过程控制系统教学课件
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白色系统、黑色系统、灰色系统的概念 3、普遍存在滞后 4、特性往往具有非线性： 如间歇式加温、齿轮运动等。
5、计算机在过程控制中的地位和作用
计算机的应用不仅促进了现代控制理论的 发展，而且也推动了自动化向深度与广度进军，使 生产自动化提高到更高的水平。甚至在向智能化的 方向大步迈进。
微型计算机控制生产过程，按不同的控制目的， 可分为两类：一是数据检测处理，二是形成微机控 制系统。
其为被控参数。如温度、压力、流量、液位、成分等。
3、干扰:： 凡是影响被控量的各种作用均叫做干扰或扰
动。分内干扰和外干扰。(内干扰如原料成分变化等。)
4、控制参数：即调节介质。如储水槽液位控制系统的给
水量。
5、测量值：被控变量经检测变送后即是测量值。
6、给定值：即被控变量的设定值。
7、偏差值：准确地说，应是被控量的给定值与实际值之
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元：仪表课中已做介绍。 (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
有气动和电动两种。
(5)、控制阀：控制进料量。有气开式和气关式之别。
二、常用术语
1、被控对象 (简称对象或过程)：前已述及。 2、被控参数：按照生产过程要求，某些变量应该维 持在稳定的变化范围内，如果对其施加控制作用，就称
4、按控制器的动作分类：
5、按是否形成闭合回路分类：
有
、。
P PI PID
位式
二、按设定值形式分类
1、定值控制系统
是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。 在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生 产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附近 波动。
2、随动控制系统 是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制 系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随 时跟踪给定值。
微机控制在提高产品质量、保证安全运行、减 少原料和能量消耗、控制和减少环境污染、提高企 业的管理水平方面正在并将发挥越来越重要的作用。
§1-4 过程控制的组成及术语
一、系统组成
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器
液位控制器
执行器
1-1典型单回路控制系统
2、系统方块图
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
§1-1 课程的性质和教学安排
1、过程控制的概念
凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一 或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。(另有 电力拖动控制方向)
2、过程控制是自动化专业的主要内容之一
(1)、从专业特点看
返回
(2)、从实际应用看
3、教学安排
(1)、学时、实验情况 (2)、内容安排
过程控制系统
第一章 绪论
2 3 4 5 6 第二章 过程控制对象的特性
第三章 单回路控制系统 2 3 4 5 第四章 串级控制系统
第五章 比值控制系统 2 第六章 前馈控制系统
第七章 均匀控制系统 2 3 4 第八章 其他控制系统
第九章 过程控制中的计算机应用 2 3 4
23 2345
23 234
第一章 绪论
1、初期阶段(30～40年代) 2、简单仪表化阶段(40～60年代) 3、综合自动化阶段(60～70年代中期) 4、全盘自动化(及智能化)阶段(70年代 中期自今)
§1-3 过程控制的特点 及计算机的作用
过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一 定值或按一定规律变化。
1、被空对象的多样性 2、对象特性的难辨性
差。但能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把给定 值与测量值之差称作为偏差。
8、调节器输出：根据偏差值、经一定算法得到的输出值。
调节器输出亦称控制作用。
§1-5 过程控制系统的分类
一、一般分类
1、按工艺参数分类： 有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系 统、成分控制系统、物位控制系统等。 2、按系统的任务分类： 有比例控制、均匀控制、前馈控制等。 3、按自动化装置的不同分类： 有常规控制系统、计算机控制系统。
4。有/无平衡能力的概念 (参见图 1 2 )
§2-2 有自平衡能力对象特性
一。自衡过程的数学模型
自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态 被破坏 ，无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动 平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为 平衡能力。
4、主要参考书
(1)、过程控制工程，冯品如，轻工业出版社 (2)、过程控制与自动化仪表，侯志林，
机械工业出版社
(3)、微型计算机控制技术，于海生，
清华大学出版社
§1-2 过程控制的发展概况
生产过程自动化是保持生产稳定、降低 消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全 和提高劳动生产率重要手段，一直起着极其 重要的作用。其发展经历了以下几个方面：
过程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
2、衰减率
B1 B 2 1 B1 1 1 / n 见图
B1
B2
是衡量过度过程稳定性的一个动态指标(于递减比
含义相同).一般取=0.75～0.9。
3、动态偏差（亦即超调量）
为被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差值。 其它课程已做介绍，不再详述。
3、程序控制系统
其给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业 中的退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、 保温、 逐次降温等程序变化的。家用电器中应用定 值控制系统的也很多，如电脑控制的洗衣机、电饭煲 等。
§1-6 控制系统的质量指标
1、递减比
பைடு நூலகம்
n B1
见图
B2
一般认为，n:1=4:1时稳定性好，但温度等慢变化
4、调节时间、静态偏差（即余差）
见以下两图中的C。
返回
第二章 过程控制对象 的特性
2.2 2.3
§2-1 概述
1。数学模型的有关概念
数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出 量变化的函数关系数学表达式。
干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)； 外干扰---其余非控制的输入量。
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。
3。单输入-单输出过程的常见模型
(1)、线性时间连续模型 (2)、线性时间离散模型
5、计算机在过程控制中的地位和作用
计算机的应用不仅促进了现代控制理论的 发展，而且也推动了自动化向深度与广度进军，使 生产自动化提高到更高的水平。甚至在向智能化的 方向大步迈进。
微型计算机控制生产过程，按不同的控制目的， 可分为两类：一是数据检测处理，二是形成微机控 制系统。
其为被控参数。如温度、压力、流量、液位、成分等。
3、干扰:： 凡是影响被控量的各种作用均叫做干扰或扰
动。分内干扰和外干扰。(内干扰如原料成分变化等。)
4、控制参数：即调节介质。如储水槽液位控制系统的给
水量。
5、测量值：被控变量经检测变送后即是测量值。
6、给定值：即被控变量的设定值。
7、偏差值：准确地说，应是被控量的给定值与实际值之
3、主要组成部分
(1)、被控对象：生产过程中被控制的工艺设备或装置。 (2)、检测变送单元：仪表课中已做介绍。 (3)、控制器：实时地对被控系统施加控制作用。 (4)、执行器：将控制信号进行放大以驱动控制阀。常见的
有气动和电动两种。
(5)、控制阀：控制进料量。有气开式和气关式之别。
二、常用术语
1、被控对象 (简称对象或过程)：前已述及。 2、被控参数：按照生产过程要求，某些变量应该维 持在稳定的变化范围内，如果对其施加控制作用，就称
4、按控制器的动作分类：
5、按是否形成闭合回路分类：
有
、。
P PI PID
位式
二、按设定值形式分类
1、定值控制系统
是工业生产过程中应用最大的一种过程控制系统。 在运行时，系统被控量的给定值是不变的。有时根据生 产工艺要求，被控量的给定值保持在规定的小范围附近 波动。
2、随动控制系统 是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制 系统。它的主要作用是克服一切扰动，使被控量随 时跟踪给定值。
微机控制在提高产品质量、保证安全运行、减 少原料和能量消耗、控制和减少环境污染、提高企 业的管理水平方面正在并将发挥越来越重要的作用。
§1-4 过程控制的组成及术语
一、系统组成
以液体储槽的水位控制为例进行说明。
1、控制原理(如下图)
液位变送器
液位控制器
执行器
1-1典型单回路控制系统
2、系统方块图
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
§1-1 课程的性质和教学安排
1、过程控制的概念
凡是采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一 或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。(另有 电力拖动控制方向)
2、过程控制是自动化专业的主要内容之一
(1)、从专业特点看
返回
(2)、从实际应用看
3、教学安排
(1)、学时、实验情况 (2)、内容安排
过程控制系统
第一章 绪论
2 3 4 5 6 第二章 过程控制对象的特性
第三章 单回路控制系统 2 3 4 5 第四章 串级控制系统
第五章 比值控制系统 2 第六章 前馈控制系统
第七章 均匀控制系统 2 3 4 第八章 其他控制系统
第九章 过程控制中的计算机应用 2 3 4
23 2345
23 234
第一章 绪论
1、初期阶段(30～40年代) 2、简单仪表化阶段(40～60年代) 3、综合自动化阶段(60～70年代中期) 4、全盘自动化(及智能化)阶段(70年代 中期自今)
§1-3 过程控制的特点 及计算机的作用
过程控制的目的：保持过程中的有关参数为一 定值或按一定规律变化。
1、被空对象的多样性 2、对象特性的难辨性
差。但能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把给定 值与测量值之差称作为偏差。
8、调节器输出：根据偏差值、经一定算法得到的输出值。
调节器输出亦称控制作用。
§1-5 过程控制系统的分类
一、一般分类
1、按工艺参数分类： 有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系 统、成分控制系统、物位控制系统等。 2、按系统的任务分类： 有比例控制、均匀控制、前馈控制等。 3、按自动化装置的不同分类： 有常规控制系统、计算机控制系统。
4。有/无平衡能力的概念 (参见图 1 2 )
§2-2 有自平衡能力对象特性
一。自衡过程的数学模型
自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态 被破坏 ，无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动 平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为 平衡能力。
4、主要参考书
(1)、过程控制工程，冯品如，轻工业出版社 (2)、过程控制与自动化仪表，侯志林，
机械工业出版社
(3)、微型计算机控制技术，于海生，
清华大学出版社
§1-2 过程控制的发展概况
生产过程自动化是保持生产稳定、降低 消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全 和提高劳动生产率重要手段，一直起着极其 重要的作用。其发展经历了以下几个方面：
过程约取10:1为好，应根据实际情况灵活处理。
2、衰减率
B1 B 2 1 B1 1 1 / n 见图
B1
B2
是衡量过度过程稳定性的一个动态指标(于递减比
含义相同).一般取=0.75～0.9。
3、动态偏差（亦即超调量）
为被控量偏离稳定值或设定值的最大偏差值。 其它课程已做介绍，不再详述。
3、程序控制系统
其给定值按预定的时间程序来变化。如机械工业 中的退火炉的温度控制系统，其给定值是按升温、 保温、 逐次降温等程序变化的。家用电器中应用定 值控制系统的也很多，如电脑控制的洗衣机、电饭煲 等。
§1-6 控制系统的质量指标
1、递减比
பைடு நூலகம்
n B1
见图
B2
一般认为，n:1=4:1时稳定性好，但温度等慢变化
4、调节时间、静态偏差（即余差）
见以下两图中的C。
返回
第二章 过程控制对象 的特性
2.2 2.3
§2-1 概述
1。数学模型的有关概念
数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出 量变化的函数关系数学表达式。
干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)； 外干扰---其余非控制的输入量。
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
2。研究并建立数学模型的目的
(1)、设计过程控制系统、整定调节器参数。 (2)、指导生产工艺设备的设计。 (3)、进行仿真实验研究。 (4)、培训运行操作人员。
3。单输入-单输出过程的常见模型
(1)、线性时间连续模型 (2)、线性时间离散模型