过程控制系统建模方法90页PPT
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过程控制系统中的建模与PID算法-课件
比例 P：proportional 积分 I：integration 微分 D：derivative
➢ 比例调节器
控制律： UE（ （SS） ） Kc
u
Kc
e
1
e
kc 比例系数 比例度
➢ 比例积分调节器
控制律：
UE（ （SS） ）
K（c 1
1 ） TI S
1（1
1） TI S
u
Kc
e
Kc Ti
化情况，得到温度阶跃响应曲线如下：（曲线A：加热管的控制信 号，曲线B: 5号水箱出口温度响应曲线）
19 / 17
温度对象的矩形脉冲法建模
步骤：系统稳态时，开启加热管，将温度控制器输出定为70% 。待加 热管工作一段时间，如10min后，关闭加热管，等待系统达到新的稳 态。由此得到温度矩形脉冲响应曲线如下：（曲线D：加热管矩形脉 冲控制信号，曲线A、B、C：分别为5号水箱出口温度，6号水箱中 部温度， 6号水箱尾部温度响应曲线）
TD TS
e(k
)
e(k
1)
其中：
1
0
当e(k) e0 当e(k) e0
PID PD
或 f (e0 )
（2）过限削弱积分法
积分饱和现象：
当系统存在一个方向的偏差，PID调节器的输出由于 积分作用的不断积累而加大，从而导致执行机构达到极
限位置 xmax（如阀门开度达到最大），若调节器输出u(k)
1000
1500
2000
2500
WT 5
0.052 e170s 387s 1
WT 6中
0.064 e240s 491s 1
WT 6尾
0.050 e400s 614s 1
➢ 比例调节器
控制律： UE（ （SS） ） Kc
u
Kc
e
1
e
kc 比例系数 比例度
➢ 比例积分调节器
控制律：
UE（ （SS） ）
K（c 1
1 ） TI S
1（1
1） TI S
u
Kc
e
Kc Ti
化情况，得到温度阶跃响应曲线如下：（曲线A：加热管的控制信 号，曲线B: 5号水箱出口温度响应曲线）
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温度对象的矩形脉冲法建模
步骤：系统稳态时，开启加热管，将温度控制器输出定为70% 。待加 热管工作一段时间，如10min后，关闭加热管，等待系统达到新的稳 态。由此得到温度矩形脉冲响应曲线如下：（曲线D：加热管矩形脉 冲控制信号，曲线A、B、C：分别为5号水箱出口温度，6号水箱中 部温度， 6号水箱尾部温度响应曲线）
TD TS
e(k
)
e(k
1)
其中：
1
0
当e(k) e0 当e(k) e0
PID PD
或 f (e0 )
（2）过限削弱积分法
积分饱和现象：
当系统存在一个方向的偏差，PID调节器的输出由于 积分作用的不断积累而加大，从而导致执行机构达到极
限位置 xmax（如阀门开度达到最大），若调节器输出u(k)
1000
1500
2000
2500
WT 5
0.052 e170s 387s 1
WT 6中
0.064 e240s 491s 1
WT 6尾
0.050 e400s 614s 1
第2章过程控制系统建模方法
❖ 内容
建立被控对象的数学模型， 可分为机理法和测试法两大类。
❖ 建立被控对象的数学模型，可分为机理法 和测试法两类。
❖ 2.1 过程控制系统建模概念 ❖ § 2.1.1 建模概念
❖ 三类主要的信息源： 1、要确定明确的输入量与输出量。
2、要有先验知识
3、试验数据 过程的信息能通过对对象的试验与测量而
❖ 电加热炉
❖ 根据热力学知识，有
MC
d (T T0 ) dt
HA(T
T0 )
Qi
❖
可得炉内温度变化量对控制电压变化量之间 的传递函数为
G(S )
T(S ) u(S )
K
s 1
❖ 3、压力对象 压力对象如图所示.
RC dp0 dt
p0
pi
❖
可得容器压力变化量与进气压力变化量之间 的传递函数如下：
❖ 根据不同的基本原理又可分为 最小二乘法； 梯度校正法； 极大似然法三种类型。
❖ 最小二乘法是利用最小二乘原理，通过极小 化广义误差的平方和函数来确定模型的参数。
❖ 测定动态特性的时域法 在被控对象上，人为地加非周期信号后，测 定被控对象的响应曲线，然后再根据响应曲 线，求出被控对象的传递函数。
获得。
❖ 被控对象数学模型的要求：要求它准确可靠。在线 运用的数学模型要求实时性。
❖ 在建立数学模型时，要抓住主要因素，忽略次要因 素，需要做很多近似处理 。如：线性化、分布参数 系统和模型降阶处理等。
§ 2.1.2 过程控制系统建模的两个基本方法
❖ 1、机理法建模
用机理法建模的首要条件是生产过程的 机理必须为人们充分掌握，可以比较确切 的加以数学描述。
G( s )
(T1s
建立被控对象的数学模型， 可分为机理法和测试法两大类。
❖ 建立被控对象的数学模型，可分为机理法 和测试法两类。
❖ 2.1 过程控制系统建模概念 ❖ § 2.1.1 建模概念
❖ 三类主要的信息源： 1、要确定明确的输入量与输出量。
2、要有先验知识
3、试验数据 过程的信息能通过对对象的试验与测量而
❖ 电加热炉
❖ 根据热力学知识，有
MC
d (T T0 ) dt
HA(T
T0 )
Qi
❖
可得炉内温度变化量对控制电压变化量之间 的传递函数为
G(S )
T(S ) u(S )
K
s 1
❖ 3、压力对象 压力对象如图所示.
RC dp0 dt
p0
pi
❖
可得容器压力变化量与进气压力变化量之间 的传递函数如下：
❖ 根据不同的基本原理又可分为 最小二乘法； 梯度校正法； 极大似然法三种类型。
❖ 最小二乘法是利用最小二乘原理，通过极小 化广义误差的平方和函数来确定模型的参数。
❖ 测定动态特性的时域法 在被控对象上，人为地加非周期信号后，测 定被控对象的响应曲线，然后再根据响应曲 线，求出被控对象的传递函数。
获得。
❖ 被控对象数学模型的要求：要求它准确可靠。在线 运用的数学模型要求实时性。
❖ 在建立数学模型时，要抓住主要因素，忽略次要因 素，需要做很多近似处理 。如：线性化、分布参数 系统和模型降阶处理等。
§ 2.1.2 过程控制系统建模的两个基本方法
❖ 1、机理法建模
用机理法建模的首要条件是生产过程的 机理必须为人们充分掌握，可以比较确切 的加以数学描述。
G( s )
(T1s
过程控制系统建模方法PPT课件
第26页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
• 自平衡过程
• 受扰后被调量能够自动地稳定在新的平衡点上的过 程
• 如，用惯性环节描述的单容对象 • 自平衡过程是一种稳定的过程
• 无自平衡过程
• 受扰后，无法自动恢复平衡的过程 • 如，用积分环节描述的单容对象
第27页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
第15页/共117页
单容对象的传递函数
• 根据物料平衡关系，有：
➢初
始Qi
时 Q刻o
dV
，dt
水,
槽V为处水于槽贮平水衡量，状V 态A：*h
Qo=Qi，h＝h0
➢进水阀开度发生阶跃变化Δu时：
• Qi→ Qi +ΔQi h →h+Δh Qo→ Qo +ΔQo
• 于是有
Qi Qo
A dh dt
.
0.8
uc
输出uc
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
u (sec)
第2页/共117页
建模的概念
• 建模需要三类主要的信息源
1、要确定明确的输入量与输出量
• 通常选一个可控性良好，对输出量影响最大的一 个输入信号作为输入量，其余的输入信号则为干 扰量。
第3页/共117页
建模需要三类主要的信息源（续）
无自平衡能力的单容对象
• 流出端采用容积式计量泵 • 排出恒定的流量Qo • 输入流量受扰后，水位或一直上升或一直下降 • 无法通过控制使其平衡
无自平衡能力的单容水槽
第28页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
无自平衡能力的单容对象的特性分析
无自平衡能力的单容对象特性
• 自平衡过程
• 受扰后被调量能够自动地稳定在新的平衡点上的过 程
• 如，用惯性环节描述的单容对象 • 自平衡过程是一种稳定的过程
• 无自平衡过程
• 受扰后，无法自动恢复平衡的过程 • 如，用积分环节描述的单容对象
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无自平衡能力的单容对象特性
第15页/共117页
单容对象的传递函数
• 根据物料平衡关系，有：
➢初
始Qi
时 Q刻o
dV
，dt
水,
槽V为处水于槽贮平水衡量，状V 态A：*h
Qo=Qi，h＝h0
➢进水阀开度发生阶跃变化Δu时：
• Qi→ Qi +ΔQi h →h+Δh Qo→ Qo +ΔQo
• 于是有
Qi Qo
A dh dt
.
0.8
uc
输出uc
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
15
20
25
u (sec)
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建模的概念
• 建模需要三类主要的信息源
1、要确定明确的输入量与输出量
• 通常选一个可控性良好，对输出量影响最大的一 个输入信号作为输入量，其余的输入信号则为干 扰量。
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建模需要三类主要的信息源（续）
无自平衡能力的单容对象
• 流出端采用容积式计量泵 • 排出恒定的流量Qo • 输入流量受扰后，水位或一直上升或一直下降 • 无法通过控制使其平衡
无自平衡能力的单容水槽
第28页/共117页
无自平衡能力的单容对象特性
无自平衡能力的单容对象的特性分析
过程控制系统建模方法ppt课件
1
1
c1s
R2
Q2(s)
1
－ c2s
Q3(s)
1 R3
对象框图
过程控制
H2(s)
111
过程控制
G(s) H2(s)
C1s R2 C2s
Q1(s) 1 1 1 1 1 1 1 1 1
C1s R2 C2s R3 C1s R2 C2s R3
R3
C1R2s C2R3s C2R3s C1R2s 1
五、被控对象动态特性的特点
过程控制
1、对象的动态特性是单调、不振荡的
2、对象动态特性的滞后性和时间常数大
3、对象的动态特性具有纯时间滞后
对于某些过程，当输入变量发生变化时，在一段时间内，过程 的输出变量没有发生变化，这一段等待时间就是被控对象的纯 时间滞后，也称为纯时间滞后常数。
y(t)r(t)
2
q2
h2
q3 0
C2
过程控制
q3 定量泵
Q1(s)
－
Q2(s)
H1(s)
1
1
c1s
R2
Q2(s)
过程控制
1
H2(s)
c2s
对象框图
1 G(s)H2(s) C1R2s 1 1 1 1 1
Q 1(s) 1 1 C2s C2sT1s1 T1s1Tas C1R2s
Ta=C2，双容过程积分时间常数
T1：第一只水箱时间常数
过程控制
与单容过程相比，多容过程受到扰动后，被控量h2的变化速度 并不是一开始就最大，而是要经过一段滞后后才达到最大，即 多容过程对于扰动的响应在时间上存在滞后，称为容量滞后。
产生容量滞后的原因是两个容积之间存在阻力，所以使h2的响 应时间向后推移。
过程控制技术-第二章过程控制系统的数学模型精品PPT课件
式（２-７）中q s0是常数项，因此式（２-７）
成为只有输出变量（被控变量）Ｔout与输入变 量Ｔin的微分方程式，该式称为蒸汽直接加热器
扰动通道的微分方程式。
2 过程控制系统的数学模型
（5 输出变量和输入变量用增量形式表示的方程式 称为增量方程式。变量进行增量化处理后，使 方程不必考虑初始条件；能使非线性特性化成 线性特性；而且符合线性自动控制系统的情况。 因为在过程控制系统中，主要是考虑被控变量 偏离设定值的过渡过程，而不考虑在t＝０时刻 的被控变量。现以蒸汽直接加热器为例，说明 增量方程式的列写方法。
今后在习惯上为书写的便利，可以将一阶微分 方程式中的增量“Δ”省略，但要理解为是相 应变量的增量。因此，一阶被控对象的数学模 型便可写成：
T dy y Kx dt
2 过程控制系统的数学模型
于是上述所讨论的温度对象的阻力系数是：
T 1
热阻Ｒ＝温差/热量流量＝
＝
q FinC
热容Ｃ＝被储存的热量的变化/温度的变化＝
U Tout
Mc
2 过程控制系统的数学模型
二阶被控对象的数学模型
• 二阶被控对象数学模型的建立与一阶类似。由于二 阶被控对象实际是复杂的，下面仅以简单的实例作 一介绍。
• 【例2-2】 两个串联的液体储罐如图2-2所示。为便 于分析，假设液体储罐１和储罐２近似为线性对象， 阻力系数Ｒ1、Ｒ2
2 过程控制系统的数学模型
2 过程控制系统的数学模型
（1） 建立原始方程式：
A1
dL1 dt
F1
F2
A2
dL2 dt
F2
F3
F2
L1 R1
F3
L2 R2
2 过程控制系统的数学模型
成为只有输出变量（被控变量）Ｔout与输入变 量Ｔin的微分方程式，该式称为蒸汽直接加热器
扰动通道的微分方程式。
2 过程控制系统的数学模型
（5 输出变量和输入变量用增量形式表示的方程式 称为增量方程式。变量进行增量化处理后，使 方程不必考虑初始条件；能使非线性特性化成 线性特性；而且符合线性自动控制系统的情况。 因为在过程控制系统中，主要是考虑被控变量 偏离设定值的过渡过程，而不考虑在t＝０时刻 的被控变量。现以蒸汽直接加热器为例，说明 增量方程式的列写方法。
今后在习惯上为书写的便利，可以将一阶微分 方程式中的增量“Δ”省略，但要理解为是相 应变量的增量。因此，一阶被控对象的数学模 型便可写成：
T dy y Kx dt
2 过程控制系统的数学模型
于是上述所讨论的温度对象的阻力系数是：
T 1
热阻Ｒ＝温差/热量流量＝
＝
q FinC
热容Ｃ＝被储存的热量的变化/温度的变化＝
U Tout
Mc
2 过程控制系统的数学模型
二阶被控对象的数学模型
• 二阶被控对象数学模型的建立与一阶类似。由于二 阶被控对象实际是复杂的，下面仅以简单的实例作 一介绍。
• 【例2-2】 两个串联的液体储罐如图2-2所示。为便 于分析，假设液体储罐１和储罐２近似为线性对象， 阻力系数Ｒ1、Ｒ2
2 过程控制系统的数学模型
2 过程控制系统的数学模型
（1） 建立原始方程式：
A1
dL1 dt
F1
F2
A2
dL2 dt
F2
F3
F2
L1 R1
F3
L2 R2
2 过程控制系统的数学模型
过程控制系统建模方法
容量C
• 含义：生产设备和传输管路都具有一定 的储蓄物质或能量的能力。被控对象储 存能力的大小，称为容量或容量系数， 其意义是：引起单位被控量变化时，被 控过程储存量变化量。
• 种类：有电容、热容、气容、液容等等
阻力R
• 概念：凡是物质或能量的转移，都要克 服阻力，阻力的大小决定于不同的势头 和流率。
压力对象传递函数
气阻R
气压差变化量 气体质量流量变化量
pi po
，
气容C
容器内气体质量变化量 容器内气体压力变化量
dG dp o
,
dG dt
Cdp o dt
dQ, dQ , RC dpo
dt
po
pi
G(s) po (s) 1 pi (s) RCs 1
K (T1
T2
)s
1
特征方程的根
T1T2s2 (T1 T2 )s 1 0
(2) 具有自平衡能力的多容对象
2-5
多容对象的传函
G(s)
K
(T1 1)(T2 1)(Tn 1)
若T1 T2 Tn T,则
G(s)
K (Ts 1)n
若有纯延迟，则
2.2.2具有纯延迟的单容对象特性
G(s) H (s) K es U (s) Ts 1
2.2.3无自平衡能力的单容对象特性
G(s) H (s) K 1 U (s) T s
2.2.4多容对象的动态特性
• (1) 具有自平衡能力的双容对象 • (2) 具有自平衡能力的多容对象 • (3) 无自平衡能力的双容对象 • (4) 相互作用的双容对象
过程控制系统设计ppt课件
p
设C为包含
A 在内的比例系数，则
QV c
p p
C n A
式中
( n 5 . 09 )
测控精技品术课与件 仪器系
21
2. 流量系数的定义 （1）温度为5~10℃的水，在105Pa的压降下，每 小时流过调节阀水量的立方米数。以符号Kv表示。
(2)温度为60℉的水，在1psi(磅/平方英寸）的压降 下，每分钟流过调节阀水量的加仑数。以符号Cv 表示。
当调节阀两端压差不变时，阀的可调比称
为理想可调比，为
R= Q max
= C max
p
Q min
C min
p
= C max
C min
理想可调比：是阀的最大和最小流通能力之比。
理想可调比越大越好。
测控精技品术课与件 仪器系
25
（2）实际可调比 在实际使用中，调节阀前后的压降是随管道
阻力的变化而改的。
在流体力学中，此现象用雷诺实验可以验证， 并用雷诺数表征。
雷诺数是流体惯性力与粘性力之比。
测控精技品术课与件 仪器系
16
流量计类型
主要几类： (1) 压差式流量计：流体通过管道内节流装置时，根
据流量与节流装置前后压差的关系来计量。 (2) 速度式流量计：管道内流体的速度推动叶轮旋
转，根据叶轮转速与流体流速成正比的关系来计量。
第三章 过程控制系统设计
est
精品课件
1
3 过程控制系统设计
主要内容
➢过程控制的设计任务、步骤和系统设计 方法
➢流量计和调节阀的计算方法
测控精技品术课与件 仪器系
2
3.1 过程控制系统设计步骤
➢过程控制的目标与任务:通过对系统的设计 来完成。
过程控制技术-第二章过程控制系统的数学模型精品PPT课件
过程控制技术
第二讲 被控对象的数学模型
2 过程控制系统的数学模型
所谓被控对象（或环节）的特性，就是被控 对象（或环节）的输出变量与输入变量之间的 关系。
其特性可以用关系曲线表示，具有直观、简 单、明了的特点；
若用数学表达式来描述更具有普遍意义。
2 过程控制系统的数学模型
➢ 2.1被控对象的数学模型
描述系统或环节特性的数学模型可以是微 分方程式，而传递函数是描述过程控制系统或 环节动态特性的另一种数学模型表达式。
传递函数可以更直观、形象地表示出一个 系统的结构和系统各变量间的相互关系，并使 运算大为简化。经典控制理论就是在传递函数 的基础上建立起来的。
2 过程控制系统的数学模型
传递函数 一般过程控制系统或环节的动态方程式可写成：
2 过程控制系统的数学模型
（2） 在总线路上引出分支点时，与引出次序无 关，即连续分支点可以任意交换次序。如图２7所示。
2 过程控制系统的数学模型
（3） 线路上的负号可以在线路前后自由移动,并 可越过某环节方块，但它不能越过比较点和分 支点，如图２-8所示。
2 过程控制系统的数学模型
（4） 比较点的前移或后移，则需乘以或除以所 越过的环节传递函数，如图２-9所示。
2 过程控制系统的数学模型
（1） 建立原始方程式：
A1
dL1 dt
F1
F2
A2
dL2 dt
F2
F3
F2
L1 R1
F3
L2 R2
2 过程控制系统的数学模型
（2）若输入变量Ｆ1 ，输出变量Ｌ2
（3）消去中间变量得数学模型：联立式（２14）、式（２-15）、式（２-16）和式（２-17）
A1
第二讲 被控对象的数学模型
2 过程控制系统的数学模型
所谓被控对象（或环节）的特性，就是被控 对象（或环节）的输出变量与输入变量之间的 关系。
其特性可以用关系曲线表示，具有直观、简 单、明了的特点；
若用数学表达式来描述更具有普遍意义。
2 过程控制系统的数学模型
➢ 2.1被控对象的数学模型
描述系统或环节特性的数学模型可以是微 分方程式，而传递函数是描述过程控制系统或 环节动态特性的另一种数学模型表达式。
传递函数可以更直观、形象地表示出一个 系统的结构和系统各变量间的相互关系，并使 运算大为简化。经典控制理论就是在传递函数 的基础上建立起来的。
2 过程控制系统的数学模型
传递函数 一般过程控制系统或环节的动态方程式可写成：
2 过程控制系统的数学模型
（2） 在总线路上引出分支点时，与引出次序无 关，即连续分支点可以任意交换次序。如图２7所示。
2 过程控制系统的数学模型
（3） 线路上的负号可以在线路前后自由移动,并 可越过某环节方块，但它不能越过比较点和分 支点，如图２-8所示。
2 过程控制系统的数学模型
（4） 比较点的前移或后移，则需乘以或除以所 越过的环节传递函数，如图２-9所示。
2 过程控制系统的数学模型
（1） 建立原始方程式：
A1
dL1 dt
F1
F2
A2
dL2 dt
F2
F3
F2
L1 R1
F3
L2 R2
2 过程控制系统的数学模型
（2）若输入变量Ｆ1 ，输出变量Ｌ2
（3）消去中间变量得数学模型：联立式（２14）、式（２-15）、式（２-16）和式（２-17）
A1
过程控制系统总复习ppt课件
• 单容对象的传递函数建立：单容水槽+电加热炉。实际单 容被控对象动态特性是一阶惯性环节。
• 纯延迟产生的原因
• 自平衡和非自平衡的定义：无自平衡能力的单容对象的响 应曲线是一个积分环节。
• 测试法建模：时域法。 • 选择模型结构：一阶惯性加纯延迟/二阶惯性加纯延迟；
并掌握作图法确定一阶惯性加纯延迟结构的数学模型。除 作图法外，还有两点法求数学模型的参数。
第七章 补偿控制
• 内容及范围
• 补偿控制系统的分类：4种，基本结构。
• 前馈控制：前馈控制与反馈控制的比较（区别、有缺点）； 根据不变性原理，实现完全补偿的前馈控制器传递函数的 求导。4种前馈控制系统结构，以及前馈控制七的传递函 数如何求得。
• Smith预估器：掌握Smith预估器的结构，能根据被控过程 传递函数，构造Smtih预估器。各种改进型Smith预估器实 现完全抗干扰的传递函数求解。
第四章 PID调节原理
• 内容及范围： 1. P、I、D的调节原理，各自特点；P（有差）；I（无差
但会积分饱和，能抗积分饱和电路的工作过程）； 2. PID控制器的正反作用（PPT），结合第三章内容一起复
习 3. PID控制规律选择的原则 4. PID工程调整的方法：
第五章 串级控制
• 内容及范围 • 串级控制组成、特点（两个控制器，一个执行器）以及基
• 大林算法：设计思想；振铃现象的判断。
史密斯补偿 原理分析
• Y(s)与U(s)之间的传递函数 Gp (s)e s
• 采用Smith预估器，反馈信号Y’(s)与U(s)的传函
Gp (s)es Gp '(s) Gp (s)
• 所以Gp’(s)传函为： Gp’(s)= Gp(s)（1-e-ts)
• 纯延迟产生的原因
• 自平衡和非自平衡的定义：无自平衡能力的单容对象的响 应曲线是一个积分环节。
• 测试法建模：时域法。 • 选择模型结构：一阶惯性加纯延迟/二阶惯性加纯延迟；
并掌握作图法确定一阶惯性加纯延迟结构的数学模型。除 作图法外，还有两点法求数学模型的参数。
第七章 补偿控制
• 内容及范围
• 补偿控制系统的分类：4种，基本结构。
• 前馈控制：前馈控制与反馈控制的比较（区别、有缺点）； 根据不变性原理，实现完全补偿的前馈控制器传递函数的 求导。4种前馈控制系统结构，以及前馈控制七的传递函 数如何求得。
• Smith预估器：掌握Smith预估器的结构，能根据被控过程 传递函数，构造Smtih预估器。各种改进型Smith预估器实 现完全抗干扰的传递函数求解。
第四章 PID调节原理
• 内容及范围： 1. P、I、D的调节原理，各自特点；P（有差）；I（无差
但会积分饱和，能抗积分饱和电路的工作过程）； 2. PID控制器的正反作用（PPT），结合第三章内容一起复
习 3. PID控制规律选择的原则 4. PID工程调整的方法：
第五章 串级控制
• 内容及范围 • 串级控制组成、特点（两个控制器，一个执行器）以及基
• 大林算法：设计思想；振铃现象的判断。
史密斯补偿 原理分析
• Y(s)与U(s)之间的传递函数 Gp (s)e s
• 采用Smith预估器，反馈信号Y’(s)与U(s)的传函
Gp (s)es Gp '(s) Gp (s)
• 所以Gp’(s)传函为： Gp’(s)= Gp(s)（1-e-ts)
过程建模ppt课件PPT课件
计与操作提供指导。 5) 利用数学模型可以及时发现工业过程中控制系统的故障及其原因，并提供正确的解决
途径。
2
第2页/共27页
被控过程的特性
依据过程特性的不同分为自衡特性与无自衡特性、单 容特性与多容特性、振荡与非振荡特性等 1．有自衡特性和无自衡特性
当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或 无控制装置的干预下，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则 称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。
dh 则有： q1 q2 A dt
写为增量形式为
q1
q2
A
d h dt
q2
h R2
带入增量式中可得单容液位过程的微分方程增量式
d h R2 A dt h R2q1
G(s) H (s) R2 K Q1(s) R2Cs 1 Ts 1
其中： T R2C 为被控过程的时间常数 K R2 为被控过程的放大系数
1）试验测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态 2）在相同条件下应重复多做几次试验 ，减少随机干扰的影响 3）对正、反方向的阶跃输入信号进行试验，以衡量过程的非 线性程度 4）一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段 时间再做第二次试验 5）输入的阶跃幅度不能过大，以免对生产的正常进行产生不 利影响。但也不能过小，以防其它干扰影响的比重相对较大而 影响试验结果。
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单容过程的解析法建模 例1：某单容液位过程，如右图。贮罐中液位高度h为被控参数, 流入贮罐的体积流量为q1过程的输入量并可通过阀门1的开度来改 变；流出贮罐的体积流量q2为过程的干扰，其大小可以通过阀门2 的开度来改变。试确定q1与h之间的数学关系?
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途径。
2
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被控过程的特性
依据过程特性的不同分为自衡特性与无自衡特性、单 容特性与多容特性、振荡与非振荡特性等 1．有自衡特性和无自衡特性
当原来处于平衡状态的过程出现干扰时，其输出量在无人或 无控制装置的干预下，能够自动恢复到原来或新的平衡状态，则 称该过程具有自衡特性，否则，该过程则被认为无自衡特性。
dh 则有： q1 q2 A dt
写为增量形式为
q1
q2
A
d h dt
q2
h R2
带入增量式中可得单容液位过程的微分方程增量式
d h R2 A dt h R2q1
G(s) H (s) R2 K Q1(s) R2Cs 1 Ts 1
其中： T R2C 为被控过程的时间常数 K R2 为被控过程的放大系数
1）试验测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态 2）在相同条件下应重复多做几次试验 ，减少随机干扰的影响 3）对正、反方向的阶跃输入信号进行试验，以衡量过程的非 线性程度 4）一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段 时间再做第二次试验 5）输入的阶跃幅度不能过大，以免对生产的正常进行产生不 利影响。但也不能过小，以防其它干扰影响的比重相对较大而 影响试验结果。
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单容过程的解析法建模 例1：某单容液位过程，如右图。贮罐中液位高度h为被控参数, 流入贮罐的体积流量为q1过程的输入量并可通过阀门1的开度来改 变；流出贮罐的体积流量q2为过程的干扰，其大小可以通过阀门2 的开度来改变。试确定q1与h之间的数学关系?
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过程控制系统ppt课件
气动执行器：其作用是接受调节器送来的信号， 相应地去改变操纵变量以稳定被控变量。46.
自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。 自动控制系统由被控对象和能实现过程控制的自动化装 置组成
液位控制系统的工作过程
学习要点2：识读带控制点的工艺流程图
精馏塔控制方案常采用（温度）控制来保证产品的纯度。
z(t)
量
值
测量元件或变送器
自动化装置
工艺对象
自动控制系统组成：由被控对象和能实现过程控制的自动
化装置组成
控制系统的作用：自动控制装置是能克服（偏差） 使被控变量回到给定值的装置。
控制系统特点：（被控变量）是指对象内要求保持给定值的 物理量。
操纵变量是指受控制器操纵，用于克服干扰使被控变量 保持设定值的物理量和能量。
控制
1.（√ ）自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。
变送器、调节器、执行器的作用 2.自动控制系统组成，以下（由被控对象和能实现过程控制的自动化装置组成）项是正确的。
变送器：将非电压或者电流信号转换成标准的 4-20mA的电流信号。
调节器：是一种工业控制仪表, 用于温度,压力, 流量,液位等参数的控制,带有自整定PID算法， 具有RS485通讯功能。
过程控制系统稳定性
63.一个线性系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（ ）。
A.干扰作用的形式 B.干扰作用的强弱 C.系统本身的结构及参数 D.干扰作用的形式及强弱和系统本身的结构及参数
自动控制系统的分类（正负反馈）
开环控制系统
按照是否有反馈分类
闭环控制系统 按照设定值的不同分类
定随 程 值动 序 控控 控 制制 制 系系 系 统统 统
（d）非周期衰减过程
自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。 自动控制系统由被控对象和能实现过程控制的自动化装 置组成
液位控制系统的工作过程
学习要点2：识读带控制点的工艺流程图
精馏塔控制方案常采用（温度）控制来保证产品的纯度。
z(t)
量
值
测量元件或变送器
自动化装置
工艺对象
自动控制系统组成：由被控对象和能实现过程控制的自动
化装置组成
控制系统的作用：自动控制装置是能克服（偏差） 使被控变量回到给定值的装置。
控制系统特点：（被控变量）是指对象内要求保持给定值的 物理量。
操纵变量是指受控制器操纵，用于克服干扰使被控变量 保持设定值的物理量和能量。
控制
1.（√ ）自动控制系统是采用自动化装置来代替人手操作的系统。
变送器、调节器、执行器的作用 2.自动控制系统组成，以下（由被控对象和能实现过程控制的自动化装置组成）项是正确的。
变送器：将非电压或者电流信号转换成标准的 4-20mA的电流信号。
调节器：是一种工业控制仪表, 用于温度,压力, 流量,液位等参数的控制,带有自整定PID算法， 具有RS485通讯功能。
过程控制系统稳定性
63.一个线性系统的稳定性（稳定或不稳定）取决于（ ）。
A.干扰作用的形式 B.干扰作用的强弱 C.系统本身的结构及参数 D.干扰作用的形式及强弱和系统本身的结构及参数
自动控制系统的分类（正负反馈）
开环控制系统
按照是否有反馈分类
闭环控制系统 按照设定值的不同分类
定随 程 值动 序 控控 控 制制 制 系系 系 统统 统
（d）非周期衰减过程
第3章过程控制系统设计ppt课件
◆按式(3-17)，求 1
◆按式(3-11)(3-9)，分别求 1和 C1 ，则
A2 X1C11
◆求差值 1 ，则 1 A2 A2
◆作第二次假定，用
重复上述步骤，直到
1、nC小1作于为某第规二定个的假值定为值止，
A2 XC 10n
A2
◆以在后冶的金迭工代业值，，常可取用 具有1，快n速＝收4。敛对的于弦X截3 法和公 3
※标准节流装置的取压方式
★径距取压：其取压口与孔板的间距是取压口中 心线与孔板某一规定端面之间的距离。
★法兰取压：须用专门带钻孔的法兰。上下游取 压管中心位于距孔板两侧相应端面25.4mm处
★角接取压：取压口的位置紧贴孔板的端面。有 环室取压、钻孔式夹持环取压、环管取压
•
具有径距取压或法兰取压的孔板取压口间距
★实际可调比：调节阀实际控制的最大和最小流 量的比值
☆串联管道：在管道系统的总压降一定时，随着 流量的增加，串联管路的阻力损失增大，调节 阀上的压降减小，使调节阀的最大流量减小。 即串联管道调节阀的实际可调比降低。
◆串联管道的实际可调比为：
Rs
Qmax Qmin
Cmax Cmin
pmin R pmax
◆旁路程度 ◆可调比
B Q1max QT max
R Q1max Q1min
Q1min
QT max B R
Q2 QT max Q1max (1 B)QT max
Rp
1
1 BR
1
1 1 B
QT max Q2
R
调节阀的流量特性
★流量特性 ★理想流量特性 ★工作流量特性
※调节阀的流量特性
★指流体流过阀门的相对流量和相对开度之间的 函数关系。