浙大工业过程控制--1.绪论资料

一般的单回路控制系统
设定值 ysp
+
_
偏差 e
控制器 Gc (s)
控制变量 u
扰动 D
执行器 Gv (s)
操纵变量 q
被控对象
干扰通道 GD (s)
+ 控制通道 +
Gp (s)
被控变量 y
测量值 ym
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测量变送 Gm (s)
被控变量：温度、压力、流量、液位或料位、成分与 物性等六大参数；
2020/11/9
2020/11/9
工业过程控制
控制系统的设计与实施（续）
调节阀的选择：根据被控变量与操作变量的工艺条
件及对象特性，选择合适大小与流量特性的调节阀；
控制算法的选择：依据控制方案选择合适的控制算
法。通常对于SISO系统，PID控制算法能满足大部分 情况；而对于MIMO系统，可采用的控制算法很多， 但一般都需要对象模型，仅适用于计算机控制系统。
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工业过程控制
前馈与反馈控制系统举例
蒸汽 RV Tm T
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Tsp
u(t)
前馈
控制器
RF
Ti
Tsp
蒸汽
u(t)
TC
RV
Tm
进料
T
凝液
蒸汽
Tsp
u(t) 前馈/反馈
RV
控制器
Tm
RF
Ti
凝液
T
进料
凝液 工业过程控制
RF , Ti 进料
控制系统的分类（续）
开关量控制（Switch Control）与连续量控制 （Continuous Control） 举例：空调器的控制
工业过程控制
过程控制系统的重要术语
被控变量/受控变量/过程变量
（Controlled Variable - CV, Process Variable - PV）
设定值/给定值
(Setpoint - SP, Setpoint Value - SV )
操纵变量/操作变量 (Manipulated Variable, MV) 扰动/扰动变量 (Disturbance Variable, DV)
连续时间控制（Continuous-Time Control）与 离散时间控制（Discrete-Time Control, 也称 “采样控制”/“数字控制”） 举例：计算机控制系统
多变量控制与单变量多回路控制 线性控制与非线性控制等
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工业过程控制
控制系统的设计与实施
确定控制目标：依据生产过程安全性、经济性与稳
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工业过程控制
热交换器温度控制系统方块图
扰动 RF (t), Ti (t)
设定值 Tsp
偏差 e(t)
+_
温度 控制器
控制信号
u(t)
蒸汽
控制阀
蒸汽量 RV (t)
测量值 Tm(t)
温度测量 变送器
热交换器
干扰 通道
+ 控制 + 通道
被控变量 T(t)
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工业过程控制
《过程控制工程》绪论 “Process Control Engineering”
戴连奎 浙江大学智能系统与决策研究所
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工业过程控制
教学要求
了解控制系统的设计目的，掌握控制系 统方块图描述法
掌握过程对象的建模方法 掌握PID类常规控制策略，能够结合具体
的工业过程设计合理的控制方案 掌握控制系统的分析方法 了解先进控制算法，掌握其设计思想、
答疑：周一下午2:30-5:00; 地点：工控所老
楼403（助教：覃旭松）
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工业过程控制
本章要求
了解控制系统的设计目的 结合具体对象，掌握单回路控制系统的方
块图描述法，并掌握方块图中线与方框图 的物理意义 掌握过程控制中的常用术语（中英文） 了解控制系统的主要分类与设计过程 能够结合具体对象，了解控制系统的组成
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工业过程控制
控制系统的由来
Qi
传感测量器：液位计+人眼 控制器：大脑 执行机构：手+手动阀
h
LC
hsp
Qo
差压传感变送器 电动调节器 自动调节阀
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工业过程控制
液位控制系统的组成与方块图
设定值 hsp
偏差 e(t)
+_
液位 控制器
扰动 Qi(t)
控制信号
操纵变量
u(t)
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工业过程控制
控制系统的分类
定值控制（Regulatory Control, “调节控制”） 与伺服控制（Servo Control, “跟踪控制”） 对照举例：连续过程与间歇过程（Batch Processes）或飞行控制。
前馈控制（Feedforward Control）与反馈控制 （Feedback Control） 对照举例：热交换器的出口温度控制。
对控制器而言，测量/测量信号 (Measurement ) ，控 制/控制信号/控制变量（Control Variable ）
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工业过程控制
控制系统的目标
过程控制系统的目标：
在扰动存在的情况下，通过调节操纵变量使被 控变量保持在其设定值。
应用过程控制系统的主要原因：
（1）安全性：确保生产过程中人身与设备的安全，保 护或减少生产过程对环境的影响； （2）稳定性：确保产品质量与产量的长期稳定，以抑 制各种外部干扰； （3）经济性：实现效益最大化或成本最小化。
出水
Qo(t)
控制阀
液体贮罐
干扰 通道
+ 控制 + 通道
被控变量 h(t)
测量值 hm(t)
液位传感 测量变送器
问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理 意义与单位，以及每一个方块所表示的意义？
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工业过程控制
热交换器的温度控制系统
Tsp
蒸汽
u(t)
TC
RV
Tm
T 凝液
RF , Ti 进料
控制系统的调试和投用：控制系统安装完毕后，
概念、特点及适用场合
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工业过程控制
课程考核与参考资料
考核：平时成绩 50%，包括出勤、平时练
习、综合练习等；期末考试（闭卷）50%
主要参考资料：
1、王树青等编著，工业过程控制工程. 北京： 化学工业出版社，2002.12
2、金以慧主编，过程控制. 北京：清华大学 出版社，1993.04
定性的要求，针对具体工业对象确定控制目标；
选择被控变量：选择与控制目标直接或间接相关的
可测量参数作为控制系统的被控变量；
选择操作变量：从所有可操作变量中选择合适的操
作变量，要求对被控变量的调节作用尽可能大而快；
确定控制方案：当被控变量与操作变量多于1个时，
既可以直接用MIMO（多输入多输出）控制方案；也 可以将系统分解成几个SISO（单输入单输出）子系统 再进行设计（当然这里存在最佳分解问题）。