化工仪表第一二章节

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1、化工仪表及自动化1自动控制系统概述本章的主要内容：1.1自动化及仪表发展概述1.2自动控制系统1.3控制系统过渡过程及品质指标1.1自动化及仪表发展概述控制理论的发展经典控制理论:20世纪40年～20世纪50年代Nyquist(1932)频域分析技术Bode(1945)图根轨迹分析方法(1948)特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究问题。适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控制系统进行分析与设计PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一现代控

2、制理论:20世纪60年代获得迅猛发展其主要内容为：（基础）线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论，系统辨识等。特点：从输入-状态-输出的关系全面地分析与研究系统。适用范围：不限于线性定常数系统，也适用于线形时变，非线性及离散系统，多输入、多输出的情况。大系统理论:20世纪70年代开始将现代控制理论与系统理论相结合核心思想：系统的分解与协调适用范围：高维线性系统智能控制理论控制系统结构及仪表的发展基地式：20世纪50年代单元组合式：DDZ,QDZ20世纪60年代计算机：DDC,DCS20世纪70年代

3、先进控制和优化控制：CIPS,FCS20世纪80年代以后自动化仪表的发展经历了如下过程：模拟仪表数字仪表智能仪表。当前自动控制系统发展的一些主要特点生产装置实施先进控制成为发展主流；过程优化受到普遍关注；传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统；综合自动化系统（CIPS）是发展方向。1.2自动控制系统1.2.1自动控制的必要性节省大量劳动力，节省了劳动时间，反应速率快，安全可靠，操作简便。基本术语被控过程（被控对象）：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器。被控变量：被控过程内

4、要求保持设定值的工艺参数操纵变量：受控制器操纵的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量变化的因素设定值：工艺参数所要求保持的数值偏差：被控变量设定值与实际值之差负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减1.2.2闭环控制与开环控制闭环控制：在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量，这样，整个系统构成了一个闭环。闭环控制的特点（优点）：按偏差进行控制，使偏差减小或消除，达到被控变量与设定值一

5、致的目的。闭环控制的缺点：控制不够及时；如果系统内部各环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统失去控制。开环控制：不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制，控制很及时（优点）。由于不测量被控变量，也不与设定值相比较，所以系统受到扰动作用后，被控变量偏离设定值，并无法消除偏差，这是开环控制的缺点。1.2.3自动控制系统的组成及方框图在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭头的线

6、段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。闭环控制系统组成检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测量值y(t)。比较机构的作用是比较设定值r(t)与测量值y(t)并输出其差值。控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构和控制装置通常组合在一起，称为控制器。执行器的作用是接受控制器送来的u(t)，相应地去改变操纵变量q(t)。系统中控制器以外的各部分组合在一起，即过程、执行器、检测元件与变送器的组合称为广义对象。在

7、分析控制系统的工作过程时，有几个很重要的概念：（1）信息：图中的r(t)、y(t)、f(t)等尽管是实际的物理量，但它们是作为信息来转换和作用的。图中的每一部分称为一个环节，作用于它的信息称为该环节的输入信号，它送出的信息称为输出信号。前一环节的输出就是后一环节的输入信号。每一环节的输出信号与输入信号之间的关系仅仅取决于该环节的特性。从整个系统来看，输入信号：设定值和扰动输出信号：被控变量、测量值（2）闭环：按信息的流向来说（3）动态：物理量是时间的函数、是不断变化的。扰动作用使被控变量偏离设定值，

8、控制作用又使它回到设定值。1.2.4自动控制系统的分类按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类:定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。定值控制系统设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。随动控制系统设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。程序控制系统设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化1.3自动控制系统的过渡过程及品质指标1.3.1静态与动态控制系统的输入有设定作用和扰动作