《過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案

《過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表,過(guò)程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章第第1章章 緒論緒論第第2章章 檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表第第3章章 控制儀表控制儀表第第4章章 執(zhí)行器及安全柵執(zhí)行器及安全柵第第5章章 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型第第6章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章主要參考書(shū)主要參考書(shū)v施仁，施仁，自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社，2003v侯志林，侯志林，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社，2002v歷玉鳴，歷玉鳴，化工儀表與自動(dòng)化化工儀表與自動(dòng)化 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社，2003v劉元楊，劉元楊，自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制自動(dòng)檢測(cè)和過(guò)程控制 冶金工業(yè)出版社冶金工業(yè)出版社，2003v金以慧，過(guò)程控制金以慧，過(guò)程控制 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社，1998 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章第第1 1章章 緒論緒論 過(guò)程控制過(guò)程控制（Process control）是指）是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕工、的自動(dòng)控制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕工、紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)域的生紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程的控制，都屬于產(chǎn)過(guò)程的控制，都屬于過(guò)程控制過(guò)程控制。連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的特征是：生產(chǎn)過(guò)程中的各種流體，的特征是：生產(chǎn)過(guò)程中的各種流體，在連續(xù)（或間歇）的流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、在連續(xù)（或間歇）的流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)能量的傳遞或轉(zhuǎn)換。物質(zhì)能量的傳遞或轉(zhuǎn)換。例如室內(nèi)溫度的控制。例如室內(nèi)溫度的控制。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章圖圖1 1 為人工控制室溫。假設(shè)在冬季，室內(nèi)加溫為人工控制室溫。假設(shè)在冬季，室內(nèi)加溫是通過(guò)熱水加熱器將送風(fēng)加熱后送往恒溫室。為保是通過(guò)熱水加熱器將送風(fēng)加熱后送往恒溫室。為保證恒溫室溫符合要求，操作人員要隨時(shí)觀察溫度計(jì)證恒溫室溫符合要求，操作人員要隨時(shí)觀察溫度計(jì)的指示值，并隨時(shí)判斷和決定如何操作閥門來(lái)保證的指示值，并隨時(shí)判斷和決定如何操作閥門來(lái)保證恒溫要求，然后進(jìn)行操作。恒溫要求，然后進(jìn)行操作。在此人的作用在此人的作用可分為三步：可分為三步：眼看眼看 腦想腦想 手動(dòng)手動(dòng)送風(fēng)送風(fēng)回風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計(jì)溫度計(jì)閥門閥門圖圖1 室溫人工控制示意圖室溫人工控制示意圖過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章手手動(dòng)動(dòng)自自動(dòng)動(dòng)控控制制閥閥代代替替人人工工閥閥門門，按按控控制制信信號(hào)號(hào)自自動(dòng)動(dòng)改改變變開(kāi)度。開(kāi)度。眼眼看看用用傳傳感感器器或或變變送送器器將將溫溫度度信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為控制器可接受的信號(hào)?？刂破骺山邮艿男盘?hào)。腦腦想想控控制制器器將將輸輸入入的的實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)溫溫度度信信號(hào)號(hào)和和要要求求值值進(jìn)進(jìn)行行比比較較（相相減減求求偏偏差差),并并按按偏偏差差值值計(jì)計(jì)算算出出控控制制量。量。送風(fēng)送風(fēng)回風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計(jì)溫度計(jì)閥門閥門圖圖1 室溫人工控制示意圖室溫人工控制示意圖過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1熱水加熱器；熱水加熱器；2傳感變送器；傳感變送器；3控制器；控制器；4執(zhí)行器執(zhí)行器人人工工控控制制受受制制于于人人的的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)和和注注意意力力，控控制制不不精精確確。而而自自動(dòng)動(dòng)控控制制按按設(shè)設(shè)定定好好的的方方案案進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)算算控控制制，可可以以做做到到精精確確的的、恰恰當(dāng)當(dāng)?shù)牡目乜刂浦?。圖圖2為為室室溫溫自自動(dòng)動(dòng)控控制制，自動(dòng)化儀表代替了人。自動(dòng)化儀表代替了人?；仫L(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT圖圖2 室溫自動(dòng)控制示意圖室溫自動(dòng)控制示意圖過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 過(guò)程控制系統(tǒng)的定義：過(guò)程控制系統(tǒng)的定義：為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，由相互聯(lián)為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，由相互聯(lián)系的自動(dòng)化儀表、裝置及被控對(duì)象、工藝設(shè)備構(gòu)成系的自動(dòng)化儀表、裝置及被控對(duì)象、工藝設(shè)備構(gòu)成的的 一個(gè)整體，又稱自動(dòng)控制系統(tǒng)。一個(gè)整體，又稱自動(dòng)控制系統(tǒng)?；仫L(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 在討論控制系統(tǒng)工作原理時(shí)，為清楚地表示自在討論控制系統(tǒng)工作原理時(shí)，為清楚地表示自動(dòng)控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用動(dòng)控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用原理框圖來(lái)表示控制系統(tǒng)。原理框圖來(lái)表示控制系統(tǒng)。如圖如圖2的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和加熱器及房間和加熱器及房間組成。組成。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥加熱器加熱器及房間及房間+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 過(guò)程控制系統(tǒng)方框圖過(guò)程控制系統(tǒng)方框圖通常用標(biāo)準(zhǔn)名稱表示。通常用標(biāo)準(zhǔn)名稱表示。如：如：給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值回風(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的過(guò)程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。1.1 過(guò)程控制的特點(diǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)1控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣2控制方案豐富控制方案豐富 3控制對(duì)象大多屬于慢過(guò)程控制對(duì)象大多屬于慢過(guò)程4大多數(shù)工藝要求定值控制大多數(shù)工藝要求定值控制5通常使用標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化儀表及裝置通常使用標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化儀表及裝置 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.2 過(guò)程控制的發(fā)展概況過(guò)程控制的發(fā)展概況 過(guò)程控制的發(fā)展歷程，就是過(guò)程控制裝置（自過(guò)程控制的發(fā)展歷程，就是過(guò)程控制裝置（自動(dòng)化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。動(dòng)化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。1.2.1過(guò)程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程過(guò)程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1局部自動(dòng)化階段局部自動(dòng)化階段 （20世紀(jì)世紀(jì) 5060年代）年代）q自自動(dòng)動(dòng)化化儀儀表表安安裝裝在在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)生生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)設(shè)備上，只具備簡(jiǎn)單的測(cè)控功能。備上，只具備簡(jiǎn)單的測(cè)控功能。q適用于小規(guī)模、局部過(guò)程控制。適用于小規(guī)模、局部過(guò)程控制。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章特點(diǎn)：特點(diǎn)：q自自動(dòng)動(dòng)化化儀儀表表劃劃分分成成各各種種標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)功功能能單單元元，按按需需要可以組合成各種控制系統(tǒng)。要可以組合成各種控制系統(tǒng)。q控控制制儀儀表表集集中中在在控控制制室室，生生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)各各處處的的參參數(shù)數(shù)通通過(guò)過(guò)統(tǒng)統(tǒng)一一的的模模擬擬信信號(hào)號(hào)，送送往往控控制制室室。操操作作人人員員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。q適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。2模擬單元儀表控制階段模擬單元儀表控制階段（20世紀(jì)世紀(jì)6070年代）年代）過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章巴基斯坦賈姆肖羅電廠巴基斯坦賈姆肖羅電廠 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章3集散控制階段集散控制階段（20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期至今）年代中期至今）計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)的的出出現(xiàn)現(xiàn)，大大大大簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化了了控控制制功功能能的的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。用用一一臺(tái)臺(tái)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)可可取取代代所所有有回回路路的的控控制制儀儀表表，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)直直接數(shù)字控制（接數(shù)字控制（DDC，Direct Digital Control ）。但但DDC系系統(tǒng)統(tǒng)的的故故障障危危險(xiǎn)險(xiǎn)高高度度集集中中，一一旦旦計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)出出現(xiàn)現(xiàn)故故障障，就就會(huì)會(huì)造造成成所所有有控控制制回回路路癱癱瘓瘓，使使生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)加加大大。因因此此，很很快快開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)了了集集中中、分分散散相相結(jié)結(jié)合合的的集集散散型型控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）。）。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 80年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能提高、體積縮小，年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能提高、體積縮小，出現(xiàn)了內(nèi)裝出現(xiàn)了內(nèi)裝CPU的數(shù)字控制儀表?；诘臄?shù)字控制儀表?；?“集中集中管理，分散控制管理，分散控制”的理念，在數(shù)字控制儀表和計(jì)的理念，在數(shù)字控制儀表和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，集中、分散相結(jié)合的集算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，集中、分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng)散型控制系統(tǒng)DCS得以流行。得以流行。DCS系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，管理功能集中于上系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，管理功能集中于上層，工藝控制分散在下層。集管理方便、控制故層，工藝控制分散在下層。集管理方便、控制故障風(fēng)險(xiǎn)分散之優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。障風(fēng)險(xiǎn)分散之優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章如如今今，隨隨著著CPU進(jìn)進(jìn)入入檢檢測(cè)測(cè)儀儀表表和和執(zhí)執(zhí)行行器器，自自動(dòng)化動(dòng)化儀表徹底實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化。儀表徹底實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化?？乜刂浦葡迪到y(tǒng)統(tǒng)也也出出現(xiàn)現(xiàn)了了由由智智能能儀儀表表構(gòu)構(gòu)成成的的現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線控制系統(tǒng)（線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System)。FCS系系統(tǒng)統(tǒng)把把控控制制功功能能徹徹底底下下放放到到現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)，依依靠靠現(xiàn)場(chǎng)智能儀表便可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、控制?，F(xiàn)場(chǎng)智能儀表便可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、控制。而而用用開(kāi)開(kāi)放放的的、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化的的通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線，將將分分散散在在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的通通信信連連接接起起來(lái)來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息集中管理。實(shí)現(xiàn)信息集中管理。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.2.2過(guò)程控制策略與算法發(fā)展過(guò)程控制策略與算法發(fā)展 伴隨著自動(dòng)化儀表的發(fā)展，過(guò)程控制策略與算伴隨著自動(dòng)化儀表的發(fā)展，過(guò)程控制策略與算法也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。法也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的PID（Proportional Integral Derivative）控制算法，由單回路控制發(fā)）控制算法，由單回路控制發(fā)展了串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、展了串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、Smith預(yù)估控制及選擇性控制等控制策略。預(yù)估控制及選擇性控制等控制策略。隨著現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展，解隨著現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展，解耦控制、推斷控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自適應(yīng)耦控制、推斷控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等控制策略與算法，也日趨完善?？刂频瓤刂撇呗耘c算法，也日趨完善。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)：現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)：1、功能綜合化，控制與管理一體化已成為功能綜合化，控制與管理一體化已成為趨勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來(lái)越大。趨勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來(lái)越大。2、技術(shù)密集化、系統(tǒng)集成化，是控制技術(shù)、技術(shù)密集化、系統(tǒng)集成化，是控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。3、系統(tǒng)的智能化程度日益提高，控制精度系統(tǒng)的智能化程度日益提高，控制精度越來(lái)越高，控制手段日益豐富。越來(lái)越高，控制手段日益豐富。常見(jiàn)的工業(yè)自動(dòng)化儀表及應(yīng)用有：常見(jiàn)的工業(yè)自動(dòng)化儀表及應(yīng)用有：過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章產(chǎn)品校準(zhǔn)產(chǎn)品校準(zhǔn)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章產(chǎn)品校準(zhǔn)產(chǎn)品校準(zhǔn)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái) 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章渭河電廠控制室渭河電廠控制室過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 核電廠控制室核電廠控制室 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章新疆煉油廠新疆煉油廠 榆林煉油廠過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章鋼鐵廠鋼鐵廠 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章哈爾濱伊蘭煤氣哈爾濱伊蘭煤氣 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章伊蘭煤氣控制室伊蘭煤氣控制室過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章污水處理廠污水處理廠過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章哈爾濱第三水廠哈爾濱第三水廠 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章化肥廠化肥廠過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章?lián)P子石化揚(yáng)子石化過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章蘭州石化蘭州石化 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章蘭州石化蘭州石化過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章測(cè)控專業(yè)學(xué)生在揚(yáng)子石化實(shí)習(xí)測(cè)控專業(yè)學(xué)生在揚(yáng)子石化實(shí)習(xí)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章測(cè)控專業(yè)學(xué)生在蘭州石化實(shí)習(xí)測(cè)控專業(yè)學(xué)生在蘭州石化實(shí)習(xí)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章西科大臨潼校區(qū)鍋爐房西科大臨潼校區(qū)鍋爐房過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章熱水鍋爐熱水鍋爐過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章燃?xì)庀到y(tǒng)燃?xì)庀到y(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章自來(lái)水廠自來(lái)水廠控制柜控制柜過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章控制柜觸摸顯示屏控制柜觸摸顯示屏過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章控制柜內(nèi)部控制柜內(nèi)部過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章控制柜內(nèi)控制柜內(nèi)PLC過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)過(guò)程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)1.3.1過(guò)程控制系統(tǒng)的分類過(guò)程控制系統(tǒng)的分類過(guò)程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參過(guò)程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參數(shù)來(lái)分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控?cái)?shù)來(lái)分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來(lái)分，有制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來(lái)分，有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按照控制器類型來(lái)模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按照控制器類型來(lái)分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。但在討論控制原理時(shí)，常用的分類方法是按設(shè)但在討論控制原理時(shí)，常用的分類方法是按設(shè)定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類。定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.按設(shè)定值的形式分類按設(shè)定值的形式分類1）定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng) 設(shè)定值恒定不變。設(shè)定值恒定不變。2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定值隨時(shí)可能變化。設(shè)定值隨時(shí)可能變化。3）程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）將被控變量輸入到控制器，形成閉環(huán)，具有被將被控變量輸入到控制器，形成閉環(huán)，具有被控變量負(fù)反饋的控制系統(tǒng)。如：控變量負(fù)反饋的控制系統(tǒng)。如：反饋控制系統(tǒng)是過(guò)程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。反饋控制系統(tǒng)是過(guò)程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2）前饋控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)）前饋控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)沒(méi)有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量控制系統(tǒng)沒(méi)有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量引入到控制器輸入端。如：引入到控制器輸入端。如：測(cè)量值測(cè)量值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖 變送器變送器過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章3）復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng) 前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如：前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如：給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器1 變送器變送器1執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 變送器變送器2控制器控制器2前饋前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖加法器加法器過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.3.2過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)當(dāng)被控對(duì)象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時(shí)，控當(dāng)被控對(duì)象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時(shí)，控制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過(guò)程，反映了控制制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過(guò)程，反映了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對(duì)控制的要求來(lái)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對(duì)控制的要求來(lái)制定的，概括為制定的，概括為穩(wěn)定性穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性和和快速性快速性。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 1.3.2.1穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài) 1、穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（態(tài)（靜靜態(tài)態(tài)）。）。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章靜態(tài)特性靜態(tài)特性靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時(shí)，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時(shí)，就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)也都處于穩(wěn)定狀態(tài)。但生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量也都處于穩(wěn)定狀態(tài)。但生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒(méi)有改變就是了。仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒(méi)有改變就是了。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2、動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)被被控控變變量量隨隨時(shí)時(shí)間間變變化化的的不不平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)稱稱為為系系統(tǒng)統(tǒng)的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)。當(dāng)當(dāng)干干擾擾破破壞壞了了系系統(tǒng)統(tǒng)的的平平衡衡時(shí)時(shí)，被被控控變變量量就就會(huì)會(huì)發(fā)發(fā)生生變變化化，而而控控制制器器、控控制制閥閥等等自自動(dòng)動(dòng)化化裝裝置置就就要要產(chǎn)產(chǎn)生生控控制制作用來(lái)使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。作用來(lái)使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性在動(dòng)態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.3.2.2控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來(lái)的平衡狀控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來(lái)的平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)歷程稱態(tài)，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)歷程稱為系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。為系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)受系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)受內(nèi)部?jī)?nèi)部和和外部外部?jī)煞N因素的影響。兩種因素的影響。1、內(nèi)部因素：系統(tǒng)特性、內(nèi)部因素：系統(tǒng)特性系統(tǒng)的特性是由系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的系統(tǒng)的特性是由系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的。結(jié)構(gòu)所決定的。2、外部因素：輸入信號(hào)、外部因素：輸入信號(hào)在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時(shí)間的在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號(hào)。變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號(hào)。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章生產(chǎn)中，干擾是隨機(jī)出現(xiàn)的，對(duì)系統(tǒng)的影響也生產(chǎn)中，干擾是隨機(jī)出現(xiàn)的，對(duì)系統(tǒng)的影響也各不相同。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了充分體各不相同。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了充分體現(xiàn)系統(tǒng)的特性和分析方便，常選擇一些特定的輸入現(xiàn)系統(tǒng)的特性和分析方便，常選擇一些特定的輸入信號(hào)，其中常用的是階躍信號(hào)和正弦信號(hào)，時(shí)域分信號(hào)，其中常用的是階躍信號(hào)和正弦信號(hào)，時(shí)域分析時(shí)經(jīng)常使用階躍信號(hào)。析時(shí)經(jīng)常使用階躍信號(hào)。Atf（t）tf（t）過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章階躍信號(hào)特點(diǎn)：階躍信號(hào)特點(diǎn)：v階階躍躍信信號(hào)號(hào)變變化化突突然然，對(duì)對(duì)被被控控變變量量的的影影響響最最大大。如如果果一一個(gè)個(gè)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)能能夠夠有有效效地地克克服服這這種種干干擾擾，那那么么對(duì)其它比較緩和的干擾也能很好地克服。對(duì)其它比較緩和的干擾也能很好地克服。v階階躍躍信信號(hào)號(hào)的的形形式式簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，容容易易實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，便便于于分分析析、實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)和和計(jì)計(jì)算算。如如圖圖，輸輸入入信信號(hào)號(hào)在在 t=0時(shí)時(shí)，階階躍躍上上升升幅度為幅度為 A，其后保持。表達(dá)為，其后保持。表達(dá)為 f(t)=A (t)Atf（t）過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 在階躍輸入的擾動(dòng)作用下，定值控制系統(tǒng)過(guò)渡在階躍輸入的擾動(dòng)作用下，定值控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程有過(guò)程有四種四種形式：形式：?jiǎn)握{(diào)衰減過(guò)程單調(diào)衰減過(guò)程 被控變量在給定值的被控變量在給定值的一側(cè)作單調(diào)變化，最后穩(wěn)定一側(cè)作單調(diào)變化，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。在某一數(shù)值上。振蕩衰減過(guò)程振蕩衰減過(guò)程 被被控控變變量量上上下下波波動(dòng)動(dòng)，但但幅幅度度逐逐漸漸減減少少，最最后后穩(wěn)穩(wěn)定定在某一數(shù)值上。在某一數(shù)值上。t0a0a過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章等幅振蕩過(guò)程等幅振蕩過(guò)程 被被控控變變量量在在給給定定值值附附近近來(lái)來(lái)回回波波動(dòng)動(dòng)，且且波波動(dòng)動(dòng)幅幅度度保持不變。保持不變。振蕩發(fā)散過(guò)程振蕩發(fā)散過(guò)程 被被控控變變量量來(lái)來(lái)回回波波動(dòng)動(dòng)，且且波波動(dòng)動(dòng)幅幅度度逐逐漸漸變變大大，離離給定值越來(lái)越遠(yuǎn)。給定值越來(lái)越遠(yuǎn)。t0aa0t過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 過(guò)渡過(guò)程的分類過(guò)渡過(guò)程的分類 （1）穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程 單調(diào)過(guò)程和衰減振蕩過(guò)程是穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程。被單調(diào)過(guò)程和衰減振蕩過(guò)程是穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程。被控變量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，逐漸趨向原來(lái)的或新的平衡控變量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，逐漸趨向原來(lái)的或新的平衡狀態(tài)。狀態(tài)。衰減振蕩過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較短，經(jīng)常采用。衰減振蕩過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較短，經(jīng)常采用。單調(diào)過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較長(zhǎng)單調(diào)過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較長(zhǎng)，被控變量長(zhǎng)時(shí)間地偏，被控變量長(zhǎng)時(shí)間地偏離給定值，一般不采用，只是在生產(chǎn)上不允許被控變離給定值，一般不采用，只是在生產(chǎn)上不允許被控變量有波動(dòng)的情況下才采用。量有波動(dòng)的情況下才采用。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章（2）不穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程不穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程 發(fā)發(fā)散散振振蕩蕩過(guò)過(guò)程程中中，被被控控變變量量不不但但不不能能達(dá)達(dá)到到平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)，而而且且逐逐漸漸遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離給給定定值值，它它將將導(dǎo)導(dǎo)致致被被控控變變量量超超越越工藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。工藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。（3）臨界過(guò)渡過(guò)程臨界過(guò)渡過(guò)程 處處于于穩(wěn)穩(wěn)定定與與不不穩(wěn)穩(wěn)定定之之間間，一一般般也也認(rèn)認(rèn)為為是是不不穩(wěn)穩(wěn)定定過(guò)過(guò)程程，生生產(chǎn)產(chǎn)上上一一般般不不采采用用。只只是是某某些些簡(jiǎn)簡(jiǎn)易易的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)（如位式控制），只能達(dá)到這種效果。（如位式控制），只能達(dá)到這種效果。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 1.3.2.3控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 對(duì)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)，是根據(jù)工藝對(duì)控制過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)，是根據(jù)工藝對(duì)控制過(guò)程和結(jié)果的要求來(lái)衡量的?？刂葡到y(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程曲線是和結(jié)果的要求來(lái)衡量的。控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程曲線是評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。最典型的控制性能測(cè)試是給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信最典型的控制性能測(cè)試是給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信號(hào)，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。號(hào)，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章二者階躍響應(yīng)二者階躍響應(yīng)曲線有所不同，但曲線有所不同，但反映的控制系統(tǒng)的反映的控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是一致的。性能指標(biāo)是一致的。(a)干擾階躍響應(yīng)干擾階躍響應(yīng)t0y y(b)給定階躍響應(yīng)給定階躍響應(yīng)0ty y階躍響應(yīng)有給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類：階躍響應(yīng)有給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類：過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別：干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別：(a)干擾階躍響應(yīng)干擾階躍響應(yīng)t0y y給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章(b)給定階躍響應(yīng)給定階躍響應(yīng)0ty y給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對(duì)控制系統(tǒng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性、準(zhǔn)準(zhǔn)確性確性和和快速性快速性三方面的評(píng)價(jià)。三方面的評(píng)價(jià)。控制性能指標(biāo)有單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類控制性能指標(biāo)有單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類單項(xiàng)性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過(guò)渡過(guò)程的單單項(xiàng)性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過(guò)渡過(guò)程的單項(xiàng)特征量作為性能指標(biāo)，偏差積分性能指標(biāo)則是一種項(xiàng)特征量作為性能指標(biāo)，偏差積分性能指標(biāo)則是一種綜合性指標(biāo)。綜合性指標(biāo)。由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過(guò)程，由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過(guò)程，因此以衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程形式為例，討論控制系統(tǒng)因此以衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程形式為例，討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。的品質(zhì)指標(biāo)。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1）衰減比）衰減比n和衰減率和衰減率衰減比衰減比 n 和衰減率和衰減率 是表示系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。是表示系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。設(shè)第一個(gè)波振幅為設(shè)第一個(gè)波振幅為 y1、第三個(gè)波振幅為、第三個(gè)波振幅為 y3圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章n大于大于1，系統(tǒng)穩(wěn)定。隨著，系統(tǒng)穩(wěn)定。隨著n的增大，過(guò)渡過(guò)程逐的增大，過(guò)渡過(guò)程逐漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過(guò)程。漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過(guò)程。試驗(yàn)證明：試驗(yàn)證明：衰減比在衰減比在 4:1到到10:1之間時(shí)，之間時(shí)，過(guò)渡過(guò)過(guò)渡過(guò)程的程的衰減程度合適，衰減程度合適，過(guò)渡過(guò)程較短。過(guò)渡過(guò)程較短。衰減比衰減比n與衰減率與衰減率之間有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系：之間有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系：n=4:110:1 就相當(dāng)于就相當(dāng)于=75%90%yry1y3Cy()TpTSTt過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章最大動(dòng)態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。最大動(dòng)態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。2）最大動(dòng)態(tài)偏差）最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)和超調(diào)量和超調(diào)量 最大動(dòng)態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大最大動(dòng)態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。即程度。即:A=ymax-r 圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTtA過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 有時(shí)也采用超調(diào)量有時(shí)也采用超調(diào)量來(lái)表示被控參數(shù)偏離設(shè)定來(lái)表示被控參數(shù)偏離設(shè)定值的程度，值的程度，的定義是第一個(gè)波振幅與最終穩(wěn)態(tài)值的定義是第一個(gè)波振幅與最終穩(wěn)態(tài)值y()之比。即之比。即圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章3）余差）余差C 過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值y()與設(shè)與設(shè)定值之間的殘余偏差叫做余差，也稱靜差。是衡量定值之間的殘余偏差叫做余差，也稱靜差。是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。C=y()-r圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章4）調(diào)節(jié)時(shí)間）調(diào)節(jié)時(shí)間Ts和振蕩頻率和振蕩頻率 Ts是指從是指從過(guò)過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程開(kāi)始到程開(kāi)始到過(guò)過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程程結(jié)結(jié)束所需的束所需的時(shí)間時(shí)間。當(dāng)被控參數(shù)與。當(dāng)被控參數(shù)與穩(wěn)態(tài)值間穩(wěn)態(tài)值間的偏差的偏差進(jìn)進(jìn)入入穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值的的5%（或（或2%）范）范圍圍內(nèi)，就內(nèi)，就認(rèn)為過(guò)認(rèn)為過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程程結(jié)結(jié)束。束。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3y()TpTSTt過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3y()TpTSTt過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期時(shí)間間隔叫振蕩周期T，其倒數(shù)稱為振蕩頻率，其倒數(shù)稱為振蕩頻率 f=1/T對(duì)應(yīng)的角頻率對(duì)應(yīng)的角頻率=2/T過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。另外還有峰值時(shí)間另外還有峰值時(shí)間Tp也是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。也是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。峰值時(shí)間峰值時(shí)間Tp（又稱上升時(shí)間），是指過(guò)渡過(guò)程（又稱上升時(shí)間），是指過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。開(kāi)始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 例例 某換熱器的溫度控制系統(tǒng)給定值為某換熱器的溫度控制系統(tǒng)給定值為200。在在階階躍躍干干擾擾作作用用下下的的過(guò)過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程程曲曲線線如如圖圖所所示示。試試求求最最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間。大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間。解：解：最大偏差最大偏差 A=230-200=30余差余差 C=205-200=5衰減比衰減比 n=y1:y3=25:5=5:1過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章振蕩周期振蕩周期 T=20 5=15 （min）設(shè)設(shè)被被控控變變量量進(jìn)進(jìn)入入穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)值值的的土土2，就就認(rèn)認(rèn)為為過(guò)過(guò)渡渡過(guò)過(guò)程結(jié)束，則誤差區(qū)域程結(jié)束，則誤差區(qū)域=205（2）4.1在在新新穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)值值（205）兩兩側(cè)側(cè)以以寬寬度度為為4.1畫(huà)畫(huà)一一區(qū)區(qū)域（陰影線）。曲線進(jìn)入時(shí)間點(diǎn)域（陰影線）。曲線進(jìn)入時(shí)間點(diǎn) Ts=22min過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 控制系統(tǒng)的單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)小結(jié)控制系統(tǒng)的單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)小結(jié)q穩(wěn)定性穩(wěn)定性 衰減比衰減比n=4:110:1最佳最佳 q準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 余差余差C小好小好 最大偏差最大偏差 A 小好小好q快速性快速性 過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間 Ts 短好短好 振蕩周期振蕩周期 T 短好短好各各品品質(zhì)質(zhì)指指標(biāo)標(biāo)之之間間既既有有聯(lián)聯(lián)系系、又又有有制制約約。例例如如，過(guò)過(guò)分分減減小小最最大大偏偏差差，會(huì)會(huì)使使過(guò)過(guò)渡渡時(shí)時(shí)間間變變長(zhǎng)長(zhǎng)。因因此此，應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)具具體體工工藝藝情情況況分分清清主主次次，對(duì)對(duì)生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程有有決決定定性性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)偏差積分偏差積分 單項(xiàng)指標(biāo)雖然清晰明了，但如何全面統(tǒng)籌考慮單項(xiàng)指標(biāo)雖然清晰明了，但如何全面統(tǒng)籌考慮比較困難。因偏差幅度和偏差存在的時(shí)間都與偏差比較困難。因偏差幅度和偏差存在的時(shí)間都與偏差積分有關(guān)，因此用偏差積分一個(gè)指標(biāo)，就可以全面積分有關(guān)，因此用偏差積分一個(gè)指標(biāo)，就可以全面反映控制系統(tǒng)的品質(zhì)。反映控制系統(tǒng)的品質(zhì)。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章tyrCy()yrCy()t偏差積分的原始定義：偏差積分的原始定義：偏差的定義存在分歧：偏差的定義存在分歧：e(t)=y(t)-y(r)如有余差則積分無(wú)窮大如有余差則積分無(wú)窮大 e(t)=y(t)-y()不能表達(dá)余差不能表達(dá)余差過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章偏差積分指標(biāo)有以下幾種形式：偏差積分指標(biāo)有以下幾種形式：偏差積分偏差積分IE（Integral of Error）缺點(diǎn)：正負(fù)偏差會(huì)抵消，掩蓋了系統(tǒng)的振蕩程缺點(diǎn)：正負(fù)偏差會(huì)抵消，掩蓋了系統(tǒng)的振蕩程度。度。tyrCy()過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章絕對(duì)偏差積分絕對(duì)偏差積分IAE（Integral Absolute value of Error）排除了正負(fù)偏差抵消的可能。排除了正負(fù)偏差抵消的可能。tyrCy()過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 平方偏差積分平方偏差積分ISE（Integral of Squared Error）排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對(duì)偏差幅度敏感。排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對(duì)偏差幅度敏感。tyrCy()過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章時(shí)間與絕對(duì)偏差乘積積分時(shí)間與絕對(duì)偏差乘積積分ITAE （Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error）排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間敏感。排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間敏感。tyrCy()過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 1.3.2.4影響控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素影響控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素 控制系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性。結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性。從第二章開(kāi)始，將分別討論控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的從第二章開(kāi)始，將分別討論控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特性、各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計(jì)方法。特性、各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計(jì)方法。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章學(xué)習(xí)本課程的目的學(xué)習(xí)本課程的目的了解了解工藝參數(shù)的基本測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表的工藝參數(shù)的基本測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表的工作原理，工作原理，能能正確使用自動(dòng)化儀表。正確使用自動(dòng)化儀表。理解理解自控系統(tǒng)的工作原理及各環(huán)節(jié)的作用，自控系統(tǒng)的工作原理及各環(huán)節(jié)的作用，能能設(shè)計(jì)出合理的自動(dòng)控制方案。設(shè)計(jì)出合理的自動(dòng)控制方案。掌握掌握基本控制規(guī)律及其控制器參數(shù)對(duì)被控過(guò)基本控制規(guī)律及其控制器參數(shù)對(duì)被控過(guò)程的影響，程的影響，能能對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。作業(yè)（作業(yè)（P12）：第）：第1-2、1-7、1-10題題