过程控制系统教学课件
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工艺要求，提高控制质量。1975 年，世界上第一台分散控制系 统在美国Honeywell公司问世，从而揭开了过程控制崭新的一
页。分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控
制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总 体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。 由于采用了分散的结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再 加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组 态、扩展极为方便，还有众多的控制算法(几十至上百种) 、较好 的人—机界面和故障检测报告功能。经过20 多年的发展，它已 日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此， 可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里 程碑。
§0-4 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
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
优化。它表现的最大特征是仿人脑功能，这一点在某种程
度上是回复到初级阶段的人工控制，但更多的是在人工控 制基础上的进步与飞跃。
§0-3 过程控制的特点
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
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。
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、操纵量：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差。但 能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把测量值与给 定值之差称作为偏差。
对于控制系统而言，外部输入为给定值，故偏差定义为：
第0章 绪论
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
§0-1 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。(另有运 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 (2)、从实际应用看
3、教学安排 (1)、学时、实验情况 (2)、内容安排
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。
从过程控制采用的理论与技术手段来看，可以粗略地把它划为三个 阶段：
第一阶段 70 年代之前
初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基 础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中 的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系 统中，以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同 的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如：使 物料按比例配制的比值控制，克服大滞后的Smith 预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等等，这阶 段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。这与当时 生产水平是相适应的。
第三阶段 90 年代后。
高级阶段。目前，过程控制正朝高级阶段走来，不论是从 过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、 可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，以 智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企 业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原 料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最
给定值-测量值（sp-pv）
对于控制器而言，外部输入为测量值，故偏差定义为：
给定值-测量值（pv-sp）
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。
§0-5 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。
4、主要参考书
(1)、过程控制工程，孙洪程，化学化工出版社
§0-2 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制系统在控制结构上经历了三个发展阶段：分散控制阶段, 集 中控制阶段和集散控制阶段。
第二阶段（70 年代——90 年代初）
发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪 表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。这阶段的建模理论、 在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进 控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不
确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测 控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的
过程控制系统及工程
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
页。分散控制系统也叫集散控制系统，它综合了计算机技术、控
制技术、通信技术和显示技术，采用多层分级的结构形式,按总 体分散、管理集中的原则，完成对工业过程的操作、监视、控制。 由于采用了分散的结构和冗余等技术，使系统的可靠性极高，再 加上硬件方面的开放式框架和软件方面的模块化形式，使得它组 态、扩展极为方便，还有众多的控制算法(几十至上百种) 、较好 的人—机界面和故障检测报告功能。经过20 多年的发展，它已 日臻完善，在众多的控制系统中，显示出出类拔萃的风范，因此， 可以毫不夸张地说，分散控制系统是过程控制发展史上的一个里 程碑。
§0-4 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
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
优化。它表现的最大特征是仿人脑功能，这一点在某种程
度上是回复到初级阶段的人工控制，但更多的是在人工控 制基础上的进步与飞跃。
§0-3 过程控制的特点
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
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。
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、操纵量：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差。但 能够直接得到的信号是被控量的测量值，故通常把测量值与给 定值之差称作为偏差。
对于控制系统而言，外部输入为给定值，故偏差定义为：
第0章 绪论
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
§0-1 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。(另有运 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 (2)、从实际应用看
3、教学安排 (1)、学时、实验情况 (2)、内容安排
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。
从过程控制采用的理论与技术手段来看，可以粗略地把它划为三个 阶段：
第一阶段 70 年代之前
初级阶段，包括人工控制，以古典控制理论为主要基 础，采用常规气动、液动和电动仪表，对生产过程中 的温度、流量、压力和液位进行控制，在诸多控制系 统中，以单回路结构、PID 策略为主，同时针对不同 的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如：使 物料按比例配制的比值控制，克服大滞后的Smith 预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等等，这阶 段的主要任务是稳定系统，实现定值控制。这与当时 生产水平是相适应的。
第三阶段 90 年代后。
高级阶段。目前，过程控制正朝高级阶段走来，不论是从 过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、 可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，以 智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企 业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原 料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最
给定值-测量值（sp-pv）
对于控制器而言，外部输入为测量值，故偏差定义为：
给定值-测量值（pv-sp）
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。
§0-5 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。
4、主要参考书
(1)、过程控制工程，孙洪程，化学化工出版社
§0-2 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制系统在控制结构上经历了三个发展阶段：分散控制阶段, 集 中控制阶段和集散控制阶段。
第二阶段（70 年代——90 年代初）
发展阶段，以现代控制理论为主要基础，以微型计算机和高档仪 表为工具，对较复杂的工业过程进行控制。这阶段的建模理论、 在线辨识和实时控制已突破前期的形式，继而涌现了大量的先进 控制系统和高级控制策略，如克服对象特性时变和环境干扰等不
确定影响的自适应控制，消除因模型失配而产生不良影响的预测 控制等。这阶段的主要任务是克服干扰和模型变化，满足复杂的
过程控制系统及工程
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
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