工业过程控制工程课件第二章控制系统组成及指标

变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动,也称控制作用扰 动。
• 7．控制过程（调节过程）
原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量 就会偏离给定值。要通过自动控制仪表或运行人员的调节作 用使被调量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为调节过程 。
• 8．自动控制系统
自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构 成一个自动控制系统。
或出水量Qo波动时，都会使罐内的液位
发生变化。现假定通过控制出水量Qo维
持液位的恒定，称Qo为操纵变量。进水
量Qi是造成被控变量产生不期望波动的 原因20，20/6称/16 为扰动。
图2.1-1 液位人工控制示意图
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若由操作工来完成这一控制任务，所要做的工作是 ：
① 用眼睛观察液位计实际液位的指示值，并通过神 经系统告诉大脑；
是其上下限符合规定系列0~10mA，4~20mA，
2020/60/16.02~0.1MPa
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执行器 常用的是控制阀。接受控制器来的信号u，直 接改变操纵变量q。操纵变量是被控对象的某 输入变量，通过操作这个变量可克服扰动对被 控变量的影响，通常是由执行器控制的某工艺 流量。
控制器 也称调节器。它将被控变量的设定值与测量值 进行比较得出偏差信号e，并按一定规律给出 控制信号u 。
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2.1.1 控制系统组成
自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起 来的。
例1 液位控制系统 ：
图2.1-1为液体储罐内液位的人工控制示 意图。从维持生产平稳进行考虑，工艺 上希望罐内的液位h 能维持在所希望的 位置hs上。液位h 是需要控制的工艺变 量，称为被控变量。显然，当进水量Qi
• 4．调节机构
可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机 构。
• 5．控制量（调节量）
由调节机构(阀门、挡板等)改变的流量(或能量)，用以控制 被调量的变化。
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• 6．扰动 引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。 如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称为外扰。 如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。 由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。
② 通过大脑对眼睛观测到的实际液位值与事先在大
脑中储存好的希望值即给定值进行比较，根据偏差的大 小和方向，经过分析、思考，然后根据操作经验发出命 令；
③ 根据大脑发出的控制命令，通过手去改变出水阀 门开度，以改变Qo来控制液位；
④ 反复执行上述操作，直到将液位控制到所希望的 数值上。
上述操作工通过眼、脑、手相互配合完成液位的控
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2.1.2 控制系统的方框图
用文字叙述的方法来描述控制系统的 组成和工作原理较为繁琐，在自动控制 中常常采用直观图形的方法来表达，即 方框图 。
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图2.1-5 简单控制系统的方框图
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几点说明：
✓ 方框图中的各个信号值都是增量，增益放大 系数和传递函数都是在稳态值为零的条件下 得到的。
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图2.1-2 液位自动控制系统
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表2.1-1 被测变量和仪表功能的代号
TI表示温度指示，TT表示温度变送器，TIC表示温度指示
控2020制/6/16，HC表示手动控制。
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例2 温度控制系统
它由蒸汽加热器、温度变 送器TT、温度控制器TC 和蒸汽流量控制阀组成。 控制的目标是保持流体出 口温度恒定。当进料流量 或温度等因素的变化引起 出口物料的温度变化时， 通过温度变送器TT测得温 度的变化，并将其信号送 至温度控制器TC与给定 值进行比较，温度控制器 TC根据其偏差信号进行 运算后将控制命令送至控 制阀，以改变蒸汽流量来 维持出口温度。
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由于人工控制受到生理上的限制，满足不了大型现 代化生产的要求。如果能用一些仪表或装置来代替操作 工的眼、脑、手自动地完成控制任务，不仅能大大减轻 操作工的劳动强生度，而且可大大提高控制速度和精度 。为此，采用液位测量变送器LT检测液位值并转换为标 准信号，如4~20mA。这一测量信号送往液位控制器LC ，控制器的设定值由人工给定。控制器根据偏差的正负 、大小及变化情况，发出控制信号。控制器的输出送往 执行器，此处为控制阀，控制阀根据控制信号变化增大 或减小阀门的开度，调节出水流量，使测量值接近或等 于给定值。这样，就构成了液位自动控制系统。
图2.1-4 流量控制系统
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简单控制系统特征：
被控对象
也称对象。是指被控制的生产设备或装置。针
对以上三例，分别是液罐、蒸汽加热器、管路 系统。被控对象需要控制的变量称为被控变量 ，上述各例中为液位、温度：流量。
测量变送器
测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标
准信号的输出，作为测量值。标准信号的含义
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2.1 控制系统组成
2.1.1 控制系统组成 2.1.2 控制系统的方框图
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自动调节中的一些常用术语
• 1．被调量（被控制量）
表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。
• 2．给定值
按生产要求被调量必须维持的希望值。
• 3．控制对象（被控对象）
被调节的生产过程或设备称为控制对象。
第二章 控制系统组成及指标
简单控制系统是由一个被调量、一个控制量 而且只用一个调节器、一个调节阀所组成的一个 闭合回路。
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简单控制系统是最基本、最常见、应用最广 泛的控制系统，约占控制回路的80 ％以上。
扰动
输入量 e调节器
被控对象
输出量
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2.1 控制系统组成 2.2 控制性能指标
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图2.1-3 蒸汽加热器温度自动控制系统
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例3 流量控制系统 它由管路系统、孔板和差 压变送器、流量控制器FC 和流量控制阀组成。控制的 目标是保持流量恒定。当管 道其他部分阻力发生变化或 有其他扰动时，流量将偏离 设定值。利用孔板作为检测 元件，把孔板上、下游的静 压用连接导管接至差压变送 器，将流量信号转化为标准 电流信号；该信号送至流量 控制器FC 与给定值进行比 较，流量控制器FC 根据其 偏差信号进行运算后将控制 命令送至控制阀，改变阀门 开度，就调整了管道中流体 的阻力，从而影响了流量， 20使20/6流/16 量维持在设定值。