计算机控制技术与系统概论

§1-3 过程控制系统的组成与类别
一 过程控制系统的组成
眼睛 大脑 手
液体储槽液位控制系统
§1-3 过程控制系统的组成与类别
液体储罐
调节器
调节阀
液位测量仪表
图1-1 过程控制系统组成示意图
设定值r + e -
调节器
u
q
储罐液位H
调节阀
液体储罐
ym
差压变送器
图1-2 液位控制系统原理方框图
§1-3 过程控制系统的组成与类别
3 调整时间（过渡过程时间ts）：
从过渡过程开始直到被控量达到新 稳态值的5％(2％)所经历的时间。
4 静态偏差（余差）：C
过渡过程结束时被控量与设定值之差。
第二章 过程控制对象的特性
本章主要内容 §2-1 概述 §2-2 有自平衡能力对象的动态特性 §2-3 无自平衡能力对象的动态特性 §2-4 时域法辨识对象的动态特性 §2-5 频域法辨识对象的动态特性
本章主要内容 §1-1 过程控制系统的特点 §1-2 过程控制系统的发展概况 §1-3过程控制系统的组成与类别 §1-3过程控制系统的品质指标
§1-1 过程控制系统的特点
过程控制系统的特点取决于被控对象的特点
被控对象复杂多样；
生产过程大多比较复杂、规模差异大、机理不同 对被控对象的辨识比较困难。
一 控制系统的静态、动态与过渡过程
静态：被控量保持不变的状态称为系统的静态。 静态是系统的相对稳定状态，也称稳态。
动态：被控量处于变化的状态称为系统的动态。 动态是控制系统的调节状态。
过渡过程：控制系统克服干扰的调节过程。
二 典型输入与过渡过程形式
r
t
y
单调衰减：无超调、调节过程缓慢 t
衰减振荡：具有一定的快速性和稳定性 y t
常规过程控制系统：采用常规仪表的控制系统 过程控制系统
计算机过程控制系统：采用计算机的控制系统
教学用书及参考书
过程控制系统
1 朱麟章 主编 过程控制系统及设计
机械工业出版社
2 邵裕森 主编 过程控制工程 第二版
机械工业出版社
3 金以惠 主编 过程控制
清华大学出版社
4 蒋慰孙、俞金寿 编著 过程控制工程
常规仪表控制系统：控制器（调节器）采用常规仪表 计算机控制系统：控制器采用计算机
常规仪表控制系统 按照给定值形式分类:
定值控制系统：控制过程中给定值保持不变的系统。 随动控制系统：控制过程中给定值是变化的但变化
的规律是未知的。 程序控制系统：控制过程中给定值是变化的但变化
的规律是已知的。
§1-4 过程控制系统品质指标
多数对象存在纯滞后；
设备庞大，存在容量、惯性和阻力，难以控制。
对象特性的非线性；
对象的输入与输出之间的关系通常是非线性的，实际控制系 统只能在一定范围内做线性处理，控制质量受到影响。
控制系统比较复杂；
控制系统考虑的因素很多，系统变得庞大。
§1-2 过程控制系统的发展概况
过程控制的目的：
等幅震荡：临界稳定状态
y
t
发散震荡：振幅发散，直至系统破坏 y
t
§1-4 过程控制系统品质指标
三 品质指标
1 衰减比：n＝B1/B2
衰减比衡量过渡过程的快慢程度和 稳定裕量。 一般取n＝4:1--10:1
2 最大动态偏差：B1 或 A
过渡过程开始后，被控量的最大值 与新稳态值或设定值之差。 超调量：最大动态偏差与稳态值之比。
计算机控制技术与系统
河北理工大学计算机与自动控制学院 张湧涛
计算机控制技术与系统
第一章 过程控制系统的基础知识 第二章 过程控制对象的特性 第三章 常规过程控制系统的基本类型 第三章 计算机控制系统的基本概念 第四章 过程计算机输入输出技术 第五章 过程计算机常规控制技术 第六章 过程计算机抗干扰技术
扰动（干扰 d）：引起被控参数变化的所有因素。
内扰：经过控制通道的扰动。外扰：系统外部干扰因素
§1-3 过程控制系统的组成与类别
课堂问题
画出控制系统的方框图 指出：被控对象、被控参数、控制参数、主要扰动
流量控制系统示意图
§1-3 过程控制系统的组成与类别
二 过程控制系统的类型
根据控制设备的不同分类：
d
设定值r +
e
u
控制器（调节器）
执行器
q
被控参数 y 被控对象
-
ym
检测、变送器
图1-3 过程控制系统原理方框图
被控对象：控制系统所控制的生产设备或装置。
被控参数（被控量）：控制系统中需要控制的参数
控制参数（操纵量）：控制系统中起调节作用的参数 检测、变送器：控制系统中的反馈装置。 执行器：（执行机构+调节机构）：控制动作的执行者。
§2-1 概述
一 对象特性
对象特性：被控对象在输入的作用下，输出变化的状态和特征。 描述对象输入与输出关系的数学模型。
二 研究对象特性的意义 其意义可归纳为以下几点： 制定控制系统设计方案 进行控制系统调试和参数整定 设计工业过程的故障检测与诊断系统 设计工业过程运行人员培训系统 指导设计生产工艺设备－从生产工艺角度考虑设备的结构
§1-3 过程控制系统的组成与类别
d
设定值r +
e
u
控制器（调节器）
执行器
q
被控参数 y 被控对象
-
ym
检测、变送器
图1-3 过程控制系统原理方框图
控制器（调节器）：控制系统中的分析、决策装置。
控制器输入（e）：偏差=设定值r - 测量值ym 控制器输出（u）：控制作用，是控制器的决策结果。
设定值（给定值）：希望被控参数保持的值
中国石化出版社
计算机控制技术与系统
1 王锦标 编著 过程计算机控制
清华大学出版社
2 王慧 主编 计算机控制系统
化学工业出版社
3 王锦标 编著 计算机控制系统
清华大学出版社
4 李华、范多旺 等编 计算机控制系统 机械工业出版社
5 杨天怡、黄勤 等编 微型计算机控制技术 重庆大学出版社
第一章 过程控制系统的基础知识
过程控制系统
过程控制系统：针对工业生产过程的控制系统 自动控制系统
运动控制系统（拖动系统）：电机传动控制
工业生产过程：连续的或者按照一定周期运行的工业生产对象。 如石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等。
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生产的连续性：时间上：连续运行
特征
工艺上：一道工序接着另一道工序
主要参数：温度、流量、压力、物位、成分等热工参数
保证生产安全、稳定、可靠、改善劳动条件。 提高产品产量、质量。 节能、降耗、高效。 随着控制理论、检测技术、电子技术、计算机技术的发 展，过程控制系统的发展可分为三个阶段： 初级阶段（40年代前后）：手工控制、基地仪表 仪表化阶段（50-60年代）：单元组合仪表 综合自动化阶段（70年代后）：计算机控制技术