化工自动控制系统的基本概念

K=（Y2-Y1）/（X2-X1）
K大，控制起来比较灵敏，但稳定性差；K小，则不大 灵敏，但较稳定。
x
X
x2-x1 t y
Y
y2-y1
t
3. 对象的容量和容量系数 对象的容量就是指对象能够存放物料量或能量 的能力。 对象的容量系数就是被控变量变化一个单位时， 需要向对象加入或取出的物料量或能量。 S=（Q2-Q1）/（Y2-Y1） 式中： S—容量系数。
化工自动化的主要内容 化工自动控制系统的基本组成及方块图 化工自动控制系统的分类 化工自动控制系统的过渡过程及品质指标
工艺管道及控制流程图
控制系统的过渡过程
1、控制系统的过渡过程 对于一个自动控制系统，扰动作用是经常存在的。假如一 个自动控制系统原来处于某一相对平衡状态，由于扰动的作用， 平衡被破坏，被控变量也就产生波动，经过控制器的控制作用， 使系统达到一个新的平衡状态。从扰动作用，发生时起到控制 器的控制作用使系统达到新的平衡时为止，这段时间内被控变 量的变化过程，称为控制系统的过渡过程。亦即系统从一个平 衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。 在阶跃扰动（或给定）的作用下，控制系统的过渡过程有 如下五种基本形式。
• 分类小结
开环系统 1. 按结构形式 闭环系统
恒值控制系统 按给定值的 2. 程序控制系统 变化形式 随动系统
线性系统 3. 按数学模型 非线性系统
4 . 按信号流的 形式
连续系统 离散系统
5 . 按系统变量 的多少
单变量系统 多变量系统
本章内容
《化工仪表及过程控制》
第一章 自动控制系统基本概念
本章内容
化工自动化的主要内容 化工自动控制系统的基本组成及方块图 化工自动控制系统的分类 化工自动控制系统的过渡过程及品质指标
工艺管道及控制流程图
1 按给定值的变化形式分类 （1）定值控制系统 定值控制系统：也称恒值控制系统。输出量以一定 的精度等于给定值，而给定值一般不变化或变化很 缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生 产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒 温系统，石油部门的恒压系统等。 c（t）＝ r（t）＝ const 其中 r（t）给定值，c（t）被控量。
扰动作用
控制通道 扰动通道
控制作用 被控对象
被控变量
1. 对象的自平衡能力
依控制对象有无自平衡能力划分，可分为有自平衡能 力被控对象和无自平衡能力被控对象。 自平衡能力：指对象在受到扰动后，仅依靠自身能力 而不依靠任何外加的调节作用就能使被调量趋于某一 稳定值的能力。
调节阀 1 Qi H 调节阀 2
被控变量
设定值
时间
（1）发散振荡过程
被控变量
设定值
时间
（2）等幅荡过程
被控变量
设定值
时间
（3）衰减振荡过程
被控变量
非周期发散
非周期衰减 设定值
时间
（4）非周期衰减
（5）非周期发散
被控变量
设定值
时间
阶跃给定作用下系统的过渡过程 总结：什么是所期望的过渡过程？什么是应该避免的过渡过程？
2、影响控制系统过渡过程的主要因素 过渡过程由控制系统本身决定！
r （t ）
Time
（2）随动控制系统 随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系 统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统的特点是 系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时 间函数。例如，火炮系统等。 c（t）＝ r（t） r（t）为未知时间函数。
r（t）
Time
（2）随动控制系统
（3）程序控制系统
程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是根 据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系。 例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的 程序控制系统、电梯升降控制、退火炉的炉温控制 等。 c（t）＝ r（t） r（t）为已知时间函数。
r（t） Time t1 t2
洲际弹道导弹视屏
2 按系统的特性（数学模型）分类 （1）线性控制系统
如果系统的特性可用线性微分 (或差分）方程描述，即系统中各环节的特性都呈线 性关系，则称此系统为线性控制系统。
J
dc + fc = T dt
线性系统的主要特征是满足叠加原理，即：当系统 在输入信号r1(t)的作用下产生系统的输出c1(t)，当系 统在输入信号r2(t)的作用下产生系统的输出c2(t)。如 果系统的输入信号为 ar1(t)+br2(t) 则系统的输出满足: ac1(t)+bc2(t) 系数a、b可以是常数，也可以是时变参数。这样的系统 称为线性系统。
有自平衡能力控制对象举例
Q0
无自平衡能力的被控对象称为无自平衡能力 被控对象，简称无自平衡对象。
调节阀
Qi H 水泵 Q0 无自平衡能力控制对象举例
2. 对象的放大系数 对于有自衡能力的对象，输入量一定时，输出量最终 也是一定的，且不同的输入量对应着不同的输出量。把自 衡对象的前后两个状态(平衡状态)的输出变化量与输入变 化量之比，称为对象的放大系数。
（2）离散控制系统
A/D 计算机 D/A 测量 保持器 受控对象
系统某处或多处的信号为时间上离散的脉冲序列或 数码形式时，该系统为离散控制系统。 离散控制系统用差分方程描述。
离散控制系统:
4
按系统变量的多少分类
（1） 单变量系统 单变量系统也称作单输入单输出系统，其输 入量和输出量都为1个，系统结构较为简单。 （2） 多变量系统 单变量系统也称作多输入多输出系统，其输 入量和输出量多于1个，系统结构较为复杂。
一个简单的自动控制系统由４个环节组成，可以 概括为由被控对象和自动化装置两个部分组成。影响 控制系统过渡过程的主要因素来自这两个部分。下面 分别介绍。
（一）被控对象特性对控制质量的影响
什么叫被控对象的特性呢？就是指对象受到扰动 作用后，被控变量是如何变化的。换句话说，就是对 象的输入发生变化时，其输出是如何变化的，变化的 快慢如何，以及最终变化了多少等等。
r1(t)
系Βιβλιοθήκη Baidu1
c1(t) ar1(t)+br2(t)
系统
ac1(t)+bc2(t)
r2(t)
系统2
c2(t)
(2) 非线性控制系统
当系统中存在非线性特性的组成环节或元件， 系统的特性就由非线性方程描述，这种系统即为 非线性系统。非线性系统不具备叠加性。
3 按系统信号流的形式分类 （1） 连续控制系统 系统中个部分的信号都是时间变量的连续函数。 连续系统的运动状态或特性用微分方程描述。用模 拟式仪表实现自动化的过程控制系统均属此类系统。