过程控制工程第1章绪论.ppt

过程控制系统Process Control System 主讲：王红旗 电气工程与自动化学院 wanghongqi@hpu.edu.cn 电话 课程性质及考核 自动化专业必修课 考试（80%+20%） 闭卷 教材：《过程控制工程，第2版》，化学工业出版社，王树青，国家级11.5规划教材。 辅导答疑：周五晚7:00-9:00，D218 第一章 绪 论 工业天然气锅炉 工业蒸汽锅炉 10吨锅炉软化水装置 燃煤热电厂 生物质热电厂 热风炉燃烧器 炼油反应炉燃烧器 回转窑燃烧器 单段式高风压煤气发生炉 50Kg真空感应熔炼炉 钢带镀锌退火炉 梁式加热炉 反应釜 焦化甲醇 3级精馏塔 分子蒸馏塔 混凝土搅拌器 造纸机 余热发电、高温除尘、脱硝一体化节能环保系统 核电站 核动力航母 核潜艇 太空站 1.1 过程控制及其特点 一般的单回路控制系统 “广义对象”的概念 “广义对象” 的特点 过程控制系统的重要术语 被控变量/受控变量/过程变量 （Controlled Variable - CV, Process Variable - PV） 设定值/给定值 (Setpoint - SP, Setpoint Value - SV ) 操纵变量/操作变量 (Manipulated Variable, MV) 扰动/扰动变量 (Disturbance Variable, DV) 测量/测量信号 (Measurement ) ，控制/控制信号/控制变量（Control Variable ） 就地控制系统 组合式仪表 智能单元组合式仪表 集散控制系统 现场总线系统 现场总线系统 现场总线系统 1.6 过程控制系统案例 液位控制系统的组成与方块图 热交换器的温度控制系统 热交换器温度控制系统方块图 纯滞后液位及流量控制系统 精馏塔控制系统 思考题 定值控制系统 给定值固定不变 恒温箱控制 随动控制系统 给定值随动变化 被控量要跟踪给定值 雷达跟踪 顺序控制系统 给定值按预定程序变化 温度预置控制 1.5 过程控制方法分类—设定信号 目的：保持被控量稳定在给定值，能克服扰动对被控量的影响。 连续控制系统 间歇控制系统 离散控制系统 1.5 过程控制方法分类—过程特点 1 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。 1 四、控制过程多属缓慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制 1 五、过程控制方案十分丰富 单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。 1 六、定值控制是过程控制的一种常用方式 过程控制的目的： 消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。 1.2 过程控制性能要求 过程控制要求 ---在设定值发生变化或受到外界扰动作用时，被控量应能平稳、迅速和准确地趋近或回复到设定值。 1.2 过程控制性能要求 稳定性---首要指标 快速性---当控制系统受到干扰影响时，控制系统能尽快地做出响应，改变控制量，使被控量与设定值之间有偏差的时间尽可能短. 准确性---控制系统的被控量与设定值之间的偏差小 偏离度---被控量偏离设定值的离散程度 t O 1.2 过程控制性能要求—时域性能 时域性能指标---阶跃输入信号作用下，控制系统输出响应曲线表示的控制系统性能指标。 ts 衰减比 衰减率 振荡过程的衰减程度，衡量稳定度 n=1:1,等幅振荡，临界稳定 n1:1,衰减振荡，稳定 n1:1,发散振荡，不稳定 一般控制要求： n=4:1或10:1;ψ=0.75或0.9（两周期后趋于稳定） 1.2 过程控制性能要求—时域性能 超调量 余差 调节时间 从扰动开始到被控量进入稳态值的±5%或±2%范围内的时间. 均值=0；标准差=0.5 1.2 过程控制性能要求—时域性能 偏离度---被控量的统计特性，通常遵循正态分布。若采用被控量的均值a作为设定值，则偏离度采用其标准差度量。 均值=0；标准差=1 误差积分(IE) 误差绝对值积分(IAE) 适用于衰减或无静差系统 误差平方值积分(ISE) 会产生振荡响应 误差绝对值与时间乘积的积分 (ITAE) 解析解