第1章过程控制系统的基本概念PPT课件
合集下载
过程控制讲义课件(全套)
3. 过程控制：
为了按所希望的效率，质量和产量生产出产品， 将过程内各部分的变量控制在所希望的值．即完成对 诸如温度，压力，流量，液位（物位）等参数量的生 产过程的自动调节。
4
1.2 过程控制的任务
4. 过程控制的任务：
在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特 性基础上，根据生产工艺的要求，应用控制理论对系统
计算机过程控制系统框图
计算机代替模拟调节 器 计算机过程控 制系统
15
1.3 过程控制系统的组成
例3 集散控制系统（DCS)
(1)过程输入－输出接口 (2)过程控制单元 (3)数据高速通路 (4)CRT操作站 (5)管理计算机(－上位机)
集散控制系统基本组成框图
16
1.3 过程控制系统的组成
(1) 过程输入—输出接口：它是带有微处理器的智能装置， 主要用于采集过程信息(模拟量和数字量)，故又称其为 数据采集站。它能完成数据采集与预处理，对实时数据 作进一步的加工，提供CRT操作站的显示与打印。同时， 在有管理计算机的情况下，它可以用模拟量与开关量的 方式向过程终端输出计算机的控制指令。
过程控制
第一章
本章主要内容
1. 过程控制的基本概念 2. 过程控制的任务 3. 过程控制系统的组成 4. 过程系统的分类 5. 过程控制的特点 6. 过程控制的发展状况 7. 课程内容简介
绪论
2
1.1 过程控制的基本概念
1. 工业自动化：
利用各种自动化装置对工厂或企业的生产设备或生 产过程进行的自动监测,自动调节,自动控制,自动显示 及管理等。
13
1.3 过程控制系统的组成
转炉供氧量控制系统框图
控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和 被控过程等环节构成。如果把测量元件、变送器、调 节器和调节阀统称为过程检测控制仪表，则一个简单 的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两 部分组成的。
为了按所希望的效率，质量和产量生产出产品， 将过程内各部分的变量控制在所希望的值．即完成对 诸如温度，压力，流量，液位（物位）等参数量的生 产过程的自动调节。
4
1.2 过程控制的任务
4. 过程控制的任务：
在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特 性基础上，根据生产工艺的要求，应用控制理论对系统
计算机过程控制系统框图
计算机代替模拟调节 器 计算机过程控 制系统
15
1.3 过程控制系统的组成
例3 集散控制系统（DCS)
(1)过程输入－输出接口 (2)过程控制单元 (3)数据高速通路 (4)CRT操作站 (5)管理计算机(－上位机)
集散控制系统基本组成框图
16
1.3 过程控制系统的组成
(1) 过程输入—输出接口：它是带有微处理器的智能装置， 主要用于采集过程信息(模拟量和数字量)，故又称其为 数据采集站。它能完成数据采集与预处理，对实时数据 作进一步的加工，提供CRT操作站的显示与打印。同时， 在有管理计算机的情况下，它可以用模拟量与开关量的 方式向过程终端输出计算机的控制指令。
过程控制
第一章
本章主要内容
1. 过程控制的基本概念 2. 过程控制的任务 3. 过程控制系统的组成 4. 过程系统的分类 5. 过程控制的特点 6. 过程控制的发展状况 7. 课程内容简介
绪论
2
1.1 过程控制的基本概念
1. 工业自动化：
利用各种自动化装置对工厂或企业的生产设备或生 产过程进行的自动监测,自动调节,自动控制,自动显示 及管理等。
13
1.3 过程控制系统的组成
转炉供氧量控制系统框图
控制系统均由测量元件、变送器、调节器、调节阀和 被控过程等环节构成。如果把测量元件、变送器、调 节器和调节阀统称为过程检测控制仪表，则一个简单 的过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两 部分组成的。
过程控制—概述(ppt文档)
4. 定值控制
被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外界干扰，
使被控量尽量保持接近或等于设定值。
如蒸汽锅炉中的液位控制
第一章 概述--过程控制
5．过程控制多种分类方法 按被控参数分类：
温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性 控制系统、成分控制系统 按被控量数分类： 单变量过程控制系统、多变量过程控制系统 按设定值分类： 定值控制系统、随动（伺服）控制系统
y() t
第一章 概述--过程控制
1．衰减比和衰减率
衰减比等于两个相邻 y 同向波峰值之比。
第一章 概述--过程控制
1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 系统组成 1.2.2 过程控制系统特点
电加热锅炉控制方案
人工液位调节
电加热器加热水 产生一定压力的 热水或蒸汽，并 通过输汽管供给 用户或下一个工 序，为了及时补 充因蒸发而不断 减少的锅炉水量， 用水泵连续地加
入冷水。
电加热锅炉的简易流程图
始终保持一定高度 冶炼好的铁水和炉渣定期或连续排出
其间涉及多种参数的控制
流量、压力、温度、物位（液位）等
什么是过程控制
过程控制(Process Control)
是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部 门以连续性物流为主要特征的生产过程的自动 控制。
主要解决
各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或 物位)、以及成分等参数的自动监测和控制问题。
1.3 过程控制系统的性能指标
稳定性、准确性和快速性
定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系 统的被控参数能稳、准、快地保持接近或等于 设定值。
随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即 稳、准、快地跟踪设定值。
被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外界干扰，
使被控量尽量保持接近或等于设定值。
如蒸汽锅炉中的液位控制
第一章 概述--过程控制
5．过程控制多种分类方法 按被控参数分类：
温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性 控制系统、成分控制系统 按被控量数分类： 单变量过程控制系统、多变量过程控制系统 按设定值分类： 定值控制系统、随动（伺服）控制系统
y() t
第一章 概述--过程控制
1．衰减比和衰减率
衰减比等于两个相邻 y 同向波峰值之比。
第一章 概述--过程控制
1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 系统组成 1.2.2 过程控制系统特点
电加热锅炉控制方案
人工液位调节
电加热器加热水 产生一定压力的 热水或蒸汽，并 通过输汽管供给 用户或下一个工 序，为了及时补 充因蒸发而不断 减少的锅炉水量， 用水泵连续地加
入冷水。
电加热锅炉的简易流程图
始终保持一定高度 冶炼好的铁水和炉渣定期或连续排出
其间涉及多种参数的控制
流量、压力、温度、物位（液位）等
什么是过程控制
过程控制(Process Control)
是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部 门以连续性物流为主要特征的生产过程的自动 控制。
主要解决
各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或 物位)、以及成分等参数的自动监测和控制问题。
1.3 过程控制系统的性能指标
稳定性、准确性和快速性
定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系 统的被控参数能稳、准、快地保持接近或等于 设定值。
随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即 稳、准、快地跟踪设定值。
控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章控制系统的基本概念
2/4/2024
20
第一章 控制系统的基本概念
输入量 控制器
输出量 对象或过程
反馈量 测量元件
闭环控制系统框图
➢ 半闭环控制系统 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。
2/4/2024
21
第一章 控制系统的基本概念 闭环控制系统的组成
比较
给定 元件
+ 元件
_
串联校正 元件
输入信号 偏差信号
2/4/2024
31
第一章 控制系统的基本概念
准确性 控制精度，以稳态误差来衡量。 稳态误差：系统的调整（过渡）过程结束而趋 于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量 之间的差值。
2/4/2024
32
第一章 控制系统的基本概念
快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏 差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。
注意：在机械、液压、气动、机电等系统中 存在着内在反馈，这种反馈无须专门 的反馈元件，是系统内部各参数相互 作用产生的，如作用力与反作用力之 间形成的直接反馈。
2/4/2024
23
第一章 控制系统的基本概念
➢ 比较元件 对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差 信号；
➢ 放大元件 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱 动执行元件实现控制功能。
系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
2/4/2024
9
第一章 控制系统的基本概念
综上所述，控制系统的工作原理： ➢检测输出量（被控制量）的实际值 ➢将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比
较得出偏差； ➢用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得
过程控制技术-第一章过程控制系统的基本概念
1 过程控制系统的基本概念
过程控制系统有多种分类方法，每一种 分类方法都是反映了控制系统某一方面的 特点。为了便于分析反馈控制系统的特性， 我们将按设定值的形式不同，分为三种类 型。
定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统
1 过程控制系统的基本概念
过程控制系统的方块图及其号联系，常用方块 图来表示，如图１-２所示。
1 过程控制系统的基本概念
若系统的输出信号对控制作用没有影响，则称 作开环控制系统，即系统的输出信号不反馈到 输入端，不形成信号传递的闭合环路，如图１３所示。
1 过程控制系统的基本概念
由于闭环控制系统采用了负反馈，因而使 系统的输出信号受外来扰动和内部参数变化小， 具有一定的抑制扰动提高控制精度的特点。开 环控制系统结构简单容易构成，稳定性不是重 要问题，而对闭环控制系统稳定性始终是一个 重要问题。
1 过程控制系统的基本概念
当锅炉汽包水位控制系统处于平衡状态即 静态时，扰动作用为零，设定值不变，系统中 控制器的输出和控制阀的输出都暂不改变，这 时被控变量汽包水位也就不变。一旦设定值有 了改变或扰动作用于系统，系统平衡被破坏， 被控变量开始偏离设定值，此时控制器、控制 阀将相应动作，改变操纵变量给水量的大小， 使被控变量汽包水位回到设定值，恢复平衡状 态。
过程控制系统的组成及其分类 自动控制是在人工控制的基础上发展起来
的。下面先通过一个示例， 将人工控制与过程 控制进行对比分析，看过程控制系统是由哪些 部分组成的。
1 过程控制系统的基本概念
➢ 通过上述示例的对比 分析知道，一般过程 控制系统是由被控对 象和自动控制装置两 大部分或由被控对象、 测量变送器、控制器、 控制阀四个基本环节 所组成。
这里“过程”是指在生产装置或设备 中进行的物质和能量的相互作用和转换过 程。
过程控制第一章
1.4 过程控制的特点 (1)被控过程形形色色 (1)被控过程形形色色 由于生产规模大小不同，工艺要求各异， 由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品 多种多样，过程控制中被控过程的形式很多， 多种多样，过程控制中被控过程的形式很多，比如 化学反应器、精馏塔、锅炉、 化学反应器、精馏塔、锅炉、压力容器以及给矿设 备和丙烯冷却器等。 备和丙烯冷却器等。 (2)控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 (2)控制过程多属缓慢过程和参量控制形式 许多工业生产过程设备体积大， 许多工业生产过程设备体积大，工艺反应过程 缓慢，具有大惯性大滞后等特点。 缓慢，具有大惯性大滞后等特点。
矿量给定
矿量 控制器 电子 皮带秤
例：冶金行业选矿过程矿石流量控制系统
名词术语： 名词术语： 被控变量y(t) 被控过程内要求保持设定数值的工艺参数。 y(t)： 1) 被控变量y(t)：被控过程内要求保持设定数值的工艺参数。 操纵变量q(t) 受控制器操纵，用以克服扰动量的影响， q(t)： 2) 操纵变量q(t)：受控制器操纵，用以克服扰动量的影响，使 被控变量保持设定值的物料量或能量。 被控变量保持设定值的物料量或能量。 扰动量f(t) :除控制参数外 除控制参数外， 3) 扰动量f(t) :除控制参数外，作用于被控过程并引起被控变 量变化的各种因素。 量变化的各种因素。 给定值r(t) 被控变量的设定值。 r(t)： 4) 给定值r(t)：被控变量的设定值。 测量值z(t) 被控变量经测量变送环节实际测量的值。 z(t)： 5) 测量值z(t)：被控变量经测量变送环节实际测量的值。 偏差e(f) 被控变量的设定值与当前实际值之差。 e(f)： 6) 偏差e(f)：被控变量的设定值与当前实际值之差。 控制信号u(t) 控制器的输出量。 u(t)： 7) 控制信号u(t)：控制器的输出量。
过程控制第1章_绪论
36
§1-3 方块图与流程图
反馈： 闭环控制系统中，输出变量（或信号）沿着回路中的 信号流动方向总会返回到系统的输入端，与给定值进 行比较。这种把系统（或方块）的输出信号引回到系 统输入端的做法叫做反馈。
若反馈信号（被控变量测量值z）与给定值信号的方 向相反，即反馈信号z 取负值，则叫做负反馈。 测量信号与给定值信号方向相同，则叫做正反馈。 闭环控制系统是靠负反馈来达到控制的目的。 例：储槽液位控制系统；炉温控制系统
1
一、生产过程及其特点 连续生产过程主要有以下几种形式： 1 ．传热过程 通过冷热物流之间的热量传递，达到控制介质温 度、改变介质相态或回收热量的目的。典型设备：换 热器 2 ．燃烧过程 通过燃料与空气混合后燃烧为生产过程提供动力 和热源。典型设备：加热炉
2
一、生产过程及其特点 3 ．化学过程 由两种或几种物料化合成一种或多种更有价值的 产品的反应过程。典型设备：反应器
按被控变量的名称分类 温度，压力，流量，液位，成分等控制系统
按被控变量的数量分类 单变量控制系统，多变量控制系统
按控制器的控制规律分类 比例P控制系统，比例积分PI控制系统，比例微积分PID 控制系统 按控制系统的结构分类 反馈控制系统，前馈控制系统，前馈-反馈控制系统，
21
二、过程控制系统的分类
41
§1-3 方块图与流程图
图1-7 液体贮槽的工艺控制流程图
图中所示，工艺控制流程图主要是由工艺设备、 管道、元件以及构成控制系统的仪表符号及信号线等 图形符号组成。
42
§1-3 方块图与流程图 仪表图形符号： 仪表图形符号可用来表达工业自动化仪表所 处理的被测变量和功能，还可以表示仪表或元件 的名称。 仪表图形符号是直径为12mm的细实圆圈， 并在其中标有仪表位号。 仪表位号由字母代号和数字编号组成，如下例所示：
过程控制系统第1章-过程控制系统概述课件
7
2.自动化仪表的发展
自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换 和表达，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频 率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字 量形式。自动化仪表的发展一直适应着工业的需要，经历了自 力式、基地式、单元组合式、智能式和总线式几个发展阶段。 按照工作能源的不同，单元组合仪表还可分为电动单元组合仪 表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类，它们都经历了Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型3个阶段。智能仪表就是在普通的模拟仪表基础上增 加微处理器电路而形成的仪表。这里所谓的“智能”，是指现场 仪表具有普通模拟仪表拥有的信号变换、补偿、驱动等常规功 能以外，还具有一定的拟人智能的特性或功能，例如自适应、 自学习、自校正、自诊断和自组织等。
6
1.传递函数
图1-13 环节的输入-输出关系
31
2.框图变换 (1)框图的基本元素 (2)框图运算法则 (3)复杂框图的化简及应用
32
2.框图变换
图1-14 简单控制系统框图
33
(1)框图的基本元素 构成控制系统框图的基本元素包括信息、分支点、汇合点和 环节。 1)信息 2)分支点 3)汇合点 4)环节
4
1.控制理论的发展
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展 初期是以反馈理论为基础的自动调节原理。根据自动控制技术 发展的不同阶段，自动控制理论相应经历了从经典控制理论、 现代控制理论，到控制论、信息论、系统论等学科交叉的若干 发展阶段。 经典控制理论是指在20世纪40年代到50年代末期所形成的理论 体系，它主要是研究单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析 和设计，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数，解 决SISO系统的稳定性问题。
2.自动化仪表的发展
自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换 和表达，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频 率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字 量形式。自动化仪表的发展一直适应着工业的需要，经历了自 力式、基地式、单元组合式、智能式和总线式几个发展阶段。 按照工作能源的不同，单元组合仪表还可分为电动单元组合仪 表(DDZ)和气动单元组合仪表(QDZ)两大类，它们都经历了Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型3个阶段。智能仪表就是在普通的模拟仪表基础上增 加微处理器电路而形成的仪表。这里所谓的“智能”，是指现场 仪表具有普通模拟仪表拥有的信号变换、补偿、驱动等常规功 能以外，还具有一定的拟人智能的特性或功能，例如自适应、 自学习、自校正、自诊断和自组织等。
6
1.传递函数
图1-13 环节的输入-输出关系
31
2.框图变换 (1)框图的基本元素 (2)框图运算法则 (3)复杂框图的化简及应用
32
2.框图变换
图1-14 简单控制系统框图
33
(1)框图的基本元素 构成控制系统框图的基本元素包括信息、分支点、汇合点和 环节。 1)信息 2)分支点 3)汇合点 4)环节
4
1.控制理论的发展
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学，它的发展 初期是以反馈理论为基础的自动调节原理。根据自动控制技术 发展的不同阶段，自动控制理论相应经历了从经典控制理论、 现代控制理论，到控制论、信息论、系统论等学科交叉的若干 发展阶段。 经典控制理论是指在20世纪40年代到50年代末期所形成的理论 体系，它主要是研究单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析 和设计，其理论基础是描述系统输入-输出关系的传递函数，解 决SISO系统的稳定性问题。
第一章-过程控制基本概念
第一 章 过 程控制基 本概念教学要求：了解过程控制的发展概况及特点；掌握过程控制系统各 部分作用，系统的组成；图绘制方法，认识常见图形符号、文字代号；管道及仪表流程图；掌握静态、动态及过 ,学会计算品质指标。
点：自动控制系统的 组成及各部分的功能； 负反馈概念；控制系统的基本控制要求及质量指标。
难 点：常用术语物理意义（操纵变量与扰动量区别）；根据控制系统要求绘制方框图； 静态，过渡过程概念。
自动控制技术在工业 、农业、国防和科学技术现代化中起着十 分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。
随着国民经济和国防 建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。
生产过程自动控制（简称过程控制）---- 自 动 控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。
§ 1.1 过程控 制 的 发展 概 况 及特 点一、过 程控制的发展概况在过程控制发展的历 程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段 的进展三者相互影响 、相互促进，推动了过程控制不断的向前 发展。
纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段：20 世纪 40 年代：手工操作状态，只有 少量的检测仪表用于生产过程，操作人员 主要根据观测 到的反映生产过程的 关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。
20世纪40年代末〜50年代：过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统过程检测：采用的是 基地式仪表和部分单元组合仪表（气动I 型和电动I 型）；部分生产过程实现了仪表化和局部自动化控制理论：以反馈为中心的经典控制理论掌握控制系统的基本 控制要求（稳定、快速、准确 ）； 掌握渡过程概念； 掌握品质指标的定义20 世纪 60 年代：过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。
自动化仪表：单元组 合仪表（气动n 型和电动n 型）成为主流 产品60 年代后期，出现了 专门用于过程控制的小型计算机 ，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。
过程装备控制技术及应用第1章ppt课件
人工控制与自动控制的比较
9
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
控制系统的组成
1.被控对象
工艺变量需要控制的生产设备或机器。
2.测量元件及变送器
测量需要控制的工艺参数并将其转化为 一种特定信号（电流信号或气压信号） 的仪器。
定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统
定值控制系统的给定值是恒定不变的。
13
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
②随动控制系统
随动控制系统的给定值是一个不断变化的信号，而且 这种变化不是预先定好的，即给定值得变化是随机的。
y
测量变送器 图1-5 反馈控制系统方框
20
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
②前馈控制系统
f
前馈补偿器
测量变送器
扰动通道
调节阀
m
y 2
调节通道 y 1
y
被控对象
图1-6 前馈控制系统方框图
如程序控制机床的程序控制系统的输出量应与给定量的变化规律相同14。
篮 球 比 赛 是 根据运 动队在 规定的 比赛时 间里得 分多少 来决定 胜负的 ，因此 ，篮球 比赛的 计时计 分系统 是一种 得分类 型的系 统
闭环控制
2.按系统输出信号对操纵变量影响划分
开环控制
①闭环控制 系统输出信号的改变会返回影响操纵变量，即操纵变
第一章过程控制系统基本概念介绍
特点：有较高的控制精度和较好的适应能力，有很强的抗干 扰能力 ；当系统的惯性滞后和纯滞后较大时，控制作用对 扰动的克服不及时，从而使其控制质量大大降低。
2018/10/20 11
闭环控制系统分类
分三类: 定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
定值控制系统： 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控 制系统称为定值控制系统。 程序控制系统：设定值也是变化的，但它是一个已知的时 间函数，即根据需要按一定时间程序变化。 随动控制系统：设定值不断变化，且事先是不知道的，并 要求系统的输出（被控变量）随之而变化。 注意它们的区别和联系
2018/10/20 4
2018/10/20
图1-1 锅炉汽包水位控制示意图
5
二、过程控制系统组成
1、控制系统常用术语（教材P4）
①被控过程（对象）：自动控制系统中，工艺参数需要 控制的生产过程设备或机器。 ②被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数。 ③给定值：工艺参数所要求保持的数值。 ④操纵变量：受控制器操纵，用以克服干扰的影响使被 控变量保持设定值的物料量或能量（流过控制阀介质 的流量）。 ⑤扰动量：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控 变量变化的因素（使被控变量偏离给定值）。 ⑥偏差：测量值与设定值之差。
2018/10/20
3
§1-1过程控制系统组成和表示形式
一、过程控制系统定义 第一章－1－23分钟.wmv
过程控制：工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产 过程自动控制。 过程控制系统：在工业生产中在没有人直接参与的条件下， 工艺参数能自动按照预定的规律变化的控制系统。实例
过程控制的作用：
1、实现最优技术指标，提高产品质量。 2、提高经济效益 3、提高劳动生产率 4、改善劳动条件 5、保护环境
过程装备与控制工程第章ppt课件
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。
12
过程装备控制技术与应用
13
过程装备控制技术与应用
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）
5
过程装备控制技术与应用
§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
回顾:《机械控制工程基础》§3.5 控制系统的动 态响应指标
20
过程装备控制技术与应用
偏差积分性能指标
误差： e(t)r(t)y(t) e(t)y( )y(t)
平方误差积分性能指标(ISE) 时间平方误差积分性能指标(ITSE) 绝对误差积分性能指标(IAE) 时间绝对误差积分性能指标(ITAE)
衰减振荡过程( 0 1)
非振荡的单调过程( 1)
回顾：《机械控制工程基础》§3.4.2 二阶系统的单位阶跃 响应
17
过程装备控制技术与应用
18
过程装备控制技术与应用
19
过程装备控制技术与应用
过渡， ):
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：
12
过程装备控制技术与应用
13
过程装备控制技术与应用
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）
5
过程装备控制技术与应用
§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
回顾:《机械控制工程基础》§3.5 控制系统的动 态响应指标
20
过程装备控制技术与应用
偏差积分性能指标
误差： e(t)r(t)y(t) e(t)y( )y(t)
平方误差积分性能指标(ISE) 时间平方误差积分性能指标(ITSE) 绝对误差积分性能指标(IAE) 时间绝对误差积分性能指标(ITAE)
衰减振荡过程( 0 1)
非振荡的单调过程( 1)
回顾：《机械控制工程基础》§3.4.2 二阶系统的单位阶跃 响应
17
过程装备控制技术与应用
18
过程装备控制技术与应用
19
过程装备控制技术与应用
过渡， ):
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：
- 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)。
▪ 什么是自动化？
昆明理工大学
32
第1章 自动控制系统概述
▪ 控制和自动化的概念
自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规 定的程序或指令自动地进行操作或运行。
自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理 论和技术。两者既有联系，但也有一定的区别。自 动化主要研究是人造系统的控制问题，自动控制则 除了上述研究外，还有社会、经济、生物、环境等 非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、 社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动 化的研究领域的。不过人们提到自动控制，通常是 指工程系统控制，在这个意义上自动化和自动控制 是相近的。
➢ 俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始 的”
➢ 近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖 获得者达38人
昆明理工大学
28
学习这门课程的重要性(3)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 在航空航天上的应用
火箭测控 --- 检测火箭状况、姿态、轨迹
飞行器测控 --- 检测飞行器姿态、发电机工况，控 制与操纵
检测及过程控制技术
2011~2012学年上
1
教材及参考书(1)
教材
• 厉玉鸣.化工仪表及自动化(第四版)
化学工业出版社，2006 北京
昆明理工大学
2
教材及参考书(2)
参考书
• 刘君华 申忠如等著. 现代测试技术与系统集 成. 北京：电子工业出版社. 2005
• 张毅，张宝芬等著：自动检测技术及仪表控 制系统，化学工业出版社，2005
第8章 复杂控制系统
第9章昆明新理工型大控学制系统
第10章
计算机控制系统
5
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
6
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
7
控制大分类
▪ 运动控制 期待神八……
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
8
▪ 运动控制
控制大分类
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控制系统进行 分析与设计。 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一。
昆明理工大学
13
▪ 过程控制
控制大分类
富硒渣多层旋转 式微波干燥系统
昆明理工大学
14
▪ 过程控制
控制大分类
微波高温煅 烧回转窑
昆明理工大学
15
▪ 过程控制
控制大分类
聚磷酸铵微 波膨化生产 线
昆明理工大学
16
▪ 过程控制
控制大分类
烟草微波 膨化设备
昆明理工大学
17
▪ 过程控制
控制大分类
昆明理工大学
▪ 研究对象 过程控制系统的分析与设计
控制理论
自动化仪表和计算机 过程控制系统 生产过程与工艺
昆明理工大学
24
▪ 任务
研究对象及任务(2)
监控系统
控制装置 检测元件和变送器
执行器
生产工艺过程
昆明理工大学
25
期末成绩评定
▪ 平时成绩(20%) （书面作业、考勤、课堂回答问题情况） ▪ 期末考试(80%)
昆明理工大学
29
学习这门课程的重要性(4)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 军事上的战斗力
➢ 1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%
➢ 2003年伊拉克战争
90%பைடு நூலகம்
➢ 2011年北约利比亚战争
零伤亡
昆明理工大学
30
学习这门课程的重要性(5)
▪ 控制系统在化工领域的应用比较普遍,比如：炼油厂、 化肥厂、冶金、制浆、造纸过程、制药等等。
▪ 自动装置的出现和应用（18世纪以前）
（1）古代自动装置
“自动装置”作为一种技术掌握在发明家手中。
昆明理工大学
35
第1章 自动控制系统概述
▪ 自动化技术形成时期(18世纪末至20世纪30年代)
公元1877年，J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速 的闭环自动调速系统。
昆明理工大学
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
9
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
10
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
11
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
12
控制大分类
▪ 过程控制 开始…………
板带材轧制酸 洗液微波处理 系统
18
▪ 过程控制
控制大分类
昆明理工大学
19
▪ 过程控制
控制大分类
蒸煮--漂白-造纸
昆明理工大学
20
▪ 过程控制
控制大分类
昆明理工大学
21
▪ 过程控制
控制大分类
石油，石化，…………
昆明理工大学
22
学习内容
▪ 检测及传感技术
▪ 过程控制技术
常规控制
复杂控制
昆明理工大学
先进控制
23
研究对象及任务(1)
• 俞金寿, 蒋慰孙,过程控制工程(第3版),电子工 业出版社,2007
• 厉玉鸣著.化工仪表及自动化例题习题 集
昆明理工大学
3
课程信息
昆明理工大学
4
知识结构 第5章 自动控制仪表 第6章 执行器 第2章 过程特性
第3章 检测仪表与传感器
第4章 显示仪表
第1章自动控制系统基本概念
第7章 简单控制系统
昆明理工大学
33
第1章 自动控制系统概述
▪ 我国古代自动装置
中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满 足生产、生活和作战的需要。其中比较著名的有下 述几种：
（1）指南车
（2）铜壶滴漏
（3）浮子式阀门
（4）计里鼓车
（5）侯风地动仪
（6）水运仪象台
（7）漏水转浑天仪
昆明理工大学
34
第1章 自动控制系统概述
36
第1章 自动控制系统概述
1.1 自动化及仪表发展概述 控制理论的发展
经典控制理论：20世纪40年代~20世纪50年代
Nyquist（1932）频域分析技术 Bode（1945）图 根轨迹分析方法（1948）
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究问题。 适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
▪ 工艺人员也应该充分了解所用的控制系统，以及控 制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的生产 工艺。
▪ 从生产过程的控制上看，人工控制不能满足现代生 产控制的需求；工艺上看，条件苛刻，必须依赖于 自动化仪表及装置；从人文上看，减少劳动，安全。
▪ 复杂系统与自动化连在一起。
昆明理工大学
31
第1章 自动控制系统概述
昆明理工大学
26
学习这门课程的重要性(1)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 工业的倍增器
检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%
昆明理工大学
27
学习这门课程的重要性(2)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 科学研究的先行官
➢ 诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的 进步越来越依靠尖端仪器的发展”
昆明理工大学
32
第1章 自动控制系统概述
▪ 控制和自动化的概念
自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规 定的程序或指令自动地进行操作或运行。
自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理 论和技术。两者既有联系，但也有一定的区别。自 动化主要研究是人造系统的控制问题，自动控制则 除了上述研究外，还有社会、经济、生物、环境等 非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、 社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动 化的研究领域的。不过人们提到自动控制，通常是 指工程系统控制，在这个意义上自动化和自动控制 是相近的。
➢ 俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始 的”
➢ 近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖 获得者达38人
昆明理工大学
28
学习这门课程的重要性(3)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 在航空航天上的应用
火箭测控 --- 检测火箭状况、姿态、轨迹
飞行器测控 --- 检测飞行器姿态、发电机工况，控 制与操纵
检测及过程控制技术
2011~2012学年上
1
教材及参考书(1)
教材
• 厉玉鸣.化工仪表及自动化(第四版)
化学工业出版社，2006 北京
昆明理工大学
2
教材及参考书(2)
参考书
• 刘君华 申忠如等著. 现代测试技术与系统集 成. 北京：电子工业出版社. 2005
• 张毅，张宝芬等著：自动检测技术及仪表控 制系统，化学工业出版社，2005
第8章 复杂控制系统
第9章昆明新理工型大控学制系统
第10章
计算机控制系统
5
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
6
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
7
控制大分类
▪ 运动控制 期待神八……
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
8
▪ 运动控制
控制大分类
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控制系统进行 分析与设计。 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一。
昆明理工大学
13
▪ 过程控制
控制大分类
富硒渣多层旋转 式微波干燥系统
昆明理工大学
14
▪ 过程控制
控制大分类
微波高温煅 烧回转窑
昆明理工大学
15
▪ 过程控制
控制大分类
聚磷酸铵微 波膨化生产 线
昆明理工大学
16
▪ 过程控制
控制大分类
烟草微波 膨化设备
昆明理工大学
17
▪ 过程控制
控制大分类
昆明理工大学
▪ 研究对象 过程控制系统的分析与设计
控制理论
自动化仪表和计算机 过程控制系统 生产过程与工艺
昆明理工大学
24
▪ 任务
研究对象及任务(2)
监控系统
控制装置 检测元件和变送器
执行器
生产工艺过程
昆明理工大学
25
期末成绩评定
▪ 平时成绩(20%) （书面作业、考勤、课堂回答问题情况） ▪ 期末考试(80%)
昆明理工大学
29
学习这门课程的重要性(4)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 军事上的战斗力
➢ 1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%
➢ 2003年伊拉克战争
90%பைடு நூலகம்
➢ 2011年北约利比亚战争
零伤亡
昆明理工大学
30
学习这门课程的重要性(5)
▪ 控制系统在化工领域的应用比较普遍,比如：炼油厂、 化肥厂、冶金、制浆、造纸过程、制药等等。
▪ 自动装置的出现和应用（18世纪以前）
（1）古代自动装置
“自动装置”作为一种技术掌握在发明家手中。
昆明理工大学
35
第1章 自动控制系统概述
▪ 自动化技术形成时期(18世纪末至20世纪30年代)
公元1877年，J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速 的闭环自动调速系统。
昆明理工大学
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
9
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
10
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
11
▪ 运动控制
控制大分类
▪ 过程控制 等待…………
昆明理工大学
12
控制大分类
▪ 过程控制 开始…………
板带材轧制酸 洗液微波处理 系统
18
▪ 过程控制
控制大分类
昆明理工大学
19
▪ 过程控制
控制大分类
蒸煮--漂白-造纸
昆明理工大学
20
▪ 过程控制
控制大分类
昆明理工大学
21
▪ 过程控制
控制大分类
石油，石化，…………
昆明理工大学
22
学习内容
▪ 检测及传感技术
▪ 过程控制技术
常规控制
复杂控制
昆明理工大学
先进控制
23
研究对象及任务(1)
• 俞金寿, 蒋慰孙,过程控制工程(第3版),电子工 业出版社,2007
• 厉玉鸣著.化工仪表及自动化例题习题 集
昆明理工大学
3
课程信息
昆明理工大学
4
知识结构 第5章 自动控制仪表 第6章 执行器 第2章 过程特性
第3章 检测仪表与传感器
第4章 显示仪表
第1章自动控制系统基本概念
第7章 简单控制系统
昆明理工大学
33
第1章 自动控制系统概述
▪ 我国古代自动装置
中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满 足生产、生活和作战的需要。其中比较著名的有下 述几种：
（1）指南车
（2）铜壶滴漏
（3）浮子式阀门
（4）计里鼓车
（5）侯风地动仪
（6）水运仪象台
（7）漏水转浑天仪
昆明理工大学
34
第1章 自动控制系统概述
36
第1章 自动控制系统概述
1.1 自动化及仪表发展概述 控制理论的发展
经典控制理论：20世纪40年代~20世纪50年代
Nyquist（1932）频域分析技术 Bode（1945）图 根轨迹分析方法（1948）
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究问题。 适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
▪ 工艺人员也应该充分了解所用的控制系统，以及控 制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的生产 工艺。
▪ 从生产过程的控制上看，人工控制不能满足现代生 产控制的需求；工艺上看，条件苛刻，必须依赖于 自动化仪表及装置；从人文上看，减少劳动，安全。
▪ 复杂系统与自动化连在一起。
昆明理工大学
31
第1章 自动控制系统概述
昆明理工大学
26
学习这门课程的重要性(1)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 工业的倍增器
检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%
昆明理工大学
27
学习这门课程的重要性(2)
▪ 给过程工业带来经济效益和社会效益 科学研究的先行官
➢ 诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的 进步越来越依靠尖端仪器的发展”