热工过程自动控制简述n

刘玉长
常用ຫໍສະໝຸດ Baidu制规律特点及适用场合 P PI PD
(1)超前控 制，减小 动态偏差 (2)有静差 温度、液 位控制等 (对象存在 大惯性)
PID
结合P、I、 D的优点， 同时兼顾动 态与静态 高性能控制 系统与温度 控制系统等
(1)速度快 (1)存在滞 特 (2)有静差 后，控制 不及时 点 (2)无静差 适 压力、流 流量、压 用 量、液位 力及高性 场 等的控制 能液位控 合 (要求低) 制系统
二、过程控制系统组成
对象：被控制的装置或设备，其输出即为被控量； 检测元件及变送器：检测元件的功能是感受并测出被 控量的大小，变送器的作用则是检测元件测出的被控量 变换成控制器所需要的信号形式； 控制器：它将检测元件或变送器送来的信号与被控变 量的设定值信号进行比较得出偏差信号，根据这个偏差 信号的大小按一定的运算规律计算控制信号u，然后将 控制信号传送给执行器。 执行器：其作用是接受控制器发出的控制信号u，直 接改变操纵量q(例如电流、重油、煤气等的量)，即调整 能量或物料的平衡，使被控量回复至设定数值。
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三、控制系统的工程表示
自动控制系统有两种表示方法，即方框图 与工艺控制流程图(或称管道仪表流程图)【需遵 循 “GB/T 2625-1981 过程检测和控制流程图用 图形符号和文字代号” 或其它行业标准】。
蒸汽
LT
PV
LC
SV 期望值 控制器 SV LC
控制阀 V 检测变送 LT
锅炉 实际值 B
p0 I0 F,l 执行 控制 介质流量 机构 (M,q) 机构 (开度) (a)框图 (b)外形(气动) 执行器的构成
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(二)执行器的分类
执行器用途广泛，种类繁多，分类方法也比较多。 一般根据其使用的能源将执行器分为气动、电动、液动 等三大类： (1)气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，它 以压缩空气作为能源来操纵调节机构。其结构简单、动 作平稳可靠、动作行程小，输出推力较大、易于维修、 安全防爆系数高，而且价格低，但信号不适于远传。可 以采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为 电信号，现场操作为气动信号。 (2)电动执行器信号传递迅速，其缺点是结构复杂、安全 防爆性能差，故在化工、炼油中很少使用。 (3)液动执行器可以产生很大的推力，但是体积较大，不 适合于在化工、炼油中使用。
热工参数自动控制简述
第一节 过程控制系统的组成与分类
一、过程控制系统
自动控制：就是在没有人直接参与的情况 下，利用外加的设备或装置(控制装置)，使机器、 设备或生产过程(控制对象)的某个工作状态或参 数(被控量)按照预定的规律自动地运行。 自动控制系统(Automatic Control Systems )： 是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按 期望规律或预定程序进行的控制系统。 过程控制系统(Process Control Systems )：以 表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值 或保持在给定范围内的自动控制系统。 刘玉长
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六、PID控制算式
在模拟控制系统中，PID控制是被广泛采用 的一种控制策略，在数字(计算机)控制系统中， PID控制仍被广泛应用。由于计算机控制是一种 采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值(数字 量)计算控制量，因此式中积分和微分项不能直 接使用，需要进行离散化处理。
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第三节执行器
一、概述
MV
PV
给水
V
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(a)工艺控制流程图 (b)方框图 锅炉汽包水位控制
四、过程控制系统的分类
自动控制系统有多种分类方法，可以按被 控量分类，例如温度控制系统、流量控制系统等； 也可以按控制器的控制作用来分类，例如比例控 制系统、比例积分控制系统等。 为了便于分析自动控制系统的性质，可将 控制系统按设定值形式的不同分为三类，即定值 控制系统、程序控制系统与随动控制系统 。
比例-积分-微分(PID)控制作用
为了得到比较满意的控制质量，常将比例、 积分、微分三种控制结合起来，构成比例积分 微分(PID:Propotional-Integrate-Differential)三种 作用控制器。理想PID控制作用特性方程如下：
de(t ) 1 y K P [e(t ) TD dt TI
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第二节 基本控制规律与控制器
控制器是自动控制系统的核心，它接受变 送器或转换器送来的标准信号，按预定的规律 (称控制作用或控制规律)输出标准信号，推动执 行器消除偏差，使被控参数保持在给定值附近或 按预定规律变化，实现对生产过程的自动控制。 控制器的输出信号y与输入偏差信号e(=PVSP)之间随时间变化的规律y=f(e)叫做控制器的控 制规律，也称之为控制器的特性。 不同的控制规律适应不同的生产要求。要 选用合适的控制规律，首先必须了解控制规律的 特点与适用条件，根据工艺指标的要求，结合具 体对象特性，才能做出正确的选择。 刘玉长
1 K p (1 TD s ) TI s G ( s) TD 1 1 s TI K I s K D
e(t )dt ]
0
t
实际PID控制特性(传递函数)如下：
KI、KD分别为积 分与微分常数。
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实际PID控制阶跃响应曲线
在输入阶跃信号 后，微分作用和比例作 用同时发生，PID控制 器的输出Y突然发生大 幅度的变化，产生一个 较强的控制作用，这是 比例基础上的微分控制 作用，然后逐渐向比例 作用下降；接着又随时 间上升，这是积分作用； 直到偏差完全消失为止。
执行器接受来自控制器的控制信号，通过 其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。 执行器直接与介质接触，常常在恶劣的条件下 (高温与低温，高压，强腐蚀，结晶，闪蒸等)工 作，它是控制系统的薄弱环节。 执行器选用不当，会导致控制品质的下降， 调节失灵，甚至造成事故。
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(一)执行器(阀)的构成
执行器由执行机构和控制机 构两个部分构成【有时配备有阀 门定位器、手操机构等辅助装 置】。执行机构将控制信号转换 为力F(或力矩M)和位移(l和q)，推 动控制机构动作以改变被控介质 的流量。