化工自动控制系统的基本概念
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
（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。
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
《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。
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。
r1(t)
系统1
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பைடு நூலகம்，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。
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！
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。
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。
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
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。
• 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。
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
（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。
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
《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。
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。
r1(t)
系统1
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பைடு நூலகம்，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。
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！
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。
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。
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
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。
• 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。