡过程的主要因素来自这两个部分。下面 分别介绍。