过程装备与控制工程--第1章课件
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• 生产过程自动化是衡量工业企业现代化水平的一个 重要标志。
过程装备与控制工程--第1章
4
§1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容
• 自动检测系统: 采用各种检测仪表自动连续对各种 工艺参数进行测量，并将测量结果记录供操作人员 观察与分析或将测量获得的信息传送给控制系统， 作为自动控制的依据。
• 信号联锁系统：是一种安全系统。包括信号报警和 联锁保护
过程装备与控制工程--第1章
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• 被控变量：需要控制的工艺参数.
• 给定值(或设定值)：对应于生产过程中被控变量的期 望值.
• 测量值：由检测元件的到的被控变量的实际值。
• 操纵变量（或控制变量）：受控于调节阀，用以克服 干扰影响，具体实现控制作用的变量成为操作变量， 它是调节阀的输出信号。
• 干扰（或外界扰动）：引起被控变量偏离给定值的， 除操作变量以外的各种因素。
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
13
1.4.4 按系统克服干扰的方法分
• 1.反馈控制系统（FBC）
• 2.前馈控制系统（FFC，属于复杂系统在第二章详 细介绍）
• 3.前馈-反馈控制系统（FBC-FFC）
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
过程装备与控制工程--第1章
3
§1.1 概述
• 过程装备控制是指在过程装备上，配上一些自动化 装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部 分或全部劳动，使设计、制造、装配、安装等在不 同程度上自动地进行。
• 生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程的 方法就是生产过程自动化。
• 过程装备控制是生产过程自动化的最重要分支之一。
1.2.1过程装备的控制 锅炉水位控制
装置控制要求：汽包水位保持在一定范围内 人工控制与自动控制的区别与对应关系
过程装备与控制工程--第1章
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1.2.2 控制系统的组成
两大部分：被控对象与全套自动控制装置
• 被控对象:工艺变量需要控制的生产设备和机器.
• 测量元件和变送器：测量需控制的工艺参数并将其 转化为一个特定信号的仪器。
过程装备控制技术与应用
装控08-1，2
过程装备与控制工程--第1章
1
• 过程：含化学工程、机械工程、动力工程、 控制工程
• 化学工程是过程工业的典型代表 • 控制工程：机械控制 形状、位移、速度
过程控制 温度、压力、流量、 液位、浓度
过程装备与控制工程--第1章
2
第一章 控制系统的基本概念
本章主要内容 • 生产过程自动化系统所包含的内容 • 控制系统的组成 • 控制系统方框图及其概念 • 控制系统的分类 • 控制系统的过渡过程及其性能指标
• 偏差信号e：给定值与测量值的差，在反馈系统中， 调节器是根据偏差信号的大小来控制操作变量的。
• 控制信号：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.4 控制系统的分类
1.4.1 按给定值的特点划分 • 1.定值控制系统：给定值是不变的 • 2.随动控制系统(或称自动跟踪系统)：
• 调节器（控制器）：对偏差信号按一定规律运算出 控制信号，并传送给执行器。
• 执行器：接受调节器的信号，自动改变阀门开度， 从而改变输送量。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.3 控制系统的方框图
图中的每一个方框代表控制系统的一个组成部分，称为“环节”。环节具有单 向性，即任何环节只能由输入得到输出，不能逆行。从整个系统来看，给 定值信号和干扰信号是输入信号，被测变量或其测量值是系统的输出信号。 方框图中的圆圈称为“加法器”，用于信号相加或相减，当两个信号相减，即 e=ys -ym ,又称为比较元件。
• 回顾：《机械控制工程基础》§3.4.2 二阶系统的单 位阶跃响应
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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过渡过程质量指标
最大偏差A（或超调量Mp， ):
衰减比n ：过渡过程曲线上同方向的相邻两个 波峰之比,一般用n:1表示. 回复时间(过渡过程时间、调整时间) 余差：过渡过程终了时，被控变量新的稳态值 与设定值之差。 振荡周期T：
给定值是一个不断变化的信号,而且这种变化不是 预先规定好的,给定值的变化是随机的Fra Baidu bibliotek • 3.程序控制系统：
给定值也是一个不断变化的信号,但这种变化是一 个已知的时间函数,即给定值按一定的程序变化.
过程装备与控制工程--第1章
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1.4.2 按系统输出信号对操纵变量的影响来分
• 1.闭环控制
• 2.开环控制
• 自动操纵系统：根据预先规定的程序，自动地对生 产设备进行各种周期性操作的装置。
• 自动控制系统：利用自动化装置，对生产过程某些
重要的工艺变量进行调节，使它们在受到外界因素
影响偏离正常状态时能回复到规定的 范围内。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.1.2 过程装备控制的任务和要求
• 过程装备控制是针对过程装备的主要参数,即温度、 压力、流量、液位、成分和物性参数进行控制。
• 过程装备控制要求：安全性、经济性和 稳定性。 • 自动控制系统的要求：稳、准、快。
• 控制的任务：在了解、掌握工艺流程和生产过程的 静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应 用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适 的技术手段加以实现
过程装备与控制工程--第1章
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§1.2 控制系统的组成
1.4.3 按系统复杂程度分
• 1.简单控制系统(单回路系统)：只有一个简单的反馈 回路。
• 2.复杂控制系统:系统包含多个调节器、检测变送器 或执行器，从而形成系统中存在多个回路或者在系 统中存在有多个输入信号和多个输出信号。
在第二章会详细介绍简单系统的设计与工程整定等知 识，较为详细地介绍几种复杂类型的控制系统。
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§1.5 控制系统的过渡过程及其性能指标
• 控制系统的过渡过程
从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值 时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给 定值附近，这个过程就是控制系统的过渡过程。
• 发散振荡过程( 0 )
• 等幅振荡过程(00 )1
• 衰减振荡过程( 1) • 非振荡的单调过程( )
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§1.1.1生产过程自动化系统所包含的内容
• 自动检测系统: 采用各种检测仪表自动连续对各种 工艺参数进行测量，并将测量结果记录供操作人员 观察与分析或将测量获得的信息传送给控制系统， 作为自动控制的依据。
• 信号联锁系统：是一种安全系统。包括信号报警和 联锁保护
过程装备与控制工程--第1章
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• 被控变量：需要控制的工艺参数.
• 给定值(或设定值)：对应于生产过程中被控变量的期 望值.
• 测量值：由检测元件的到的被控变量的实际值。
• 操纵变量（或控制变量）：受控于调节阀，用以克服 干扰影响，具体实现控制作用的变量成为操作变量， 它是调节阀的输出信号。
• 干扰（或外界扰动）：引起被控变量偏离给定值的， 除操作变量以外的各种因素。
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过程装备与控制工程--第1章
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1.4.4 按系统克服干扰的方法分
• 1.反馈控制系统（FBC）
• 2.前馈控制系统（FFC，属于复杂系统在第二章详 细介绍）
• 3.前馈-反馈控制系统（FBC-FFC）
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
过程装备与控制工程--第1章
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§1.1 概述
• 过程装备控制是指在过程装备上，配上一些自动化 装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部 分或全部劳动，使设计、制造、装配、安装等在不 同程度上自动地进行。
• 生产过程自动化：用自动化装置来管理生产过程的 方法就是生产过程自动化。
• 过程装备控制是生产过程自动化的最重要分支之一。
1.2.1过程装备的控制 锅炉水位控制
装置控制要求：汽包水位保持在一定范围内 人工控制与自动控制的区别与对应关系
过程装备与控制工程--第1章
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1.2.2 控制系统的组成
两大部分：被控对象与全套自动控制装置
• 被控对象:工艺变量需要控制的生产设备和机器.
• 测量元件和变送器：测量需控制的工艺参数并将其 转化为一个特定信号的仪器。
过程装备控制技术与应用
装控08-1，2
过程装备与控制工程--第1章
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• 过程：含化学工程、机械工程、动力工程、 控制工程
• 化学工程是过程工业的典型代表 • 控制工程：机械控制 形状、位移、速度
过程控制 温度、压力、流量、 液位、浓度
过程装备与控制工程--第1章
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第一章 控制系统的基本概念
本章主要内容 • 生产过程自动化系统所包含的内容 • 控制系统的组成 • 控制系统方框图及其概念 • 控制系统的分类 • 控制系统的过渡过程及其性能指标
• 偏差信号e：给定值与测量值的差，在反馈系统中， 调节器是根据偏差信号的大小来控制操作变量的。
• 控制信号：控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.4 控制系统的分类
1.4.1 按给定值的特点划分 • 1.定值控制系统：给定值是不变的 • 2.随动控制系统(或称自动跟踪系统)：
• 调节器（控制器）：对偏差信号按一定规律运算出 控制信号，并传送给执行器。
• 执行器：接受调节器的信号，自动改变阀门开度， 从而改变输送量。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.3 控制系统的方框图
图中的每一个方框代表控制系统的一个组成部分，称为“环节”。环节具有单 向性，即任何环节只能由输入得到输出，不能逆行。从整个系统来看，给 定值信号和干扰信号是输入信号，被测变量或其测量值是系统的输出信号。 方框图中的圆圈称为“加法器”，用于信号相加或相减，当两个信号相减，即 e=ys -ym ,又称为比较元件。
• 回顾：《机械控制工程基础》§3.4.2 二阶系统的单 位阶跃响应
过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
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过程装备与控制工程--第1章
19
过渡过程质量指标
最大偏差A（或超调量Mp， ):
衰减比n ：过渡过程曲线上同方向的相邻两个 波峰之比,一般用n:1表示. 回复时间(过渡过程时间、调整时间) 余差：过渡过程终了时，被控变量新的稳态值 与设定值之差。 振荡周期T：
给定值是一个不断变化的信号,而且这种变化不是 预先规定好的,给定值的变化是随机的Fra Baidu bibliotek • 3.程序控制系统：
给定值也是一个不断变化的信号,但这种变化是一 个已知的时间函数,即给定值按一定的程序变化.
过程装备与控制工程--第1章
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1.4.2 按系统输出信号对操纵变量的影响来分
• 1.闭环控制
• 2.开环控制
• 自动操纵系统：根据预先规定的程序，自动地对生 产设备进行各种周期性操作的装置。
• 自动控制系统：利用自动化装置，对生产过程某些
重要的工艺变量进行调节，使它们在受到外界因素
影响偏离正常状态时能回复到规定的 范围内。
过程装备与控制工程--第1章
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§1.1.2 过程装备控制的任务和要求
• 过程装备控制是针对过程装备的主要参数,即温度、 压力、流量、液位、成分和物性参数进行控制。
• 过程装备控制要求：安全性、经济性和 稳定性。 • 自动控制系统的要求：稳、准、快。
• 控制的任务：在了解、掌握工艺流程和生产过程的 静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应 用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适 的技术手段加以实现
过程装备与控制工程--第1章
6
§1.2 控制系统的组成
1.4.3 按系统复杂程度分
• 1.简单控制系统(单回路系统)：只有一个简单的反馈 回路。
• 2.复杂控制系统:系统包含多个调节器、检测变送器 或执行器，从而形成系统中存在多个回路或者在系 统中存在有多个输入信号和多个输出信号。
在第二章会详细介绍简单系统的设计与工程整定等知 识，较为详细地介绍几种复杂类型的控制系统。
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过程装备与控制工程--第1章
16
§1.5 控制系统的过渡过程及其性能指标
• 控制系统的过渡过程
从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值 时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给 定值附近，这个过程就是控制系统的过渡过程。
• 发散振荡过程( 0 )
• 等幅振荡过程(00 )1
• 衰减振荡过程( 1) • 非振荡的单调过程( )